第四章 流程控制结构一、项目引入-猜数字游戏1.1 先看成品先看写完之后长什么样。答案先固定成 42随机数留到 3.6 节。#include iostream using namespace std; int main() { int answer 42; int guess 0; int count 0; while (guess ! answer) { cout 猜一个 1 到 100 的数: ; cin guess; count; if (guess answer) { cout 猜大了 endl; } else if (guess answer) { cout 猜小了 endl; } else { cout 猜中了一共猜了 count 次 endl; } } return 0; }跑起来是这个节奏。猜一个 1 到 100 的数: 50 猜大了 猜一个 1 到 100 的数: 25 猜小了 猜一个 1 到 100 的数: 37 猜小了 猜一个 1 到 100 的数: 44 猜大了 猜一个 1 到 100 的数: 40 猜小了 猜一个 1 到 100 的数: 42 猜中了一共猜了 6 次这个猜法有章法先砍一半再砍一半六次收工。1 到 100 的范围二分查找最多七次这是算得出来的二的七次方是一百二十八装得下一百个可能。程序该干的事它都干了读输入、比大小、报结果猜中了自动停。注意两个细节循环不知道要跑多少轮猜中才停每轮说的话不一样看猜的数是大是小。这两件事一个靠循环一个靠选择。┌──────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 猜数字游戏走这几步 │ ├──────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 先想数再循环猜猜中了才结算 │ │ │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 开局 埋随机种子生成 1 到 100 的一个数 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ v │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 进循环 提示玩家输入读进一个整数 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ v │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 比大小 猜大了、猜小了、猜中了三条路 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ v │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 跳出结算 报告猜了几次程序收工 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ 猜大猜小都不退循环接着提示直到猜中为止 │ │ 次数靠一个计数器每猜一次加一 │ └──────────────────────────────────────────────────────────┘1.2 拆开看就三样东西把这段程序按行拆开用到的知识摊开就这几样。段落代码里的样子属于哪一块准备answer guess count 三个变量第二章的老本反复猜while 加一个条件循环结构分岔提示if else if 三分支选择结构猜中收工条件变假循环自己退循环的出口前两章的东西这一章全用得上。cin 读数第二章学的变量累加第三章学的输出格式化都是现成的。真正新加的只有两样选择结构和循环结构。这一章的正文就讲这两块最后合起来就是开头那个游戏。选择结构回答的是该走哪条路。猜大了走大的提示猜小了走小的提示猜中了走结算。循环结构回答的是这件事要做几遍。读数、比较、提示这一套要重复到猜中为止写几遍都不对要写成一个会自己转的圈。1.3 没有流程控制之前回头看表哥那十来个 if。他把程序写成了清单猜 50 做什么猜 51 做什么一条条列。清单的问题在于长度固定而游戏的长度不固定。有人五次猜中有人六十次猜中清单写不到那么长。流程控制和清单的差别在这一点上。清单是照着走走完拉倒流程控制是会看情况情况不变就接着转。while 那一行条件是真的就再转一圈是假的就出门转几圈由玩游戏的人决定不由写程序的人决定。猜数字是个好教具。它够小四十行一下能看完它也够全选择、循环、跳转、输入输出全用上了。这一章把它拆开讲下一章再把它拼回去。二、选择结构2.1 条件的积木if 后面挂的是一个条件条件由关系运算符和逻辑运算符搭出来。关系运算符六个都是老熟人。运算符念法例子结果小于3 5真大于3 5假小于等于5 5真大于等于5 6假等于5 5真!不等于5 ! 5假等于号是两个等号。一个等号是赋值把右边的值塞进左边的变量第二章说过。写成 if (x 0) 是先把 x 改成 0再拿 0 当条件永远是假这是新手头号事故编译器多半还会补一个警告。逻辑运算符三个负责把多个条件拼起来。运算符含义例子并且两边都真才真年龄够并且有余票||或者一边真就真是会员或者是学生!取反真变假不是空判断一个数在 1 到 100 之间要写两个条件用 连。if (x 1 x 100) { cout 在范围内 endl; }数学里 1 x 100 这么写很顺C 里不行。