第5章选择结构程序设计
应用程序的执行过程中可能会遇到多种不同的情况,程序必须依据指定的条件执行不
同的操作,所有可能的情况都必须在程序编制过程中考虑好,用来实现这种情况的语句通常
称为选择结构语句或分支结构语句(结构化程序设计的第2种结构)。C语言中用来实现选
择结构的语句有两种:if语句和switch语句。
学习重点和难点:
.关系运算符与关系表达式。
.逻辑运算符与逻辑表达式。
.if语句及其几种格式。
.switch语句实现多分支选择
。
学习本章后读者将会有按条件选择不同功能处理程序的编程能力
。
5.本章引例
1
第4章引例程序有个不足,就是若输入的边长a,c不构成三角形时,
b,海伦公式就不适
用的。学习本章后这类问题就能得到较好的解决。这里给出另外一个引例。
【例5-1】出租车计价程序:设某城市普通出租车收费标准:起步里程为3千米,起步
价10 元;超过起步里程后10 千米内(即4~10 千米), 每千米2元;超过10 千米以上的部分
每千米3元;营运过程中,因路阻或因乘客要求临时停车等产生等待时间的,按每5分钟2
元收取(不足5分钟则不收费)。运价计费尾数四舍五入,保留到元(即不含小数)。编写程
序,根据实际行驶里程(千米,截断式只保留1位小数)与等待时间(分钟), 计算并输出乘客
应付的出租车费(元)。
分析:行驶里程费与等待时间费分开计算后累加,里程费按规则分段计算,等待分钟不
含小数,等待时间费直接按5的倍数计算。图5-1是本例的N-S流程图。
图5-1 例5-1的N-S流程图
92
#include <stdio.h>
int main(void)
{ int waittime,cost_time,cost_all;
double mileage,cost_mile; //①变量定义部分
printf("请输入里程数(千米,含1 位小数):"); scanf("%lf",&mileage); //②输入里程数
printf("请输入等待时间(分钟):"); scanf("%d",&waittime); //输入等待时间
if (mileage<0 || waittime<0) { //③按条件计算等待的数据处理部分
printf("输入的里程数或等待时间(分钟)有误。");
return 1;
}
mileage=((int)(mileage*10))/10.0; //截断式处理,只保留1 位小数
if (mileage<=3.0)
cost_mile=10.0;
else if (mileage<=10.0)
cost_mile=10.0+(mileage-3.0)*2.0;
else
cost_mile=10.0+(10.0-3.0)*2.0+(mileage-10.0)*3.0;
cost_time=(waittime/5) * 2;
cost_all=(int)(cost_mile+cost_time+0.5); //加0.5 后转成int,实现四舍五入功能
printf("本次乘坐里程数(千米):%5.1lf,等待时间(分钟):%d,费用共计:%d 元\n",mileage,
waittime,cost_all); //④输出结果
return 0;
}
运行结果:
学习本章内容后,编写的程序逻辑会更缜密,程序面对不同输入等情况的应对处理将更
周全。简言之,编写的程序将会更健壮、更适用。
5.2 关系运算符和表达式
在程序中经常需要比较两个量的大小关系,以决定程序下一步的工作。比较两个量的
运算符称为关系运算符。
5.2.1 关系运算符及其优先级
在C语言中有如表5-1所示的6种关系运算符。
表5-1 C语言关系运算符
符号说 明
< 小于,如x<y(说明:x和y为变量、常量、各类表达式等)
<= 小于或等于
> 大于
续表
93
符号说 明
>= 大于或等于
== 等于
!= 不等于(注意:“<>”不是C语言的不等于运算符)
关系运算符都是双目运算符,其结合性均为左结合。关系运算符的优先级低于算术运
算符,高于赋值运算符。在6个关系运算符中,<、<=、>、>=的优先级相同,高于==
和!=,==和!=的优先级相同(注意:关系运算符还分优先等级在其他语言中是少有的)。
5.2.2 关系表达式
关系表达式的一般形式为:
表达式 关系运算符 表达式
例如:
a+b>c-d x>3/2 'a'+1<c -i-5*j==k+1
都是合法的关系表达式。由于表达式也可以又是关系表达式,因此也允许出现嵌套的情况。
例如:
a>(b>c) a!=(c==d)
关系表达式的值是“真”和“假”,用1和0表示。如5>0的值为真,即为1。
