第3章选择结构程序设计

在前面两章中，所有的程序都是顺序结构，程序从main()函数开始进入，然后逐条指令开始执行，直到所有指令都执行完。但是，就像日常生活一样，不是所有的事情都是按照计划执行的，许多事情会随着条件的变化，面临着各种选择。程序亦是如此，也会根据不同条件执行相应的行为。例如在“俄罗斯方块”游戏中，按下不同的按键，方块的运动方向会随之而改变。本章主要讨论选择结构程序设计的实现方法。
3.1if语句
最常见的选择语句是if语句，if语句是根据给定的条件进行判断，以决定执行对应分支的程序段。C语言提供了三种形式的if语句。
3.1.1单分支结构
单分支结构基本形式如下： 

if(条件表达式){

语句;

}

if语句用于选择是否执行一个行为，执行过程是先计算条件表达式的值，如果条件表达式为真，则执行其后的复合语句； 否则，就直接跳过其后的复合语句。
单分支结构非常简单，if后面括号里的条件表达式为真，也就是如果条件满足了，就执行{}里的语句，否则，直接越过{}里的语句。{}里的语句相当于一个整体，表示是复合语句。{}里的语句可以是多条，也可以只有一条，当只有一条语句时，可以省略{}。


图3.1按键控制方块运动

【例3.1】编写程序，实现通过按键控制方块运动，当按下按键W时，控制方块向上运动，如图3.1所示。


视频讲解


为了实现按键控制方块运动，需要获得按键输入信息，获得按键输入信息之后，根据判断信息执行相应的行为。C语言标准库中有getch()函数，它的作用是从输入设备获得输入的字符。例如，在键盘上按下按键W，getch()函数返回的值就是字符'w'，使用方法为： 

char ch = getch ();

通过getch()函数可以获得按键的输入信息，然后根据键值执行相应的操作。代码如下： 



#include"screen.h" 

# define SIZE 8



int main(){

initGame(SIZE);//初始化游戏，设置8×8矩阵的屏幕

int row = 4;

int col = 4;

turnOn(row, col);  //点亮第4行第4列位置的灯





char ch = getch(); //获得按下了按键的值



if( ch == 'w'){  //判断是否按下了按键W

clearScreen(); //清屏，关闭屏幕上所有的灯



row = row - 1;  //向上运动1行

turnOn(row, col); //点亮第3行第4列位置的灯

}

return 0;

}









编译并运行代码,在键盘上按下按键W时，方块向上运动。有时不小心将键盘上大写键打开了，测试程序时，按下
按键W，方块并没有向上运动，这个错误不易被发现，所以将代码修改成大写键打开了也能控制方块向上运动，代码如下： 



#include"screen.h" 

#define SIZE 8



int main(){

initGame(SIZE);//初始化游戏，设置8×8矩阵的屏幕

int row = 4;

int col = 4;

turnOn(row, col);   //点亮第4行第4列位置的灯



char ch = getch ();


if( ch == 'w'  ||  ch == 'W' ){ //判断是否按下了按键W









row = row - 1;

clearScreen();

turnOn(row, col);

}

return 0;

}





编译并运行代码，当在键盘上按下按键W时，小方块向上运动。
3.1.2双分支结构
除了上述单分支选择结构，C语言提供了ifelse双分支语句，在两条语句之中进行选择，格式如下： 

if(条件){

语句1;

}

else{

语句2;

}

ifelse语句的执行过程： 如果满足条件，则执行语句1，否则执行语句2，语句1和语句2均可以由多条语句组成。需注意，else语句不能单独使用，必须与if语句配对使用。
【例3.2】编写程序，实现按键W控制方块向上运动，其他按键控制方块向下运动。


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按下按键W向上运动，按下其他键则向下运动，这是非常明显的二选一的情况，要么向上，要么向下，所以可以使用ifelse语句完成任务，代码如下： 



#include"screen.h"  

