第2章 了不起的分支和循环

2.1 分支结构

目前所有的例子都是遵循最简单的程序设计结构——顺序结构，也就是所谓的“一条路走到黑”，程序所做的事情就是从上到下依次执行每一条语句。

但是在现实生活中，我们的程序常常需要进行判断和选择。比如，判断用户的年龄是否满18周岁？判断用户的性别是否为女生？判断用户输入的年份是否为闰年？这些都是需要让程序进行判断和选择的，称为分支结构程序设计。

2.1.1 关系运算符

在C语言中，使用关系运算符来比较两个数的大小关系，如图2-1所示。

关系运算符都是双目运算符，其结合性均为从左到右。值得注意的是，关系运算符的优先级低于算术运算符，高于赋值运算符。另外，图2-1中的这6个关系运算符，<、<=、>、>=的优先级相同，高于==和!=（==和!=的优先级相同）。

2.1.2 关系表达式

使用关系运算符将两边的变量、数据或表达式连接起来，称为关系表达式。下面是一些关系表达式的例子。

·1 < 2。

·a > b。

·a <= 1+b。

·'a'+'b' <= 'c'。

·(a=3) > (b=5)。

关系表达式得到的值是一个逻辑值，即判断结果为“真”或“假”。如果结果为“真”，关系表达式的值为1；如果为“假”，关系表达式的值则为0。下面是两个例子。

·关系表达式1 < 2的值为真，所以该关系表达式的值为1。

·关系表达式'a'+'b' <= 'c'，因为字符'a'、'b'、'c'对应的ASCII码分别是97、98、99，即97+98 <= 99，值为假，所以该表达式的值为0。

请看下面例子：

程序实现如下：

2.1.3 逻辑运算符

关系运算符获得的是一个逻辑值，逻辑值只有“真”或“假”，没有什么“可能”“也许”“大概”等模棱两可的东西。

在C语言中，如果需要同时对两个或两个以上的关系表达式进行判断，那么就需要用到逻辑运算符。比如，一个程序限定只能由年满18周岁的女生使用，那么用户想要使用这个程序，就需要满足以下两个条件。

（1）年满18周岁；

（2）女生。

C语言提供了三种逻辑运算符，见表2-1。

2.1.4 逻辑表达式

用逻辑运算符将两边的变量、数据或表达式连接起来，称为逻辑表达式，下面是一些逻辑表达式的例子。

·3 > 1 && 1 < 2。

·3+1 || 2 == 0。

·!(a+b)。

·!0+1 < 1 || !(3+4)。

·'a' - 'b' && 'c'。

1）3 > 1 && 1 < 2。

由于关系运算符的优先级比逻辑运算符高，所以先运算两个关系运算符，变成1 &&1，结果为1。

2）3+1 || 2 == 0

有读者看到这个就懵了！不是说逻辑运算符的两边只能是逻辑值吗？逻辑值不是只能是真或假，用1和0来表示吗？那么这个3+1是什么意思？其实是这样的，关系表达式和逻辑表达式得到的值都是一个逻辑值，也就是表示真的1和表示假的0。但是当判断一个值的逻辑值的时候，以0表示假，以任何非0的数表示真。一个是编译系统告诉我们的结果，一个是让编译系统去判断，两者方向不同。因此3+1=4，为非0值，所以逻辑或的左边为真，右边2==0明显是不成立的，右边为假，但对于逻辑或来说，只要存在一个为真，结果就为真。

3）!(a+b)

这里有个小括号，根据优先级规则先计算小括号里面的内容。也就是将变量a的值和变量b的值相加，如果它们的和为0，那么逻辑非的结果就是真；如果它们的和不为0，那么逻辑非的结果则是假。

4）!0+1 < 1 || !(3+4)

0的逻辑非结果为真，也就是1，1+1 < 1明显是不成立的，所以逻辑或的左边为假，右边3+4的值是7，非0，所以逻辑非的结果是假。逻辑或的左右两边均为假，则结果为假。

5）'a' - 'b' && 'c'

