Условные операторы if и switch

Для того чтобы иметь возможность реализовать логику в программе используются условные операторы. Умозрительно эти операторы можно представить в виде узловых пунктов, достигая которых программа делает выбор по какому из возможных направлений двигаться дальше. Например, требуется определить, содержит ли некоторая переменная arg положительное или отрицательное число и вывести соответствующее сообщение на экран. Для этого можно воспользоваться оператором if (если), который и выполняет подобные проверки.

В самом простом случае синтаксис данного оператора if следующий:

if (выражение)
<оператор>

Если значение параметра «выражение» равно «истинно», выполняется оператор, иначе он пропускается программой. Следует отметить, что «выражение» является условным выражением, в котором выполняется проверка некоторого условия. В табл. 2.1 представлены варианты простых логических выражений оператора if.

Таблица 2.1. Простые логические выражения

if(a < b)	Истинно, если переменная a меньше переменной b и ложно в противном случае.
if(a > b)	Истинно, если переменная a больше переменной b и ложно в противном случае.
if(a == b)	Истинно, если переменная a равна переменной b и ложно в противном случае.
if(a <= b)	Истинно, если переменная a меньше либо равна переменной b и ложно в противном случае.
if(a >= b)	Истинно, если переменная a больше либо равна переменной b и ложно в противном случае.
if(a!= b)	Истинно, если переменная a не равна переменной b и ложно в противном случае.
if(a)	Истинно, если переменная a не равна нулю, и ложно в противном случае.

Приведем пример использования оператора ветвления if. Следующая программа позволяет определять знак введенной переменной.

Листинг 2.1. Первая программа определения знака введенного числа.

#include
int main()
{
float x;
printf(“Введите число: ”);
scanf(“%f”,&x);
if(x < 0)
printf(“Введенное число %f является отрицательным.\n”, x);
if(x >= 0)
printf(“Введенное число %f является неотрицательным.\n”, x);

return 0;
}

Анализ приведенного текста программы показывает, что два условных оператора можно заменить одним, используя конструкцию

if (выражение)
<оператор1>
else
<оператор2>

которая интерпретируется таким образом. Если «выражение» истинно, то выполняется «оператор1», иначе выполняется «оператор2». Перепишем ранее приведенный пример определение знака числа с использованием данной конструкции.

Листинг 2.2. Вторая программа определения знака введенного числа.

#include
int main()
{
float x;
printf(“Введите число: ”);
scanf(“%f”,&x);
if(x < 0)
printf(“Введенное число %f является отрицательным.\n”, x);
else
printf(“Введенное число %f является неотрицательным.\n”, x);

return 0;
}

В представленных примерах после операторов if и else стоит всего одна функция printf(). В случаях, когда при выполнении какого-либо условия необходимо записать более одного оператора, необходимо использовать фигурные скобки, т.е. использовать конструкцию вида

if (выражение)
{
<список операторов>
}
else
{
<список операторов>
}

Следует отметить, что после ключевого слова else формально можно поставить еще один оператор условия if, в результате получим еще более гибкую конструкцию условных переходов:

if(выражение1) <оператор1>
else if(выражение2) <опреатор2>
else <оператор3>

На листинге 2.3 представлена программа, реализующая последнюю конструкцию условных переходов.

Листинг 2.3. Третья программа определения знака введенного числа.

#include
int main()
{
float x;
printf(“Введите число: ”);
scanf(“%f”,&x);
if(x < 0)
printf(“Введенное число %f является отрицательным.\n”, x);
else if(x > 0)
printf(“Введенное число %f является положительным.\n”, x);
else
printf(“Введенное число %f является неотрицательным.\n”,x);

return 0;
}

До сих пор рассматривались простые условия типа x<0. Вместе с тем оператор if позволяет реализовывать более сложные условные переходы. В языке С++ имеются три логические операции:

&& - логическое И
|| - логическое ИЛИ
! – логическое НЕТ

На основе этих трех логических операций можно сформировать более сложные условия. Например, если имеются три переменные exp1, exp2 и exp3, то они могут составлять логические конструкции, представленные в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Пример составных логических выражений

if(exp1 > exp2 && exp2 < exp3)	Истинно, если значение переменной exp1 больше значения переменной exp2 и значение переменной exp2 меньше значения переменной exp3.
if(exp1 <= exp2 || exp1 >= exp3)	Истинно, если значение переменной exp1 меньше либо равно значения переменной exp2 или значение переменной exp2 больше либо равно значения переменной exp3.
if(exp1 && exp2 &&!exp3)	Истинно, если истинное значение exp1 и истинно значение exp2 и ложно значение exp3.
if(!exp1 ||!exp2 && exp3)	Истинно, если ложно значение exp1 или ложно значение exp2 и истинно значение exp3.