运算从左往右先算 1 x 得 0 或 1再拿这个 0 或 1 去和 100 比结果永远是 1条件恒真。这个坑第三章踩过一次混合比较翻车同一个道理。优先级上关系运算符比逻辑运算符高 比 || 高。拿不准就加括号括号不要钱还能让读代码的人少费脑子。2.2 if 的三种形态一个 if 有三种长法分支一个比一个多。┌────────────────────────────────────────────────────────┐ │ if 的三种形态 │ ├────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 一个 if三种长法分支越来越多 │ │ │ │ ------------------------------------------------ │ │ |形态 |长相 |什么时候用 | │ │ ------------------------------------------------ │ │ |单分支 |if 加花括号 |条件成立才做 | │ │ |双分支 |if 配 else |二选一 | │ │ |多分支 |if else if 链 |三个以上候选 | │ │ ------------------------------------------------ │ │ │ │ if 后面挂条件成立进花括号不成立跳过去 │ │ else 贴着上一个 if中间别插别的语句 │ └────────────────────────────────────────────────────────┘单分支条件成立才做不成立就跳过去。if (score 60) { cout 及格了 endl; }双分支二选一总有一边要执行。if (num % 2 0) { cout 偶数 endl; } else { cout 奇数 endl; }多分支一串 if else if 挂下来从第一个条件开始试哪个中了走哪条。if (score 90) { cout 优 endl; } else if (score 80) { cout 良 endl; } else if (score 60) { cout 中 endl; } else { cout 差 endl; }这段代码有个顺序讲究。判断从大到小排先问是不是优不是再问良。写成从小到大就全乱60 分先被中接走90 分永远摸不到优的门。多分支的条件谁严谁先。else 配对是另一个事故点。else 找的是离它最近的、还没配对的 if。缩进好看不等于逻辑好看下面这段看着是两层其实是一层。if (x 0) if (y 0) cout 第一象限 endl; else cout x 不是正数 endl;编译器眼里那个 else 属于内层 if。x 是负数的时候内层 if 压根没执行else 也没机会执行屏幕干干净净。解决办法是花括号一律写上哪怕只有一句话。这不是风格问题是保命。if (x 0) { if (y 0) { cout 第一象限 endl; } } else { cout x 不是正数 endl; }嵌套 if 的真实用例是二维判断。先分性别再分年龄段一层套一层每层管一个维度。层数最多两层三层以上就该换成 switch 或者查表人读不动。2.3 条件运算符有一个场景很常见两个值里挑大的。用 if else 写先声明再摆一个判断啰嗦。int max; if (a b) { max a; } else { max b; }条件运算符一行搞定它是唯一的三目运算符三个位置各就各位。int max (a b) ? a : b;问号前面是条件真走问号后面假走冒号后面。括号建议一直带着它的优先级低得反常混进复杂表达式里容易和赋值号搅在一起。这句话也说给自己Debug 打多了就知道一行能装下的聪明常常是三天后看不懂的伏笔。2.4 switch 与穿透分支超过三个if else if 链就开始显长。switch 是为这种场合生的拿着一个值去对一堆标签。int level 2; switch (level) { case 1: cout 初级 endl; break; case 2: cout 中级 endl; break; case 3: cout 高级 endl; break; default: cout 等级不明 endl; }执行的时候先看 switch 后面挂的值这里是 2。从上往下找标签找到 case 2从那一行开始执行打印中级碰上 break跳出 switch。default 是兜底没有一个 case 对上的时候归它写不写都行建议写。┌──────────────────────────────────────────────────────────┐ │ switch 是怎么跑的 │ ├──────────────────────────────────────────────────────────┤ │ switch 拿着值去对标签对上了从那儿开始跑 │ │ │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 对标签 值等于哪个 case 的常量就从哪行起跑 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ v │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 往下顺 