【C语言】MOOC翁恺老师-入门-分支结构与循环结构-3

三、分支结构与循环结构

1. 判断

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• 判断语法

  // if 
  if(条件){
      ....
  }
   
  // if后没有{}，仅作紧跟的一句处理后结束
  if(条件)
      ....
   
  // if-else
  if(条件){
      ....
  }else{
      ....
  }
   
  // if-elif-else
  if(条件){
      ....
  }else if(条件){	/* Python是elif */
      ....
  }else{
      ....
  }

• C语言中判断后true == 1；flase == 0

• 问题：

  1. /* */是注释，编译器不管其中的内容。但是有没有想过编译器会把它替换成什么呢？是一个空格？还是不留痕迹？

     答： 在把代码翻译成汇编代码前，还有一个步骤叫预处理。 预处理之后注释代码会被处理掉。 一条语句前的注释 => 等长的空格； 一条语句中的注释 => 一个空格； 一条语句后的注释 => 直接删除。

2. 循环

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• 循环语法

  // while，其它情况用while
  while(循环条件){
      循环体..
  }
   
   
  // do-while, 至少执行循环体一次。如果必须执行一次，用do-while
  do {
      循环体..
  }while(循环条件);
   
   
  // for，如果知道固定次数用for
  for(初始条件; 循环条件; 步进式){	//括号中每一个表达式都可以省略
      循环体..
  }

  
  

• while练习-计算某个数的位数

  # include <stdio.h>
   
  int main()
  {
  	int x;
  	int n = 0;
  	
  	scanf("%d", &x);
  	
  	n++;			
  	x /= 10;		// 从右往左依次划掉一位
  	while(x > 0){		
  		n++;
  		x /= 10;
  	}
  	
  	printf("%d", n);
  	return 0;
   } 

  
  

• for循环的循环次数思考

  • for( i = 0; i<n; i++)

  • 循环的次数是n，而循环结束以后，i的值是n。循环的控制变量i，是选择从0开始还是从1开始，是判断i<n还是判断i<=n，对循环的次数，循环结束后变量的值都有影响。如下所示

    // 1.
    for(i=0; i<5; i++){
      	...
    }
    i=0; i=1; i=2; i=3; i=4, 最后i=5，共5次
        
    // 2.
    for(i=1; i<=5; i++){
        ...
    }
    i=1; i=2; i=3; i=4; i=5, 最后i=6，共5次

  • 任何for循环都能改写成while循环

    

• 验证测试的方法

  1. 测试用例一定要多种情况都考虑到，正数，负数，0...
  2. 断点
  3. 人脑模拟电脑处理枚举情况，排除逻辑上的错误
  4. 在代码中穿插打印语句，看到每次循环的结果
  5. 可以在代码中加上打印语句，提醒自己现在运行到哪个位置

• 问题

  1. for循环是高级语言出现的第一种循环，它和现代的程序设计理念是否存在差距？为什么Python语言就没有C语言这种形式的for循环了？

     答：因为for循环不符合人类的语言逻辑，并不易于理解，因此就造成了第一次接触语言的人难以理解for循环所表达的意思。而现代程序设计理念更强调与人类语言的逻辑统一性而非编译逻辑。故在新兴的python语言中祛除掉了C中的for循环逻辑，改用了python独有的for循环形式in range。但由于for循环抽象程度高，所以在掌握语言基础后，其表现逻辑更为简洁易于回溯，反而更方便使用。

3. 进一步的判断与循环

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3.1 逻辑类型和运算

• 逻辑运算

  • C99标准bool类型：引入#include <stdbool.h>后才能使用bool和true，false

    # include <stdbool.h>
     
    int main()
    {
        bool b = 6>5;
        bool t = true;	
        /* 虽然bool类型可以用true赋值，但是后续t=2也可以通过编译。另外C并没有规定输出时候什么格式输出bool, 实际上输出后它还是1-true, 0-false */
        t = 2;	
        printf("%d\n", b);
        return 0;
    }

• 逻辑运算符：

  • && 、|| 是短路，左边能决定了就不会再做右边判断了，要小心点。
  • 编码习惯：不要把赋值，包括复合赋值放进判断表达式中，例如a>1 && a++<2

• 条件运算符

  • 三目运算符，用于条件判断，例如count = (count > 20) ? count - 10 : count +10；

3.2 级联和嵌套的判断

• else的匹配：如果没有大括号的情况下，else总和最近的 if 匹配。为了避免代码阅读时出错，我们始终在 if 或 else后面用 { }，即使只有一条语句的时候也如此，养成良好的编码习惯。

3.3 多路分支

• switch语法

  switch( 控制表达式 ){	// 控制表达式只能是整数型
      case 常量:	// 常量可以是常数，也可以是常数计算的表达式
          ...;
          break;
      case 常量:
          ...;
          break;
      default:
          ....;
  }