在编译器的“眼中”所有的字符对应的都是ASCII码，因为字符'a'、'b'、'c'对应的ASCII码分别是97、98、99，所以逻辑与左边97 - 98的值为非0，表示真，右边99也是非0，也表示真，因此结果为真。

下面用程序验证上述结论：

程序实现如下：

2.1.5 短路求值

短路求值（short-circuit evaluation）又称最小化求值，是一种逻辑运算符的求值策略。只有当第一个运算数的值无法确定逻辑运算的结果时，才对第二个运算数进行求值。

C语言对于逻辑与、逻辑或均采用短路求值的方式，如果没有注意到这一点，程序就很可能出现隐含的BUG，比如下面这段程序：

程序实现如下：

第一个逻辑表达式：因为a先被赋值为0，则逻辑与左边为假，所以根据短路求值的原则，右边无须再进行计算（b变量的值没有被改变），直接得到该逻辑表达式的值为假，也就是0。

第二个逻辑表达式：因为a先被赋值为1，则逻辑或左边为真，所以根据短路求值的原则，右边无须再进行计算（b变量的值没有被改变），直接得到该逻辑表达式的值为真，也就是1。

2.1.6 if语句

分支结构的作用就是让C语言的代码根据条件执行不同的语句或程序块，但光有关系表达式和逻辑表达式还不足以实现，实现分支结构还需要学习一个新的语句——if语句。

if语句的实现有三种形式，下面逐一介绍。

1．第一种

第一种if语句是最简单的，if后边小括号内填写返回逻辑值的表达式，当然也可以直接填入一个逻辑值，当填入的这个值为非0的时候，编译系统就会认为这个逻辑值是真；只有当填入0的时候，才被认为是假。

下面通过例子演示一下：

程序实现如下：

程序运行之后，如果输入的值是18，即if后边小括号内的表达式的值为真，那么执行if语句的内容；如果输入的值是16，即表达式的值为假，if语句的内容则不被执行。

上面例子中属于if语句的内容是用大括号括起来的，并且做了缩进。但是乐于尝试的读者可能发现下面代码也同样可以执行：

程序实现如下：

上面代码可以正常执行，是因为C语言不会强制要求代码一定要写得很规范，但是适当的缩进可以让我们的代码一目了然。除非是想参加C语言国际混乱代码大赛（The International Obfuscated C Code Contest），这是一项国际程序设计赛事，从1984年开始，每年举办一次，目的是写出最有创意的、最难以理解的C语言代码，那么你完全可以把C语言的代码写成如图2-2所示这样。

回归主题，大括号的作用是什么呢？

在C语言中，使用分号结束一个语句。在表达式后边加一个分号，就变成了一个完整的C语言语句。如果使用大括号将几个语句包括起来，那么这几个语句就构成了程序块。一个程序块在编译系统看来，就是一个整体。

什么时候需要将几个语句变成一个整体呢？

比如，希望if后边的表达式为真的时候，执行几个语句，那么就需要用大括号将它们包括起来：

程序实现如下：

第一种if语句表达出来的意思是“如果条件成立，就……”。

2．第二种

接下来学习第二种if语句，它表达出来的意思是“如果条件成立，就……；否则就……”。

请看下面的例子：

程序实现如下：

3．第三种

if语句形式允许扩充各种条件的判断，语法格式是：

下面这个小程序实现的功能是按成绩评级：

·90分及以上：A。

·80～89分：B。

·70～79分：C。

·60～69分：D。

·低于60分：E。

程序实现如下：

2.1.7 switch语句

C语言还提供了另外一种多分支选择的语句——switch语句，语法格式是：

这里每个case后边的常量是匹配switch后边表达式的值，如果表达式计算出来的值与常量表达式2的值相等，那么就直接跳转到case常量表达式2的位置开始执行，如果上边所有的case均没有匹配，那么就执行default后面的内容。但是default是可选的，如果没有default，并且上边所有的case均不匹配，那么switch语句不执行任何动作。