没有 break 就一条条掉下去这叫穿透 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ v │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ break 当场跳出 switch后面的 case 不看 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ 每个分支末尾都该有 break忘了就是穿透事故 │ │ case 只能对整数范围题交给 if else if │ └──────────────────────────────────────────────────────────┘break 是这套机制里最容易忘的东西。忘了会怎样看一眼穿透事故。int level 1; switch (level) { case 1: cout 初级 endl; case 2: cout 中级 endl; case 3: cout 高级 endl; default: cout 等级不明 endl; }输入 1屏幕上四行全出来了。case 1 执行完没有东西拦着顺着掉进 case 2再掉进 case 3最后连 default 一起执行。这个行为叫穿透标准规定如此不是编译器抽风。有些场合故意用它几个 case 共享一段代码日常多数是忘写。判断标准很简单写的时候有没有想过要穿透没想过就是忘了。switch 的规矩还有几条都是硬性的。规矩说明只能对整数int char 枚举都行字符串不行标签是常量case 后面跟编译期定得下的数不能是变量标签不重复两个 case 1编译直接拦default 随便放放头放尾都行习惯放最后分支多且值是整数用 switch条件带范围比如判断优良好中差用 if else if。switch 对范围没有天赋case 后面写 90 直接编不过。三、循环结构3.1 while 先判后跑while 的规矩一句话条件是真的身体就再跑一遍每跑完一遍重新问一次。int i 1; while (i 5) { cout i endl; i; }屏幕上出来 1 到 5。注意 i 那一行它让条件有变化。去掉它i 永远是 1条件永远为真程序永远跑下去这就是死循环。死循环的样子很吓人屏幕刷到看不见光标 CtrlC 按下去才停。第一次见容易慌慌可以别直接关窗口死循环是本章必修课见一次修一次就长记性。最常见的死循环病根有两个。一个是条件里写赋值while (flag 1) 每次进来先把 flag 设成 1再拿 1 当条件恒真。编译器会给警告大意是建议加括号确认是不是赋值看见这个警告就当错误处理。另一个是忘了更新计数器不走了条件不动了圈就不停了。int flag 1; while (flag 1) { // 赋值不是比较恒真 cout 停不下来 endl; }while 有个兄弟叫 do while俩人的差别在先后。┌──────────────────────────────────────────────────────┐ │ while 和 do while 差在哪 │ ├──────────────────────────────────────────────────────┤ │ 两种循环判条件和跑身体的先后反过来 │ │ │ │ ---------------------------------------------- │ │ |循环 |先干什么 |身体最少跑几次 | │ │ ---------------------------------------------- │ │ |while |先判条件 |可能一次都不跑 | │ │ |do while |先跑身体 |至少跑一次 | │ │ ---------------------------------------------- │ │ │ │ 循环进门先后不同空转的表现就不同 │ │ do while 的分号是语法漏了报错位置发懵 │ └──────────────────────────────────────────────────────┘3.2 do while 先跑后判do while 把身体提到前头条件挪到后头。翻译成人话先跑一遍再问还要不要跑。int choice; do { cout 1 开始 2 设置 0 退出 endl; cout 选一个: ; cin choice; } while (choice ! 0);菜单用 do while 正合适。菜单至少得显示一次while 先问后跑条件凑不巧就一次不显示do while 没这个问题。输 0 退出输别的继续显示逻辑顺。两条使用规矩。分号不能省while (choice ! 0); 这个分号是语法的一部分漏了编译报错报的位置还容易看懵。花括号里的身体和 while 是绑定的break 一样管用。三种循环的分工一句话版本。次数知道用 for次数看情况用 while至少跑一次用 do while。循环判条件时机身体最少几次典型场合while进圈之前可能零次猜数字、读文件到结尾do while跑完之后至少一次菜单、重试询问for每轮之前可能零次计数、遍历、九九乘法表3.3 for 为计数而生while 什么圈都能转计数的圈转起来啰嗦。定起点判终点往前迈一步三件事摊在 while 里是这个样子。int i 1; while (i 100) { cout i endl; i; }for 把这三件事收进一行一格放一样。