1、第五章 條件、邏輯表達式和選擇控制結(jié)構(gòu)目標(biāo)： 能夠構(gòu)造一個簡單的邏輯（布爾）表達式來求一個給定條件的值。 能夠構(gòu)造一個復(fù)雜的邏輯表達式來求一個給定條件的值。 能夠構(gòu)造一條If-Then-Else語句來完成一個指定的工作。 能夠構(gòu)造一條If-Then語句來完成一個指定的工作。 能夠構(gòu)造一組If嵌套語句來完成一個指定的工作。 能夠為一個模型確定前提條件和事后條件并使用它們執(zhí)行一個算法過程。 能夠跟蹤一個C+程序的執(zhí)行。 能夠測試和調(diào)試一個C+ 程序。 5.1 控制流程程序中語句執(zhí)行的順序稱為控制流程?？刂屏鞒掏ǔＪ琼樞驁?zhí)行的（見圖5-1），當(dāng)我們希望控制流程是非順序的時候，我們使用控制結(jié)構(gòu)，將控制

2、流程轉(zhuǎn)向指定的語句，而不是物理位置順序接著的語句?？刂平Y(jié)構(gòu)：用來交換正常順序控制流的語句選擇當(dāng)我們想要計算機選擇兩者之一的活動時,我們使用一個選擇(或分支)控制結(jié)構(gòu),我們做一個判斷,聲稱是真還是假,如果判斷是真的,計算機執(zhí)行一條語句,如果為假,計算機執(zhí)行是一條語句(見圖5-2)。 5.2 條件和邏輯表達式在C+中為了提出一個問題，我們使用一個判斷語句。計算機求取判斷語句的值，依靠某種內(nèi)部條件來檢查它，看它是真還是假。布爾數(shù)據(jù)類型在C+中,布爾數(shù)據(jù)類型是僅由兩個值組成的標(biāo)準(zhǔn)類型，兩個值是常量true和false。保留字bool是Bolean的縮寫。布爾數(shù)據(jù)在程序中用來測試條件,以便計算機能夠做出

3、判決(具有一個選擇控制結(jié)構(gòu))。我們聲明布爾類型變量與我們聲明其它變量和方法一樣，即寫數(shù)據(jù)類型名，然而是標(biāo)識符.。bool dataOK; /如果輸入數(shù)據(jù)有效為真bool done ; /如果過程被做了為真bool taxable ; /如果項目有銷售稅為真每個bool類型變量可以包含兩個值:true或fales之一，理解右邊開始的true和fales不是變量名，也不是字符串是重要的，它們是C+中特殊的常量,事實上是保留字。邏輯表達式在C+中，判斷采取邏輯表達式的形式。一個輯表達式由邏輯值和操作組成，每個邏輯表達式有兩個值：true或false之一，這里是一些邏輯表達式的例子. 布爾變量或常量

4、一個表達式接著一個關(guān)系操作符再接著一個表達式 一個邏輯表達式接著一個邏輯操作符再接一個邏輯表達式讓我們詳細(xì)看看每一種形式：布爾變量和常量像我們已看到的一樣,一個布爾變量是一個聲明為bool類型的變量，它可包含一個true值也可包含一個false值，例如，如果dataOK是一個布爾變量，那么,dataOK = true;是一個有效的賦值語句。關(guān)系運算符另一個賦一個值給布爾變量的方法是：用一個關(guān)系運算符設(shè)置這個值等于兩個表達式比較的結(jié)果，關(guān)系運算符測試兩個表達式值之間的關(guān)系。讓我們看一個例子，在下列程序段中，lessThan是一個布爾變量，i和j 是int變量：cin i j ;lessThan

5、= ( i j ); / 如果i 大于= 大于或等于 x y = xx ! = y x y x = y如果x是字符M并且y是R，表達式的結(jié)果仍是true ，因為用于字符中的關(guān)系運算符, 意思是“M在字符設(shè)置順序?qū)φ毡碇性赗之前”。例如，廣泛使用的ASCll字符設(shè)置，所有大寫字母是以字母順序排列的，小寫字母也是一樣，但是，所有大寫字母在小寫字母之前，所以MR 和 mr的值是true，但是m = float(someInt)如果你比較一個布爾值和一個數(shù)字值（可能會出錯），false值是暫時強制成數(shù)0，true強制成數(shù)1，因此，如果boolVar是一個bool變量，表達式boolVar 5產(chǎn)生tru