#define SIZE 8

int main(){

initGame(SIZE); //初始化游戏，设置8行8列的屏幕

int row = 4;

int col = 4 ;



turnOn(row,col);



char ch = getch();  //获得按键的键值



if( ch == 'w'){   // 判断按下的是不是按键W

row = row - 1;  //方块向上运动

}

else{

row = row + 1;  //方块向下运动

}

clearScreen();

turnOn(row,col);



return 0;

}





if语句用于选择是否执行一个行为，而ifelse语句用于在两个语句之间进行选择。对于ifelse语句，C语言还提供了条件表达式这种便捷表达方式。条件表达式由条件运算符?： 组成，通用形式为： 

表达式1 ? 表达式2: 表达式3

执行过程： 先求解表达式1的值，如果为真，则求解表达式2的值，并且将表达式2的值作为整个条件表达式的值。否则，求解表达式3的值，并将表达式3的值作为整个条件表达式的值。
例如代码： 

if( ch == 'w'){//判断按下的是不是按键W

row = row - 1;  //方块向上运动

}

else{

row = row + 1;  //方块向下运动

}

使用条件运算表达式为： 

ch =='w' ? (row = row+1 ) : (row = row – 1);

一般情况下，条件运算符能完成的，ifelse也能完成。但是使用条件运算符的代码更加简洁。对于初学者，建议使用ifelse语句，其更容易掌握。
3.1.3多分支结构
在程序中，经常会遇到面临很多选择，例如按下不同的按键控制不同方向的运动，C语言提供了ifelse ifelse语句，格式如下： 

if(条件1){

语句1;

}

else if(条件2){

语句2;

}

…

else{

语句n;

}

执行过程： 如果条件1满足，则执行语句1，否则计算条件2，如果条件2满足，则执行语句2，否则计算条件3，如果条件3满足，则执行语句3……如果所有条件均不满足，则执行else所对应的语句n。


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【例3.3】编写程序，实现按键W控制方块向上运动，按键S控制方块向下运动, 其他按键斜向右下运动。
根据题意可知，这是多种选择的情况，可以使用ifelse ifelse语句，代码如下： 



#include"screen.h" 

#define SIZE 8 








int main(){

initGame(SIZE);//初始化游戏，设置8行8列的屏幕

int row = 4;

int col = 4 ;



turnOn(row,col);



char ch = getch(); //获得按键的键值



if( ch == 'w'){ //判断按下的是不是按键W

row = row - 1; //方块向上运动

}

else if (ch == 's'){ //判断按下的是不是按键S

row = row + 1;

}

else{

/*方块斜向右下运动*/

row = row + 1;

col = col + 1;   

}



clearScreen();

turnOn(row,col);



return 0;

}





编译并运行代码，按下按键W，方块向上运动，按下按键S，方块向下运动，按下其他按键，方块斜向右下运动。
对于多分支选择语句，可以将其修改成多个单分支语句，代码如下： 



#include"screen.h"

#define SIZE 8 

 

int main(){

initGame(SIZE);//初始化游戏，设置8行8列的屏幕

int row = 4;

int col = 4 ;



turnOn(row,col);



char ch = getch();



if( ch == 'w'){    //判断按下的是不是按键W

row = row - 1;

}



if (ch == 's'){  //判断按下的是不是按键S

row = row + 1;








}



if( ch != 'w' && ch != 's'){//判断按下的键既不是按键W，也不是按键S



row = row + 1;

col = col + 1;

}



clearScreen();

turnOn(row,col);



return 0;

}





通过这个例子可以感受到无论是双分支语句，还是多分支语句，最后都可以改编成单分支语句实现，只不过判断条件可能较为复杂。
3.1.4if语句的嵌套
有时候，在一个特定选择中又引出新的选择，这种情况可以使用if嵌套语句。在if语句中又嵌套一个或者多个if语句称为if语句嵌套。其一般形式为： 

if(条件){

if(条件){

语句块;

}

else{

语句块;

}

}

在if语句的嵌套结构中，要非常注意if和else的匹配关系。C语言规定： 每一个else总是与它前面最近的同一复合语句内的不带else的if结合。为了避免引起歧义，在书写代码时，不要省略{}，这样就能有效避免else的匹配问题。