for (int i 1; i 100; i) { cout i endl; }┌────────────────────────────────────────────────────────┐ │ for 的三段各管什么 │ ├────────────────────────────────────────────────────────┤ │ for 的三个格子各管一段分号是格子之间的墙 │ │ │ │ ------------------------------------------------ │ │ |格子 |管什么 |跑几次 | │ │ ------------------------------------------------ │ │ |初始化 |定计数器的起点 |只跑一次 | │ │ |条件 |决定还跑不跑 |每轮都跑 | │ │ |更新 |计数器往前走一步 |每轮都跑 | │ │ ------------------------------------------------ │ │ │ │ 三段都能省分号不能省省光就是死循环 │ │ 计数器习惯用 i嵌套里层用 j别重用 │ └────────────────────────────────────────────────────────┘执行顺序得盯一眼。初始化只来一次条件每轮都问更新每轮都跑三个格子的节奏不一样。┌──────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 一轮 for 按什么顺序走 │ ├──────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 一轮循环里条件和更新隔着身体打招呼 │ │ │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 初始化 进屋前做一次定好起点 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ v │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 判条件 真的往下走假的出门 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ v │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 跑身体 该做的事写在这儿 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ │ v │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 更新 计数器加一再回去判条件 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ 顺序是先判后跑再更新更新完回到判断 │ │ 多跑一轮多半是判断写成了小于等于 │ └──────────────────────────────────────────────────────────┘初学者最常栽在边界上。打印 1 到 10条件写成 i 10 对写成 i 10 少一个写成 i 11 多一个。拿不准的时候小刀割一下先跑个 1 到 3数一数再放回去跑 1 到 100。多跑一轮少跑一轮的毛病十个循环 bug 里占三个。for 的三段都能省分号不能省。省一段常见于计数器在别处初始化省两段也有人写三段全省就是 for (;;)和 while (true) 一个意思死循环的正式写法。for (int i 0, j 10; i j; i, j--) { cout i j endl; }这一段用了逗号表达式初始化和更新各干两件事两头往中间走碰头为止。算是个花活知道有就行日常代码里见到的机会不多。还有一条常考细节。for 里声明的变量活动范围就在这个 for 里出了圈就没了。C 一向是这样C 语言要到 C99 才跟上所以老代码里常见先声明再用的写法两种都看得懂就行。3.4 break 和 continue圈里想提前撤用 break。圈里想跳过这一轮用 continue。两个都是本章的关键词去的地方不一样。┌────────────────────────────────────────────────────────┐ │ break 和 continue 的去向 │ ├────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 两个跳语句跳的高度不一样 │ │ │ │ ------------------------------------------------ │ │ |语句 |跳去哪 |循环还跑吗 | │ │ ------------------------------------------------ │ │ |break |直接出循环 |不跑了 | │ │ |continue |回条件判断 |接着跑下一轮 | │ │ ------------------------------------------------ │ │ │ │ break 在 switch 里也认跳出这一层 switch │ │ 嵌了两层循环break 只跳最近的那一层 │ └────────────────────────────────────────────────────────┘看代码。