6、e ，因為0和1都小于5。例如，比較0 9 和 0 9是合適的，但是0 9產(chǎn)生一個隱含類型強制并且結(jié)果可能不是你所期望的。 我們不僅可以使用關(guān)系運算符比較變量或常量，而且可以比較算術(shù)表達式的值。在下列表中，我們?nèi)〔煌膞和y的值，將x加3的結(jié)果與y乘10的結(jié)果比較。注意：容易混淆賦值運算符（=）與關(guān)系運算符= = ，在程序中，兩個運算符有非常不同的效果。串比較回憶第4章，string是一個類用戶自定義的類型，你用這個類型聲明變量，這個變量更常稱為對象。包含在每個string對象內(nèi)的是一個字符串，string類被設(shè)計成可以使用關(guān)系運算符來比較這些串，按照句法規(guī)則，關(guān)系運算符的操作數(shù)可以是兩個st

7、ring對象，像在myString = ”Johnson”可是，操作數(shù)不可以都是C串。串的比較是遵循計算機字符設(shè)置（如ASCII）的排列順序來進行的。當(dāng)計算機測試兩個字符間的關(guān)系時，在每個串中從第一個字符開始，按照排列順序比較它們，如果它們相同，重復(fù)比較下一個字符，一個字符一個字符的測試下去，直至找到一個不匹配的字符或最后一個字符比較完也是相等為止。如果它們所有字符老師相等，那么兩個串是相等的。如果有一個不匹配字符被找到，那么字符排列在前的串是更小的串。例如，給出語句string word1 ；string word2 ；word1 = ”Tremendous” ；word2 = ”Small

8、” ；在下列表中的關(guān)系表達式有指定的值。如果有兩個不同長度的串比較，相等比較是一直到較短的串的末尾，然后，較短的串小于較長的串，例如，如果word2包含”small”，表達式word2 90 & midtemScore 70AND操作（&）需要兩個關(guān)系式都是真，總的結(jié)果才是真，如果兩個關(guān)系式有一個為假，總的結(jié)果為假。OR操作（|）取兩個邏輯表達式并把它們結(jié)合在一起，如果兩者中有一個為真，結(jié)果為真，兩個值必須都為假，結(jié)果才會為假?，F(xiàn)在我們可決定是期中成績?yōu)锳還是期末成績?yōu)锳，如果期中成績或者期末成績等于A，判斷式為真，在C+中，我們寫表達式像這樣：MidtermGrade = = A | fin

9、alGrade = = A&和|運算符是雙目（兩個操作數(shù)）運算符。NOT運算符（?。┦菃文浚ㄒ粋€操作數(shù)）運算符，它對一個邏輯表達式操作并給出它的相反值作為結(jié)果。如果（grade = =A）是假，那么?。╣rade = =A）是真。NOT給我們一種判斷意思相反的方便的方法，例如，?。╤ours 40） 等價于 hours = 18 & district = = 23 )賦一個值給布爾變量isElector，我們可以使用兩個中間布爾變量，isVoter和isConstituent :isVoter = ( age = 18 ) ;isConsticuent = ( district = = 23)

10、 ;isElector = isVoter & isConstituent ;下面兩個表格總結(jié)了一對邏輯表達式應(yīng)用&和 | 的結(jié)果（這里x 和y用布爾變量表示）。下面表格總結(jié)了對一個邏輯表達式應(yīng)用！運算符的結(jié)果（x表示布爾變量）在技術(shù)上，C+運算符！，&和|不需要有邏輯表達式作為操作數(shù)。它們的操作數(shù)可以具有任何簡單數(shù)據(jù)類型甚至浮點類型，如果一個操作數(shù)不具有bool類型，它的值暫時強制成bool類型如下：0 值強制成false ,并且任何非零值強制成true。貫穿本書，我們將邏輯運算符僅應(yīng)用于邏輯表達式，而不是用于應(yīng)用算術(shù)表達式。短路徑（條件）求值：一個邏輯表達式的求值是從左到右，一旦最終真實值