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【例3.4】编写程序，实现按键W控制方块向上运动，其余按键控制方块向下运动，并且在运动的过程中要检测是否越界了，保证方块不能运动到屏幕外。
既要判断按键，又要判断是否越界，可以使用嵌套if语句，代码如下： 



#include"screen.h"  

#define SIZE 8

int main(){

initGame(SIZE);//初始化游戏，设置8行8列的屏幕

int row = 0;        //设置在屏幕最顶行

int col = 4 ;



turnOn(row,col);



char ch = getch();//获得按键的值








if( ch == 'w'){//判断按下的是不是按键W

if (row > 0){   //向上运动需要判断方块是否在屏幕最底部

row = row - 1;

}

}

else{

if( row < SIZE - 1){ //向下运动需要判断方块是否在屏幕最底部

row = row + 1;

}

}



clearScreen();

turnOn(row,col);



return 0;

}





编译并运行代码，按下按键W，方块并没有向上运动，因为小方块在屏幕的顶端，再向上运动就越界。代码中if的嵌套，也可以使用逻辑运算符替代，代码如下： 

if(ch == 'w'  &&  row > 0){

row = row - 1;

}



if(ch != 'w'  &&  row < SIZE - 1){

row = row + 1;

}

C语言非常灵活，在编写程序时，同样的问题可以有多种解决方法。
3.2switch语句
对于在多个选项中选择，不仅可以用ifelse ifelse来完成，而且可以使用C语言的提供一种更为方便的switch语句，它的结构形式为： 

switch(表达式)

{

case 常量表达式1:语句1;

case 常量表达式2:语句2;

...

default:语句n+1;

}

执行过程： 先计算表达式的值，如果表达式的值与某个常量表达式的值相等，则执行其后控制的语句块，如果所有的常量表达式的值都与表达式的值不相等，则执行 default 后的语句。
需要注意的是： 
(1) case后面必须是常量表达式，不能包含变量，并且每个常量表达式的值都不相同。
(2) default语句可以省略。如果省略了default语句，当表达式的值与所有的常量表达的值都不相等时，则什么也不执行。


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【例3.5】使用switch语句,编写程序，实现按键W控制方块向上运动，按键S控制方块向下运动，按键A控制方块向左运动，按键D控制方块向右运动。

使用switch语句，代码如下： 



#include"screen.h" 

#define SIZE 8

int main(){

initGame(SIZE); //初始化游戏，设置8行8列的屏幕

int row = 4;

int col = 4 ;



turnOn(row,col);



char ch = getch();



switch(ch){

case 'w' : 

row = row - 1;

case 's': 

row = row + 1;

case 'a' : 

col = col - 1;

case 'd' : 

col = col + 1;

}



clearScreen();

turnOn(row,col);



return 0;

}





编译并运行代码之后，按下按键W，并没有如预期般向上运动一行，其原因是switch语句执行的原理是遇到匹配项之后，开始执行其后的控制语句块，如果没有遇到break语句，会一直执行到switch语句结束的右括号为止。上述代码中，按下按键W之后，执行了匹配项的语句，但是也执行了其后所有的语句，变量row的值增加了1之后，又减少了1，所以没有变化。解决这个问题的方法是执行完匹配项的语句之后，立即终止switch语句。C语言提供了跳转语句break能够达到这个目的。break语句的调用形式如下： 

break;

在switch语句中，break语句可以终止所在的switch语句的执行。
修改后的代码如下： 



#include"screen.h" 

#define SIZE 8 








int main(){

initGame(SIZE);//初始化游戏，设置8行8列的屏幕

int row = 4;

int col = 4 ;



turnOn(row,col);



char ch = getch();



switch(ch){

case 'w' : 

row = row - 1;

break;    //用break跳出switch语句

case 's' : 

row = row + 1;

break;

case 'a' : 

col = col - 1;

break;

case 'd' : 

col = col + 1;

break;

}



clearScreen();

turnOn(row,col);



return 0;