1 到 10 挨个打碰上 5 跳过碰上 8 收工。for (int i 1; i 10; i) { if (i 5) { continue; } if (i 8) { break; } cout i endl; }屏幕上挨个出来 1 2 3 4 6 7六个数字。continue 跳的是本轮剩下的语句跳完回到更新那一格计数器照走break 是整个圈不要了更新都不回去。break 只跳最近的一层这个限定词别丢。想从里层一下撤到最外面break 不帮忙得靠一个标记变量加条件判断那是后话函数和返回值会给出更干净的解法。3.5 嵌套循环与九九乘法表圈里套圈就是嵌套循环。外层走一步内层跑一整轮这个节奏是理解嵌套的唯一钥匙。┌──────────────────────────────────────────┐ │ 嵌套循环谁先跑 │ ├──────────────────────────────────────────┤ │ 外层走一步内层要跑完一整轮 │ │ │ │ 外层 i 从 1 到 9每走一步 │ │ │ │ │ v │ │ 内层 j 从 1 到 i整整齐齐跑完 │ │ ├─ i 是 1 的时候j 只跑 1 轮 │ │ ├─ i 是 9 的时候j 跑 9 轮 │ │ └─ 总共 45 个等式一行比一行长 │ │ │ │ 内层跑完外层才更新不是同时往前跑 │ │ 看不清的时候两个计数器都打印出来看 │ └──────────────────────────────────────────┘九九乘法表是嵌套循环的保留节目。九行第一行一个等式第九行九个一共四十五个。用循环写外层管行内层管列。for (int i 1; i 9; i) { for (int j 1; j i; j) { cout j x i i * j \t; } cout endl; }内层的条件是 j i不是 j 9。就这一个小于等于决定了第一行只有一个等式第九行有九个。改成 j 9出来的是方阵一行不落三角形摊成正方形能跑但不是要的那个。外层循环体里就两件事内层循环加一个换行。内层负责把一行填满外层负责换下一行。套第三层不是不行是很少有人读得动两层是人的舒适区上限。嵌套循环最容易出的 bug 是计数器写重。两层都用 i内层一轮把外层的 i 搅得天翻地覆圈数全乱。规矩是外层 i 内层 j第三层才轮到 k别省这点字母。3.6 随机数与完整版固定答案 42 的游戏玩第二轮就没意思了答案得会变。变之前先知道计算机里的随机是假随机由数学公式一批批算出来起点相同算出来的一串数完全相同。rand 函数从cstdlib来每次调用给一个数范围 0 到 RAND_MAX。RAND_MAX 是个常量标准只要求不小于 32767Windows 上常见就是 32767Linux 和 macOS 上常是二十多亿。不播种每次运行 rand 吐的数一个样程序昨天今天一个答案。srand 负责播种配 time 拿当前时刻当种子每次跑都不一样。#include iostream #include cstdlib #include ctime using namespace std; int main() { srand((unsigned int)time(nullptr)); for (int i 0; i 5; i) { cout rand() endl; } return 0; }跑两遍数字不一样了。要 1 到 100取余再平移rand % 100 1取余得 0 到 99加 1 得 1 到 100。C11 起有了新玩具random头文件随机数引擎加分布两行搞定分布更均匀写法也更直白。#include iostream #include random using namespace std; int main() { random_device rd; mt19937 rng(rd()); uniform_int_distributionint dist(1, 100); for (int i 0; i 5; i) { cout dist(rng) endl; } return 0; }初学者建议先认 rand 那一套老代码里到处都是读得懂才有然后。random是写新代码的选择等哪天要均匀分布、要正态分布、要可复现的随机序列再回来细聊。做法头文件一句话点评rand 加 srandcstdlib加ctime老搭档教程和遗产代码都靠它mt19937 加分布random现代做法均匀可控该早点换现在拼完整版。五摊东西埋种子、生成答案、循环猜、计数器、结算。