Подобно операциям умножения и сложения в математике, логические операции И ИЛИ НЕТ, также имеют свои приоритеты. Самый высокий приоритет имеет операция НЕТ, т.е. такая операция выполняется в первую очередь. Более низкий приоритет у операции И, и наконец самый малый приоритет у операции ИЛИ. Данные приоритеты необходимо учитывать, при составлении сложных условий. Например, условие

if(4 < 6 && 5 > 6 || 5 < 6)

проверяется таким образом. Если 4 < 6 И 5 > 6 ИЛИ 5 < 6, то выполняется переход по условию. При необходимости изменения порядка проверки следует операции с более низким приоритетом поместить в круглые скобки, как показано ниже

if(4 < 6 && (5 > 6 || 5 < 6))

Условная операция if облегчает написание программ, в которых необходимо производить выбор между небольшим числом возможных вариантов. Однако иногда в программе необходимо осуществить выбор одного варианта из множества возможных. Формально для этого можно воспользоваться конструкцией if else if … else. Однако во многих случаях оказывается более удобным применять оператор switch языка С++. Синтаксис данного оператора следующий:

switch(переменная)
{
case константа1:
<операторы>
case константа2:
<операторы>
...
default:
<операторы>
}

Данный оператор последовательно проверяет на равенство переменной константам, стоящим после ключевого слова case. Если ни одна из констант не равна значению переменно, то выполняются операторы, находящиеся после слова default. Оператор switch имеет следующую особенность. Допустим, значение переменной равно значению константы1 и выполняются операторы, стоящие после первого ключевого слова case. После этого выполнение программы продолжится проверкой переменной на равенство константы2, что часто приводит к неоправданным затратам ресурсов ЭВМ. Во избежание такой ситуации следует использовать оператор break для перехода программы к следующему оператору после switch.

На листинге 2.4 представлен пример программирования условного оператора switch.

Листинг 2.4. Пример использования оператора switch.

#include
int main()
{
int x;
printf(“Введите число: ”);
scanf(“%d”,&x);
switch(x)
{
case 1: printf(“Введено число 1\n”);break;
case 2: printf(“Введено число 2\n”); break;
default: printf(“Введено другое число\n”);
}
char ch;
printf(“Введите символ: ”);
scanf(“%с”,&сh);
switch(ch)
{
case ‘a’: printf(“Введен символ а\n”); break;
case ‘b’: printf(“Введен символ b\n”); break;
default: printf(“Введен другой символ\n”);
}
return 0;
}

Данный пример демонстрирует два разных варианта использования оператора switch. В первом случае выполняется анализ введенной цифры, во втором – анализ введенного символа. Следует отметить, что данный оператор может производить выбор только на основании равенства своего аргумента одному из перечисленных значений case, т.е. проверка выражений типа x<0 в данном случае невозможна.

2.2. Операторы цикла языка С++

Часто при создании программ на ЭВМ требуется много раз выполнить одну и ту же группу операторов. Например, для вычисления суммы ряда длиной или перебора элементов массива с целью определения наибольшего или наименьшего значения и т.п. Во всех этих случаях необходим инструмент для реализации повторяющихся операций и таким инструментом являются операторы цикла.

Оператор цикла while

С помощью данного оператора реализуется цикл, который выполняется до тех пор, пока истинно условие цикла. Синтаксис данного оператора следующий:

while(<условие>)
{
<тело цикла>
}

Приведем пример реализации данного цикла, в котором выполняется суммирование элементов ряда S = 0+1+2+3... пока S

int N=20, i = 0;
long S = 0L;
while(S < N)
{
S=S+i;
i++;
}

В данном примере реализуется цикл while с условием i < N. Так как начальное значение переменной i=0, а N=20, то условие истинно и выполняется тело цикла, в котором осуществляется суммирование переменной i и увеличение ее на 1. Очевидно, что на 20 итерации значение i=20, условие станет ложным и цикл будет завершен. Продемонстрируем гибкость языка С++, изменив данный пример следующим образом:

int N=20, i = 0;
long S = 0L;
while((S=S+i++) < N);