11、能被決定求值就停止?？紤]邏輯表達式i =1 & j 2C+采用短路徑（或有條件的）求邏輯表達式的值。求值過程從左到右，計算機有可能就停止求子表達式的值即，只要它一知道整個表達式真實值時就停止子表達式求值，如果計算機不檢查所有子表達式，它如何能知道，一個過長的邏輯表達式是產(chǎn)生true還是false？讓我們首先看看AND操作。如果AND的兩個操作數(shù)是true，AND操作產(chǎn)生true值。在上面表達式中，假如i的值是95，第1個子表達式產(chǎn)生false，所以計算機甚至不必看第2個子表達式，計算機就停止求值并產(chǎn)生最后false結(jié)果。具有或OR的操作，從左到右求值，只要一找到產(chǎn)生true的子表達式，求值就停

12、止，記住，OR操作數(shù)中的一個或兩個為true，OR產(chǎn)生一個true的結(jié)果。給出這個表達式c = d | e = f如果第1個子表達式是true，求值停止并且整個表達式的結(jié)果是ture。計算機不浪費時間對第2個子表達式的不必要求值。運算符的優(yōu)先權(quán)在第3章中，我們討論了求取算術(shù)表達式的優(yōu)先權(quán)規(guī)則。C+也給出了關(guān)系和邏輯運算符的優(yōu)先權(quán)規(guī)則，這里是一個列表，顯示了算術(shù)，關(guān)系，邏輯運算符的優(yōu)先權(quán)順序（賦值運算符也給出了）列表中同一行的運算符優(yōu)先權(quán)相同，如果一個表達式包含幾個具有相同優(yōu)先權(quán)運算符，大部分運算符組（或伙伴）從左到右求值，例如，表達式a / b * c意味著（ a / b ）* c ，不是 a

13、 / (b * c)，可是，單目運算符組（！，單目+，單）是從右到左，雖然你從沒有機會使用這個表達式：！ bad Data這意味著?。?！badData）而不是意味著（！）badData ，附錄B， “運算符的優(yōu)先權(quán)”，列出了C+中所有運算符的優(yōu)先權(quán)次序。 關(guān)系運算符與浮點類型不要用等于號來比較實數(shù)：當(dāng)執(zhí)行實數(shù)計數(shù)時，由于在最右邊小數(shù)位置中的小誤差，兩個實數(shù)值幾乎不能確切地相等，例如，考慮下面使用兩個名為oneThird和x的實型變量：oneThird =1.0 /3.0 ;x = oneThird + oneThird + oneThird ;我們會認(rèn)為x包含的值為1.0，但是它可能不是，第一

14、條賦值語言存儲一個1/3的近似值到oneThird，也許是0. 。第2 條語句存儲一個像0.這樣的值到x中，如果我們現(xiàn)在要計算機比較x和1.0，比較結(jié)果產(chǎn)生false。比較實數(shù)相等，我們采用近似相等測試來取代，為了這樣做，我們計算兩個數(shù)之間差值，測試看看結(jié)果是否小于某些允許的最大差值，例如，我們常使用像這樣的比較。fabs( r s) 0.00001這里fabs是 C+標(biāo)準(zhǔn)庫中實數(shù)絕對值的函數(shù) 。表達式fabs (r s)計算兩個float變量r和s差值的絕對值。如果差值小于0.00001，兩個數(shù)足夠接近稱它們相等。常見錯誤邏輯表達式中許多錯誤在于英語中我們傾向采取的簡化操作，我們也許查詢期中

15、成績是不是A或者期末成績是不是A但是如果我們在C+中直接寫為midtermGrade | |finalGrade = = A我們得到一個錯誤的結(jié)果，因為或運算符 | 連接了一個字符值(midtermGrade)和一個邏輯表達式(finalGrade = =A)，或 | |的兩個操作數(shù)應(yīng)該是邏輯表達式，所以我們必須寫為midtermGrade = =A | | finalGrade = =A類似地，判斷i是否等于3還是4，不能寫為i = =3 | 4而必須寫為i = =3 | i = = 4數(shù)學(xué)中使用的標(biāo)記12 y 24意思是“y是在12與24之間”，但是直接將這個標(biāo)記轉(zhuǎn)換為C+就會有一個不同的