┌────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 猜数字程序分五摊 │ ├────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 完整版还只有一个 main里面分了五摊 │ │ │ │ ------------------------------------------------ │ │ |段落 |干什么 |用到什么 | │ │ ------------------------------------------------ │ │ |埋种子 |让每次运行答案不同 |srand 加 time | │ │ |生成答案 |定一个 1 到 100 的数 |rand 加取余 | │ │ |循环猜 |读、比、提示猜中才停|while 加 if | │ │ |计数器 |记猜了几次 |一个 int | │ │ |结算 |跳出后报告成绩 |break 跳这儿 | │ │ ------------------------------------------------ │ │ │ │ 五摊按顺序排循环那块是本章的组合拳 │ │ 拆函数留到下一章现在先堆在 main 里 │ └────────────────────────────────────────────────────────┘#include iostream #include cstdlib #include ctime using namespace std; int main() { srand((unsigned int)time(nullptr)); int answer rand() % 100 1; int guess 0; int count 0; while (guess ! answer) { cout 猜一个 1 到 100 的数: ; cin guess; count; if (guess answer) { cout 猜大了 endl; } else if (guess answer) { cout 猜小了 endl; } else { cout 猜中了一共猜了 count 次 endl; } } return 0; }和 1.1 节的差别只有两行一个 srand一个 rand % 100 1。流程一行没动这就是流程控制值钱的地方壳子搭好换内容只是换两行。顺手指出一个脆弱处。cin 里喂个字母第三章讲过failbit 一置cin 直接摆烂guess 再也不更新循环停不下来。交差之前先用字母试一次崩了就知道要补第三章那套三板斧。四、小结┌──────────────────────────────────────────────────────────┐ │ 本章收口 │ ├──────────────────────────────────────────────────────────┤ │ 一章学完手上就该有这几样东西 │ │ │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 选择 if 三形态switch 加 break │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 循环 while、do while、for 各就各位 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ ┌────────────────────────────────────────────────────┐ │ │ │ 跳转 break 跳出continue 跳过本次 │ │ │ └────────────────────────────────────────────────────┘ │ │ │ │ 猜数字一个游戏把选择、循环、跳转全用上了 │ │ 读代码先找循环再看循环里的分支 │ │ 下一章把 main 里这五摊收进函数 │ └──────────────────────────────────────────────────────────┘知识一句话最容易栽在哪if 三形态单双多分支一个个加条件顺序写反else 配对找最近的没配对 if缩进骗人花括号救命switch整数对标签break 跳出忘 break 全穿透while先判后跑条件恒真忘了更新do while先跑后判至少一次漏分号for三段一格计数专用边界小于等于break出圈嵌套里只跳一层continue跳过本轮更新不走就死循环嵌套循环外层一步内层一轮计数器重用随机数先播种再 rand不播种答案不变五句话带走。流程控制不是新语法是把程序的走法从直线变成会看路。选择看条件循环看真假跳转让走法更利索。if 的花括号一律写上这是本章性价比最高的一条。猜数字一个游戏把全章的关键字用全了读它三遍胜过读三十个片段。写死循环别慌 CtrlC 加检查条件两步搞定。课后练习四道由易到难。改猜数字加次数上限七次没中就报答案是几重开一轮。九九乘法表倒过来打第九行九个等式第一行一个。打印 100 以内的素数用取余判一遍break 提前收工。写个菜单用 do while 包着选 0 才退出选错给提示。附录流程控制速查卡类别关键词一句话提醒单分支if 加花括号条件真才进双分支if 配 else二选一必执行多分支if else if 链严条件放前面三目条件 ? 甲 : 乙一行二选一加括号多路开关switch case default标签是整数常量break 别忘先判循环while条件假一次不进先跑循环do while至少一次分号别省计数循环for三段一格分号不能省跳出breakswitch 里也认只跳一层跳过continue回条件判断不走完本轮常见现象病根药方程序停不下来条件恒真或没更新查赋值号查计数器屏幕刷到看不清死循环在打印CtrlC先停再查多跑或少跑一轮边界写成小于等于先跑三轮数一数switch 分支全执行忘了 break每个 case 补上else 对不上号缩进骗人花括号写上内层循环不跑内层条件一开始就假两个计数器都打印每次运行答案一样忘了 srand开头埋种子喂字母程序卡死failbit 没清clear 加 ignore 重问