}





编译并运行代码，按键W、S、A、D可以控制小方块上、下、左、右运动。switch和break相结合，才能设计出正确的多分支选择结构程序。使用switch语句时，要根据情况需要，判断是否要加上break语句。例如双人游戏模式，按键W、I控制
方块向上运动，按键S、K控制方块向下运动，按键A、J控制方块向左运动，按键D、L控制方块向右运动。使用switch语句实现，代码如下： 



#include"screen.h"

#define SIZE 8 

int main(){

initGame(SIZE);//初始化游戏，设置8行8列的屏幕

int row = 4;

int col = 4 ;



turnOn(row,col);



char ch = getch();



switch(ch){

case 'w' : 








case 'i' :

row = row - 1;

break;//用break跳出switch语句

case 's' : 

case 'k' :

row = row + 1;

break;

case 'a' : 

case 'j' :

col = col - 1;

break;

case 'd' : 

case 'l': 

col = col + 1;

break;

}



clearScreen();

turnOn(row,col);



return 0;

}





编译并运行代码，按下按键W或者I都能控制小方块向上运动。当按下按键W时，case 'w' 选项后的语句为空，程序会自动往下执行，执行case 'i' 选项对应的程序段，所以按键W和I都能控制方块向上运动。
如果给每一个case 选项的语句段都增加break语句，则需要增加不少重复的代码。对于不同条件，执行相同行为的场景下，通过switch语句和break语句的结合使用，可以写出简洁的代码。
虽然switch语句有时比ifelse语句简洁，逻辑关系一目了然，程序可读性好，但是使用范围较窄。例如选择条件是非常大的范围，如变量i是100~550的整数，使用if语句非常简单，代码如下： 

if( i > 100 && i < 550 )

而使用switch语句将会非常麻烦，需要设置几百个case选项，因此对于初学者来说，熟练掌握if语句即可。
3.3综合案例： 按键控制“俄罗斯方块”运动



图3.2俄罗斯方块

编写程序，实现按键控制“俄罗斯方块”运动，按键W控制方块向上运动，按键S控制方块向下运动，按键A控制方块向左运动，按键D控制方块向右运动，并且检测“方块”是否越界，如图3.2所示。
俄罗斯方块由4个小方块组成，4个方块作为一个整体运动，与一个小方块运动没有本质区别。选择一个参照点，使用相对坐标的方法表示4个方块，这样运动时，只需要修改参照点的位置即可。判断边界时，要注意哪个方块最先达到边界，代码如下： 



#include"screen.h" 

#define SIZE 8 

int main(){

initGame(SIZE);//初始化游戏，设置8行8列的屏幕

int row = 0;       //参照点的行坐标

int col = 0 ;       //参照点的列坐标



/*在屏幕上显示4个小方块*/

turnOn(0 + row,3 + col);

turnOn(0 + row,4 + col);

turnOn(0 + row,5 + col);

turnOn(1 + row,4 + col);





char ch = getch();



if( ch == 'w'){  

if (row  >  0){ //判断是否到了屏幕的最顶端

row = row - 1;

}

}



if( ch == 's'){

if( row + 1 < SIZE - 1){ //判断最下面的小方块是否到了屏幕的最底端

row = row + 1;

}

}



if( ch == 'a'){ 

if( 3 + col > 0){  //判断最左边的小方块是否到了屏幕的最左端

col = col - 1;

}

}



if( ch == 'd'){

if( 5 + col < SIZE - 1){ //判断最右边的小方块是否到了屏幕的最右端

col = col + 1;

}

}





clearScreen();

turnOn(0 + row,3 + col);

turnOn(0 + row,4 + col);

turnOn(0 + row,5 + col);

turnOn(1 + row,4 + col);



return 0;

}





本项目程序虽然实现了以按键的方式控制“俄罗斯方块”运动的功能，但该功能却只能执行一次。如果想要实现多次控制方块运动，需要学习第4章循环结构程序设计。
习题
编写程序，按键控制球拍左右运动，如图3.3所示。




图3.3球拍