16、效果。首先，關(guān)系式12 y 被求值，給出結(jié)果true 或false 然后，計算機把這個結(jié)果強制成 1和0都小于24 ，結(jié)果總是 true，正確轉(zhuǎn)換的C+是12 y & y 24 5.3 If 語句現(xiàn)在我們已看到了如何寫邏輯表達式，讓我們使用它們來改變程序中正常的控制流。If語句是基本的控制結(jié)構(gòu)，允許在控制流中產(chǎn)生分支。用它，我們可以提出一個問題并且選擇一個行為方向：If某條件存在，那么完成一項行為，else否則執(zhí)行一項不同的行為。 If ThenElse 形式在C+中，If語句以兩種形式出現(xiàn)，IfElse形式和If形式。讓我們看看第1種IFElse形式，這里是它的語法模板。圓括號中的表達式可以

17、是任何簡單數(shù)據(jù)類型，幾乎沒有例外，表達式將是一個邏輯（布爾）表達式，如果不是，它的值隱含強制成bool類型，在執(zhí)行時，計算機求表達式的值，如果值是true，計算機執(zhí)行語句1A，如果表達式的值為false，語句1B被執(zhí)行，語句1A常被稱為then-clause ，語句1B被稱為 else-clause, 圖5-3說明了If Then-Else的控制流程，在圖中，語句2是程序中整個If語句后面的下一條語句。注意，一個C+ If 語句使用保留字if 和else而不包含字then，我們?nèi)允褂眯g(shù)語If Then Else ，因為它與我們用英語說的事“If（如果）某事為真，then（那么）做這個，else

18、（否則）做那個”相符合。下面代碼段顯示了在程序中如何寫If語句。觀察then從句和else從句的縮排形式，這使得語句更容易閱讀，注意下列If語句的位置。if (hours = 40.0)Pay = rate * hours ;else Pay = rate * (40.0+(hours-40.0)*1.5) ;cout pay ;按照計算機的指令，上面代碼段說，“如果hours 是小于或等于40.0，計算常規(guī)薪水,然后繼續(xù)執(zhí)行輸出語句；但是如果hours 是大于40.0，計算常規(guī)薪水和超時薪水，然后繼續(xù)執(zhí)行輸出語句?！弊鳛榱硪粋€If-Then-Else的例子，假如我們想決定一個string變量

19、中字母A第一次出現(xiàn)所處的位置，回想第3章，串類有一個成員函數(shù)名為find，這個函數(shù)返回所找到項目的位置（如果項目沒有找到，返回名字常量 string : : npos）,下列代碼輸出搜索的結(jié)果。string myString;string:size_type pos;.pos = myString.find(A) ;if (pos = string:npos)cout No A was found endl;elsecout An A was found in position pos endl;按照模板，在If語句的末尾沒有分號。在上面兩個程序段中工人的薪水和串搜索例子似乎在每個If語句末尾

20、都有一個分號?？墒?，在這些例子中，這個分號屬于else從句；賦值語句以分號結(jié)束，輸出語句也以分號結(jié)束。If語句在末尾沒有自己的分號。塊（復(fù)合語句）在一個表達式中，檢查避免被零除，假如當(dāng)除數(shù)等于零時，我們想要做兩件事：打印一個錯誤信息。并設(shè)置名為result的變量等于一個像9999這樣的特殊值，在同一分支中，我們會需要兩條語句，但是語法模板似乎限制我們一條語句。我們真正想做的事是，將else從句轉(zhuǎn)成一系列的語句，這是容易的、記住第2章中編譯器處理的塊。.就像單條語句一樣，如果在一個If語句的分支中，你用一對花括號括起語句序列，語句序列變成為單個塊 例如：if (divisor != 0)resu

21、lt = dividend / divisor ;elsecout Division by zero is not allowed. endl ;result = 9999;如果divisor的值是0 ，在繼續(xù)If 語句后面的任何語句之前，計算機打印錯誤信息中設(shè)置result變量的值為 9999.塊可以用在 If Then else 兩個分支語句中，例如：if (divisor != 0)result = dividend / divisor;cout Division performed. endl ; elsecout Division by zero is not allowed. en