В данном случае при проверке условия сначала выполняются операторы, стоящие в скобках, где и осуществляется суммирование элементов ряда и только, затем, проверяется условие. Результат выполнения обоих вариантов программ одинаковый и S=21. Однако последняя конструкция бывает удобной при реализации опроса клавиатуры, например, с помощью функции scanf():

int num;
while(scanf(“%d”,&num) == 1)
{
printf(“Вы ввели значение %d\n”,num);
}

Данный цикл будет работать, пока пользователь вводит целочисленные значения и останавливается, если введена буква или вещественное число. Следует отметить, что цикл while можно принудительно завершить даже при истинном условии цикла. Это достигается путем использования оператора break. Перепишем предыдущий пример так, чтобы цикл завершался, если пользователь введет число 0.

int num;
while(scanf(“%d”,&mun) == 1)
{
if(num == 0) break;
printf(“Вы ввели значение %d\n”,num);
}

Цикл завершается сразу после использования оператора break, т.е. в приведенном примере, при вводе с клавиатуры нуля функция printf() выполняться не будет и программа перейдет на следующий оператор после while. Того же результата можно добиться, если использовать составное условие в цикле:

int num;
while(scanf(“%d”,&mun) == 1 && num!= 0)
{
printf(“Вы ввели значение %d\n”,num);
}

Таким образом, в качестве условия возможны такие же конструкции, что и в операторе if.

Оператор цикла for

Работа оператора цикла for подобна оператору while с той лишь разницей, что оператор for подразумевает изменение значения некоторой переменной и проверки ее на истинность. Работа данного оператора продолжается до тех пор, пока истинно условие цикла. Синтаксис оператора for следующий:

for(<инициализация счетчика>;<условие>;<изменение значения счетчика>)
{
<тело цикла>
}

Рассмотрим особенность реализации данного оператора на примере вывода таблицы кодов ASCII символов.

char ch;
for(ch = ‘a’; ch <= ‘z’; ch++)
printf(“Значение ASCII для %c - %d.\n”,ch,ch);

В данном примере в качестве счетчика цикла выступает переменная ch, которая инициализируется символом ‘a’. Это означает, что в переменную ch заносится число 97 – код символа ‘a’. Именно так символы представляются в памяти компьютера. Код символа ‘z’ – 122, и все малые буквы латинского алфавита имеют коды в диапазоне [97; 122]. Поэтому, увеличивая значение ch на единицу, получаем код следующей буквы, которая выводится с помощью функции printf(). Учитывая все вышесказанное, этот же пример можно записать следующим образом:

for(char ch = 97; ch <= 122; ch++)
printf(“Значение ASCII для %c - %d.\n”,ch,ch);

Здесь следует отметить, что переменная ch объявлена внутри оператора for. Это особенность языка С++ - возможность объявлять переменные в любом месте программы.

Существует много особенностей реализации данного оператора, отметим основные из них, которые могут заметно повысить скорость написания программ. Следующим примером продемонстрируем особенности изменения значения счетчика цикла.

int line_cnt = 1;
double debet;
for(debet = 100.0; debet < 150.0; debet = debet*1.1, line_cnt++)
printf(“%d. Ваш долг теперь равен %.2f.\n”,line_cnt, debet);

Следующий фрагмент программы демонстрирует возможность программирования сложного условия внутри цикла.

int exit = 1;
for(int num = 0;num < 100 &&!exit; num += 1)
{
scanf(“%d”,&mov);
if(mov == 0) exit = 0;
printf(“Произведение num*mov = %d.\n”,num*mov);
}

Оператор for с одним условием:

int i=0;
for(;i < 100;) i++;

и без условия

int i=0;
for(;;;) {i++; if(i > 100) break;}

В последнем примере оператор break служит для выхода из цикла for, т.к. он будет работать «вечно» не имея никаких условий.

Оператор цикла do while

Все представленные выше операторы циклов, так или иначе, проверяют условие перед выполнением цикла, благодаря чему существует вероятность, что операторы внутри цикла никогда не будут выполнены. Такие циклы называют циклы с предусловием. Однако бывают ситуации, когда целесообразно выполнять проверку условия после того, как будут выполнены операторы, стоящие внутри цикла. Это достигается путем использования операторов do while, которые реализуют цикл с постусловием. Следующий пример демонстрирует реализацию такого цикла.

const int secret_code = 13;
int code_ent;
do
{
printf(“Введите секретный код: ”);
scanf(“%d”,&code_ent);
}
while(code_ent!= secret_code);

Из приведенного примера видно, что цикл с постусловием работает до тех пор, пока истинно условие, т.е. в данном случае пока значение введенного кода будет отличаться от значения секретного кода. Также следует обратить внимание на то, что после ключевого слова while должна стоять точка с запятой. При реализации данного цикла можно использовать составные условия, подобно циклу while, а также принудительно выходить из цикла с помощью оператора break.