(a=3)>(b=5),由于3>5不成立,故其值为假,即为0。
5>2>7>8在C语言中是允许的,相当于(((5>2)>7)>8)≡((1>7)>8)≡(0>8),其
值为0。
【例5-2】 输出一些关系表达式的运算值。
int main(void){
char c='k';int i=1,j=2,k=3;float x=3e+5,y=0.85;
printf("%d,%d\n",'a'+5<c,-i-2*j>=k+1); //请注意各运算的优先级
printf("%d,%d\n",1<j<5,x-5.25<=x+y);
printf("%d,%d\n",i+j+k==-2*j,k==j==i+5);
}
运行结果如下。
说明:在本例中求出了各种关系表达式的值。字符变量是以它对应的ASCII码参与运
算的。对于含多个关系运算符的表达式,如k==j==i+5,根据运算符的左结合性,先计
算k==j,该式不成立,其值为0,再计算0==i+5,也不成立,故表达式值为0。
94
5.3 逻辑运算符和表达式
组合多种条件构成复合或复杂条件时,需要用到逻辑运算与逻辑表达式。
5.3.1 逻辑运算符及其优先级
C语言中提供了三种逻辑运算符:
(1)&& 与运算,如x&&y(说明:x和y为变量、常量、关系表达式或其他表达式等)。
(2)‖或运算,如x‖y。
(3)! 非运算,如!x。
与运算符&& 和或运算符‖均为双目运算符,具有左结合性。非运算符! 为单目运算
符,具有右结合性。逻辑运算符和其他运算符优先级的关系可表示为:!(非)→&&(与)→
‖(或)。
“&&”和“‖”低于关系运算符,“!”高于算术运算符。
按照运算符的优先顺序可以得出:
a>b&&c>d等价于(a>b)&&(c>d)。
!b==c‖d<a等价于((!b)==c)‖(d<a)。
a+b>c&&x+y<b等价于((a+b)>c)&&((x+y)<b)。
5.3.2 逻辑运算及其取值
逻辑运算的值为“真”和“假”两种,用1和0来表示。其求值规则如下。
(1)与运算&&。参与运算的两个量都为真时,结果才为真,否则为假。例如:
5.0>4.9 && 4>3
由于5.0>4.9为真,4>3也为真,相与的结果也为真。
(2)或运算‖。参与运算的两个量只要有一个为真,结果就为真。两个量都为假时,结
果为假。例如:
5.0>4.9‖5>8
由于5.0>4.9为真,相或的结果也就为真。
(3)非运算!。参与的运算量为真时,结果为假;参与的运算量为假时,结果为真。
例如,!(5.0>4.9)的结果为假,即为0。
虽然C编译在运算得出逻辑运算结果值时,以1代表“真”,0代表“假”。但在判断一个
95
量是为“真”还是为“假”时,以0代表“假”,以非0的数值作为“真”。例如,由于5和3均为
非0,因此5&&3的值为“真”,即为1。又如,5‖0的值为“真”,即为1。
逻辑运算!、&&、‖的“真值表”如表5-2~表5-4所示,其中,x、y为各种取值的运算
量,可以是各种类型的常量、变量,各种表达式等。
表5-2 逻辑运算真值表(1)
x y !x x&&y x‖y
真真假真真
真假假假真
假真真假真
假假真假假
表5-3 逻辑运算真值表(2)
x y !x x&&y x‖y
1 1 0 1 1
1 0 0 0 1
0 1 1 0 1
0 0 1 0 0
表5-4 逻辑运算真值表(3)
x y !x x&&y x‖y
非0 非0 0 1 1
非0 0 0 0 1
0 非0 1 0 1
0 0 1 0 0
注意:在C语言中要特别注意的是:运算量为0表示“假”,非0表示“真”;逻辑表达式
的运算结果:“假”或“不成立”结果为0,“真”或“成立”结果为1。
5.3.3 逻辑表达式
逻辑表达式的一般形式为:
表达式逻辑运算符表达式
其中的表达式也可以是逻辑表达式,从而组成了嵌套的情形。例如:
(a&&b)&&c
根据逻辑运算符的左结合性,上式也可写为:
a&&b&&c
逻辑表达式的值是式中各种逻辑运算的最后值,以1和0分别代表“真”和“假”。
【例5-3】 输出一些逻辑表达式的运算值。
int main(void){
char c='k'; int i=1,j=2,k=3; float x=3e+5,y=0.85;
printf("%d,%d\n",!x*!y,!!!x);
printf("%d,%d\n",x‖i&&j-3,i<j&&x<y);
printf("%d,%d\n",i==5&&c&&(j=8),x+y‖i+j+k);
}
96
运行结果如下。
说明:本例中!x和!y分别为0,!x*!y也为0,故其输出值为0。由于x为非0,故!!!x