22、dl ;result = 9999: 當(dāng)你在一個If語句中使用塊，有一個C+語法規(guī)則要記?。涸趬K的右花括弧后面，決不能使用分號，分號用來中止簡單語句，例如賦值語句，輸入語句，和輸出語句。在上面例中，在花括號后沒有分號，右花括弧發(fā)出每個塊結(jié)束的信息。If- Then 形式有時，你運行到一種情況，在這種情況下，你想說：“如果某一條件存在，那么完成某些活動；其它情況，不做任何事情”，換句話說，如果某一條件不滿足，你想要計算機跳過一系列指令。你可以讓else分支空著來做到這點，即僅使用空語句：if ( a b )c = 20 ;else ;然而，最好你可以簡單地去掉else部分。導(dǎo)致的語句是：If語句

23、的If-Then形式。這是它的模板If 語句 （ if then 形式）If (表達式)語句這里是 If Then的一個例子，注意下列If Then語句的縮排形式和位置。If ( age 18 )cout “Not an eligible” ;cout “voter .” endl ;這條語句意味著，如果age小于18，首先打印 “Not an eligible” ，然后打印機“voter.”。如果age 不小于18。跳過第一條輸出語句并直接打印“voter”。像在If Then-Else 中一樣，If Then中的分支可以是一個塊，例如，讓我們說，你正在寫一個計算所得稅的程序。有關(guān)稅形式其中

24、之一解釋為“ 從 line 17 減去 line 23。并且得到結(jié)果在line 24中；如果結(jié)果小于零，結(jié)果為0，并且顯示 check box 24 A”。你可以在C+中使用一個If-Then來做到這點。result = line 17 line 23 ;if ( result 0.0 )cout ”check box 24A “ endl ;result= 0.0 ;line 24 = result ;這個代碼確切地做了它應(yīng)做的稅收形式，它計算了從line 17 減去 line 23結(jié)果，然后它查看結(jié)果result是否小于0，如果是小于0，這個代碼段打印一條告訴用戶檢查24A盒的信息，然后設(shè)

25、置結(jié)果result為0，最后，計算結(jié)果（或0，如果結(jié)果小于0的話）存儲到名為 line 24的變量中。如果我們?nèi)サ羯厦娲a段中的左和右花括弧會發(fā)生什么情況？讓我們看看：result = line 17 line23 /不正確的版本if ( result 0.0)cout ”check box 24 A” n ; if (n =3) / 錯誤cout n equals 3;elsecout n doesnt equal 3;不管n輸入什么值，這個代碼段總是打印n euqal 3這個錯誤原因是：我們在if 測試中使用了錯誤的操作符，表達式 n= 3不是一個邏輯表達式；它被稱為賦值表達式，一個賦值表

26、達式有一個值（上面的表達式的值是3）和一個副效應(yīng)（存儲3到n中），在我們例子中的if 語句，計算機找到被測表達式的值是3，由于3是一個非零值，因而被強制為true，不管n的值是什么then從句被執(zhí)行。目前的錯誤是，賦值表達式的副效應(yīng)是存儲3到n中，損壞了那里所要做的判斷。 5.4 If語句的嵌套在If語句中，語句是什么沒有限制，因此，一個If語句內(nèi)有If語句可以的，事實上，一個If語句在一個If語句中然后再在一個If語句中是合法的。這里僅有的限制是，人們不能允許一個太多包含的結(jié)構(gòu)，由于可讀性是好程序的標(biāo)志之一。當(dāng)我們設(shè)置一個If語句在另一個If語句內(nèi)時，我們正建立一個嵌套控制結(jié)構(gòu)，控制結(jié)構(gòu)嵌套

27、非常像嵌在一起的缽，較小的缽嵌在較大的缽內(nèi)，這里是一個例子以偽代碼寫：通常,任何包含多分支 (多于兩個可選擇的活動情況) 問題，可以使用嵌套If語句編碼，例如，給出月份數(shù)字，打印出月份的名字，我們可以使用一系列If語句(非嵌套)：if ( month =1 )cout ”January ” ;if ( month =2 )cout ” February ” ;if ( month =3 )cout ” march ” ;if ( month =12 )cout ” December ” ; 但是等價嵌套If結(jié)構(gòu)if ( month =1)cout ”January ” ;else if (mo