从语法结构上来看，switch语句要比if-else-if更为简洁。现在尝试使用switch语句代替if-else-if语句，写一个通过评级反推出分数范围的程序。

程序实现如下：

这可不是我们想要的结果，但是问题出在哪儿呢？

问题就出在C语言并没有我们想象得那么“智能”，这些case和default，它们事实上都是“标签”，用来标志一个位置而已。switch跳到某个位置之后，就会一直往下执行，所以这里还需要配合一个break语句，让代码在适当的位置跳出switch语句。

当程序执行到break语句的时候就不会再继续往下走了，它会跳出switch语句并开始执行下一条语句。将代码修改如下：

程序实现如下：

2.1.8 分支结构的嵌套

如果在一个if语句中包含另一个if语句，就称为if语句的嵌套，也叫分支结构的嵌套，如图2-3所示。

下面请根据图2-4所示的流程图编写代码。

流程图是算法、工作流或流程的一种框图表示，它以不同类型的框代表不同种类的步骤，每两个步骤之间则以箭头连接。这种表示方法便于说明解决已知问题的方法，广泛应用于分析、设计、记录及操控许多领域的流程或程序。

【扩展阅读】如果不清楚流程图怎么设计，可访问http://bbs.fishc.com/thread-68123-1-1.html或扫描图2-5所示二维码进行查阅。

实现代码如下：

程序实现如下：

2.1.9 悬挂else

给大家举个例子说明什么是悬挂else。比如，你计划约小花同学周末一起去看电影，接下来就有两个问题了：第一，小花那天有没有空；第二，那天下不下雨。但主要还是看第一个问题，只要小花有空，下雨可以带伞。写成代码如下：

程序实现如下：

这样看上去似乎没什么问题，但如果这样输入：

天呐，在女神有空，天公做美的情况下，居然打印“女神没空！！！！！T_T”，这是为什么呢？

分析代码：这段代码本意应该有两种情况，女神有空或没空。对于女神有空的情况，如果天下雨，就提醒你带伞；对于女神没空的情况，就很遗憾了。然而，这段代码实际上所做的却并非如此，原因在于C语言中有这样的规则：else始终与最接近的if匹配，所以你们都被程序的缩进骗了，事实上编译器看到程序的代码是这样的：

解决的方法很简单，加上一个大括号即可：

所以，最好的习惯就是if-else语句后面，无论是一个语句还是多个语句，都使用大括号括把它们包括起来。只要养成这样的习惯，就可以防止发生类似悬挂else这样的问题。

代码像下面这样写会更好一些：

如果你的屏幕偏小，上边的大括号又占了太多的纵向空间，导致一个屏幕页面可显示的内容十分有限，那么可以这样写：

上面哪一种写法都可以，但是选择一种之后就要坚持一直使用它，不要换来换去，不然自己写的代码，过段时间自己看着都别扭了。

2.1.10 等于号带来的问题

分支结构的代码很容易陷入另一个陷阱，那就是等于号带来的问题。作为条件的关系表达式中，经常需要判断一个值是否与另一个值相等。继续刚才的故事，比如看完电影，你就要判断小花是否有男朋友了，代码如下：

正当小花对你说没有（N）的时候，程序打印出来的却是：

这个问题大家应该马上就能检查出来，因为我们标题写着呢：等于号带来的问题。

if (hasBF='Y')本意是判断hasBF变量的值是否等于'Y'，结果由于少写了一个等于号，就变成了赋值表达式。所以无论hasBF变量里边存放的值是什么，在这里都被赋值为'Y'。

大家千万不要小看这个问题，如果你的代码变得庞大，那么从奇怪的结果中要反推出问题的所在，就变得异常困难了。那么有没有办法解决这个问题呢？其实是有的，只需要将两个操作数调一下位置即可：

将值写在表达式的左边，将变量写在表达式的右边。这样做的好处是让编译器帮你做检查。因为如果少录入了一个等于号，“'Y'=hasBF”这个表达式是不成立的，因为编译器永远也不会允许给一个常量赋值。