的逻辑值为0。对于式x‖i&&j-3,先计算j-3的值为非0,再求i&&j-3的逻辑值为
1,故x‖i&&j-3的逻辑值为1。对于式i<j&&x<y,由于i<j的值为1,而x<y为0,故
表达式的值为1与0相与,最后为0,对于式i==5&&c&&(j=8),由于i==5为假,即值
为0,该表达式由两个与运算组成,所以整个表达式的值为0。对于式x+ y‖i+j+k,由于
x+y的值为非0,故整个或表达式的值为1。
注意:逻辑表达式求解时有个特性,并非所有的逻辑运算符都被执行,只在必须执行下
一个逻辑运算符才能求出表达式的结果时,才执行该运算符,也即在已明确表达式的真或假
值时,后续对结果没有影响力的运算将不执行了。
(1)如a&&b&&c,只在a为真时,才判别b的值;只在a、b都为真时,才判别c的值。
也即a为假时,表达式为假,就不判断b与c了;a为真,b为假时,表达式亦为假,就不判断
c了。
(2)如a‖b‖c,只在a为假时,才判别b的值;只在a、b都为假时,才判别c的值。也
即a为真时,表达式为真,就不判断b与c了;a为假,b为真时,表达式亦为真,就不判断c
了。例如:
a=1;b=2;c=3;d=4;m=1;n=1; (m=a>b)&&(n=c>d); /*结果m=0,n=1,而非n=0*/
例如,intx=5;表达式0‖++x的值为1,表达式求值后x为6;而intx=5;表达式
0&&++x的值为0,表达式求值后x为5,而非x为6(因为++x未执行)。
5.4 if语句的用法
用if语句可以构成选择结构。它根据给定的条件进行判断,以决定执行某个分支程序
段。C语言的if语句有三种基本形式。
5.4.1 if语句的三种形式
1.第一种形式
图5-2 if语句的执行逻辑
其基本形式为:
if(表达式) 语句;
其语义是:如果表达式的值为真,则执行其后的语句(可为复合
语句),否则不执行该语句,其执行逻辑如图5-2所示。
注意:if后的表达式可以是关系表达式、逻辑表达式、数值
表达式等,类型也可以任意。
if(!表达式)等价于if(表达式==0),而if(表达式)等价
于if(表达式!=0)。
97
【例5-4】 输入两个整数,输出其最大者(方法1)。
int main(void){
int a,b,max;
printf("input two numbers: ");scanf("%d%d",&a,&b);
max=a; //先假设a 为最大(这种做法常用)
if (max<b) max=b; //然后用当前的最大值max 与b 做比较
printf("max=%d\n",max); //输出两者的最大值
}
运行结果如下。
说明:本例程序中,输入两个数a和b。把a先赋予变量max,再用if语句判别max和b
的大小,如max小于b,则把b赋予max。最后max中是a、b两者的大数,最后输出max的值。
2.第二种形式
if(表达式)
语句1;
else
语句2;
其语义是:如果表达式的值为真,则执行语句1,否则执行语句2。其执行的逻辑过程
如图5-3所示。
图5-3 if…else语句的执行逻辑
【例5-5】 输入两个整数,输出其最大者(方法2)。
int main(void){
int a, b; printf("input two numbers: ");
scanf("%d%d",&a,&b);
if(a>b) //直接比较,根据比较情况得到最大值
printf("max=%d\n",a);
else printf("max=%d\n",b);
}
说明:输入两个整数,输出其中的大数。改用if…else语句判别a、b的大小,若a大,则
输出a,否则输出b。
3.第三种形式
前两种形式的if语句一般都用于两个分支的情况。当有多个分支选择时,可采用if…
else…if语句,其一般形式为:
98
其语义是:依次判断表达式的值,当出现某个值为真时,则执行其对应的语句,然后跳到
整个if语句之后继续执行程序。如果所有的表达式均为假,则执行语句n。然后继续执行后
续程序。if…else…if语句的执行过程如图5-4所示,关于if语句嵌套的内容见5.4.2节。
图5-4 if…else…if语句的执行过程
【例5-6】 输入一个字符,判断它所属的类别。
#include<stdio.h>
int main(void){
char c; printf("input a character: ");
c=getchar();
if(c<32) //或if(iscntrl(c))使用判断字符的库函数,下同
printf("This is a control character\n");