28、nth =2) /嵌套Ifcout ” February ” ;else if ( month = 3 ) /嵌套Ifcout ” march” ;else if ( month = 4 ) /嵌套If是更有效的，因為它使得語句有更少的比較，第1種版本獨立的If語句序列總是測試每個條件(所有12個數(shù)字)，即使第一個比較就滿足，也是如此。相反，嵌套If語句的解決方法是在一個選項被選擇后，跳過所有剩下的比較。 在后一個例子中，注意then和else從句的縮排，是怎樣使語句連續(xù)右移。我們能夠取代地使用具有深度嵌套的If Then-Else語句的一種指定的縮排風(fēng)格來指示復(fù)雜結(jié)構(gòu)，這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)僅選擇一套

29、選項中的一個，這種通常的多分支方法被稱為If Then- Else-If 控制結(jié)構(gòu)if ( month =1 )cout ”January ” ;else if ( month =2 ) /嵌套Ifcout ”February ” ;else if ( month = 3 ) /嵌套Ifcout ” march ” ;else if ( month = 4 ) /嵌套If:elsecout “ December ” ;這種風(fēng)格防止進行連續(xù)右移的縮排，但是，更重要的是，它視覺上傳達了這樣的思想，我們正使用基于變量month的12種方法的分支。注意If語句序列和嵌套If之間的不同是重要的：多于一個

30、的選項可以采取序列If語句，而嵌套If只能選擇一個。為了看看這點為什么是重要的，考慮分析填寫調(diào)查表，有些問題像一系列If語句，要求你在提供給你的一張表(例如所有你的愛好表)中，圈出所有項目。另一些問題要求你在一個表（例如，你的年齡組）中只圈出一個項目，因而像一個嵌套If語句結(jié)構(gòu)，兩種問題都會出現(xiàn)在編程問題中，為了能夠識別哪種類型的問題被要求，允許你立即選擇適合的控制結(jié)構(gòu)。另一種特殊的有幫助的嵌套If的使用是當(dāng)你想要從一系列連續(xù)值的范圍進行選擇時。例如，假設(shè)我們想根據(jù)室外的溫度打印出合適的活動，給出下列表：首先看一下，你也許試圖為每個溫度范圍寫一個分立If語句，可是進一步檢查，就會清楚看到，這些

31、If條件是相互依賴的，即，如果語句中其中之一被執(zhí)行其它的語句就不執(zhí)行，我們確實是從一套可能性中選擇一種選項在這種情況下，我們可以使用一個嵌套If結(jié)構(gòu)作為一種多分支方法。這個問題和前面根據(jù)數(shù)字來打印月份名的例子之間的僅有的差別是，我們必須在If分支表達式中選擇數(shù)字的范圍。當(dāng)范圍是連續(xù)時，我們可以利用這種方法來使得我們的代碼更有效。我們按照范圍連續(xù)的次序來安排分支，然后，如果到達一個指定的分支，我們知道，先前的范圍被從考慮的范圍中除去，然而，If表達式必須只對每個范圍最低值比較溫度。cout 85 )cout ” swimming.” 70 )cout ” tennis.” 32 )cout ”g

32、olf.” 0 )cout ” string.” endl ;else cout ”dancing .” endl ;懸浮的else當(dāng)If語句是嵌套式時，你也許發(fā)現(xiàn)你可能會把If-else配對混淆。即，哪一個If是else所屬？例如，假設(shè)如果一個學(xué)生的平均分低于60，我們希望打印出 ” Failing ” ；如果平均分至少是60但小于70，我們想打印出 ”Passing but marginal ” ；如果是70或更大，我們不想打印出任何信息。我們在一個If-Then內(nèi)，對這個信息用一個If-Then-Else嵌套編代碼：if ( average 70.0 )if ( average 60.0

33、 )cout ” Failing ” ;else cout = 60.0 ) /不正確的版本if ( average 70.0 ) cout “ passing but marginal ” ;else cout = 60.0 ) /正確的版本 if ( average 70.0 ) cout “ passing but marginal” ;else cout ” Failing ” ;雙花括號指出內(nèi)部的if語句是完整的，所以else必須屬于外面的if。 5.5 測試 I/O流的狀態(tài)在第4章中,我們談了C+中有關(guān)輸入和輸出流的概念，我們介紹了類istream，ostream，ifstream和ofstream。我們所說的下列任何一種情況都會引起輸入流進入失敗狀態(tài)： 無效的輸入數(shù)據(jù) 試圖在文件結(jié)尾以外讀數(shù)據(jù) 試圖打