else if(c>='0'&&c<='9') //或else if(isdigit(c))
printf("This is a digit\n");
else if(c>='A'&&c<='Z') //或else if(isupper(c))
printf("This is a capital letter\n");
else if(c>='a'&&c<='z') //或else if(islower(c))
printf("This is a small letter\n");
else
printf("This is an other character\n");
}
运行结果如下。
说明:本例要求判别键盘输入字符的类别。可以根据输入字符的ASCII码来判别类
型。由ASCII码表可知:ASCII值小于32的为控制字符;在“0”和“9”之间的为数字;在
“A”和“Z”之间的为大写字母;在“a”和“z”之间的为小写字母;其余则为其他字符。也可以
如程序注释那样,用判断字符的库函数来表达所属字符条件。
99
这是一个多分支选择的问题,用if…else…if语句编程,判断输入字符ASCII码所在的范
围,分别给出不同的输出。例如,输入为“g”,输出显示“Thisisasmallletter”(它为小写字母)。
在使用if语句时还应注意以下问题。
(1)在三种形式的if语句中,在if关键字之后均为表达式。该表达式通常是逻辑表达
式或关系表达式,但也可以是其他表达式,如算术表达式、赋值表达式等,甚至也可以是一个
变量。例
如:
if(a=5) 语句;
if(b) 语句;
都是允许的。只要表达式的值为非0,即为“真”,都能执行到其后的语句。
如在“if(a=5)…;”中表达式的值永远为非0,所以其后的语句总是要执行的,当然这
种情况在程序中不一定会出现,但在语法上是合法的。
又如,有程序段:
if(a=b) //请注意: a=b 为赋值表达式,而不是关系表达式
printf("%d",a);
else
printf("a=0");
本程序段的语义是,把b值赋予a,如果为非0则输出该值,否则输出“a=0”字符串。
这种用法在程序中是经常出现的。
注意:“=”与“==”使用中的不同,例如,“inta=0,b=1;if(a=b)printf("aequalto
b?\n");”与“inta=0,b=1;if(a==b)printf("aequaltob\n");”是完全不同的。
(2)在if语句中,条件判断表达式必须用括号括起来,在语句之后必须加分号。
例如,ifx==yprintf("x等于y")是错误的,应改为
if (x==y) printf("x 等于y");
(3)在if语句的三种形式中,所有的语句应为单个语句,如果要想在满足条件时执行一
组(多个)语句,则必须把这一组语句用{}括起来组成一个复合语句。但要注意的是在右大
括号“}”之后不能再加分号(;)。例如:
if(a>b)
{ a++; b++;
} //注意: 此处不能有";"号
else { a=0; b=10; }
5.4.2 if语句的嵌套
当if语句中的执行语句又是if语句时,则构成了if语句嵌套的情形。
其一般形式可表示如下。
if(表达式)
if 语句;
100
或者为
if(表达式)
if 语句;
else
if 语句;
在嵌套内的“if语句”可能又是if…else型的,这将会出现多个if和多个else重叠的情
况,这时要特别注意if和else的配对问题。例如:
if(表达式1)
if(表达式2)
语句1;
else
语句2;
其中的else究竟是与哪一个if配对呢? 应该理解为:
if(表达式1)
if(表达式2)
语句1;
else
语句2;
ü
t
y
..
..
内if 语句
ü
t
y
...
...
外if 语句
还是应理解为:
if(表达式1)
if(表达式2)
语句1; }内if 语句
else
语句2;
ü
t
y
...
...
外if 语句
为了避免这种二义性,C语言规定:else总是与它前面最近的还未配对的if子句相配
对。因此对上述例子应按前一种情况理解。当然完全可以通过加“{…}”来实现后一种逻辑
的表达,如下所示。
if(表达式1)
{
if(表达式2)
语句1;
}e
lse
语句2;
【例5-7】 比较并显示两个数的大小关系(if…else形式实现)。
int main(void){
int a,b; printf("please input A,B: ");
scanf("%d%d",&a,&b);
if(a!=b)