3.4 循环的例子

• 套路：

  • 计算之前先保存原始的值，后面可能有用

• 练习1：猜数的游戏

  # include <stdio.h>
  # include <stdlib.h>	// rand()产生随机数的库函数头文件
  # include <time.h>
   
  int main()
  {
      
      int guess;
      int count;
      srand(time(0));
      int number = rand()%100+1;	// %100是产生100以内的数
      						  // x%n的结果是产生【0, n-1】的一个整数
      printf("please insert your guess_number between 1 to 100.\n");
      scanf("%d", &guess);
      while(guess != number){
          if(guess < number){
              printf("your guess_number is too small.\n");
          }else{
              printf("your guess_number is too big.\n");
          }
          count++;
          scanf("%d", &guess);
      }
      printf("wonderful!! you costed %d times to guess it right.", count);
      return 0;
  }

  • 猜数游戏，为什么100以内的数猜7次就够了？

    答：二分法，2的7次方是2的次方里面第一个比100大的

• 练习2：数字的逆序

  # include <stdio.h>
   
  int main()
  {
      int x;
      scanf("%d", &x);
      
      int digit;
      int ret = 0;
      
      while( x>0 ){
          digit = x % 10;		// 取最后一位
          ret = ret*10 + digit;	// 进行逆序处理
          x /= 10;	// 删掉最后一位
      }
      printf("%d", ret);
      return 0;
  }

4. 循环控制

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• 嵌套循环练习：从2开始打印前50个素数

  // 素数：大于1的自然数除了1和它自身整除
  # include <stdio.h>
   
  int main()
  {
      int count = 0;	// 前50个数的计数
      int x;			// 用户输入当前的数字x，进行往后判断
      scanf("%d", &x);
      
      while( count<50 ){
          int isPrime = 1;	// 设置判断flag
          for( int j = 2; j<x; j++ ){		// j从2开始
              if( x % j == 0){
                  isPrime = 0;
                  break;
              }
          }
          if( isPrime == 1 ){
              printf("%d\n", x);
              count++;
          }
          x++;
      }
      printf("sum_count:%d times", count);
      return 0;
      
  }

• 多重循环练习：凑硬币（如何用1角，2角和5角的硬币凑出10元以下的金额？）

  # include <stdio.h>
   
  int main()
  {
      int x;
      int one, two, five;
      int exit = 0;	// 设置限制，使得到一个方案后执行接力break跳出
      
      scanf("%d", &x);
      for( one = 1; one < x*10; one++){
          for( two = 1; two < x*10/2; two++){
              for( five = 1; five < x*10/5; five++){
                  if( one + two*2 + five*5 == x*10 ){
                      printf("可以用%d个1角+%d个2角+%d个5角得到%d元\n", one, two, five, x);
                      exit = 1;	// 表示获得一个方案，执行接力break
                      break;
                  }
              }
              if(exit == 1) break;
          }
          if(exit == 1) break;    
      }
      return 0;
  }

  • 接力break是一种跳出多重循环的判断，还有另一种起到同样效果的就是goto语句。goto语句适合于多重循环跳出外层循环的场景

  # include <stdio.h>
   
  int main()
  {
      int x;
      int one, two, five;
      
      scanf("%d", &x);
      for( one = 1; one < x*10; one++){
          for( two = 1; two < x*10/2; two++){
              for( five = 1; five < x*10/5; five++){
                  if( one + two*2 + five*5 == x*10 ){
                      printf("可以用%d个1角+%d个2角+%d个5角得到%d元\n", one, two, five, x);
  				  goto out;		// 入口
                  }
              }
          }
      }
  out: // 出口
      return 0;
  }

  建议：goto用多了程序会变得复杂，但在某些情况下使用更为方便。比如：从多重循环中直接跳出 ，减少了接力break。

4.1 循环应用

• 练习1：求和：f(n) = 1+ 1/2 + 1/3 + 1/4 + .... + 1/n

  # include <stdio.h>
   
  int main()
  {
      double sum = 0.0;
      int n;
      scanf("%d", &n);
      
      for(int i=1; i<=n; i++){	// 起点和终点都确定，用for循环
          double j = 1.0/i;
          sum += j;
      }
      printf("f(%d)=%.2lf\n", n, sum);
      return 0;
  }

• 练习2：求和：f(n) = 1 - 1/2 + 1/3 - 1/4 + .... + 1/n

  # include <stdio.h>
   
  int main()
  {
      double sum = 0.0;
      int n;
      scanf("%d", &n);
      
      int flag = 1;	// 符号标志
      for(int i=1; i<=n; i++){
  		sum += flag*1.0/i;
           flag = -flag;
      }
  	printf("f(%d)=%.2lf\n", n, sum);
      return 0;
  }

• 练习3：求两个数的最大公约数（普通方法）

  # include <stdio.h>
   
  int main()
  {
      int a, b;
      int min;
   
      scanf("%d %d", &a, &b);
      
      int ret = 0;
      int i;
      for(i=1; i < a<b?a:b; i++){
          if(a % i == 0 && b % i == 0){
                  ret = i;
          }
      }
      printf("%d和%d的最大公约数是%d.\n", a, b, ret);
      return 0;
  }

  • 求两个数的最大公约数（辗转相除法）

    /*
    1. 如果b等于0, 计算结束， a就是最大公约数；
    2. 否则，计算a除以b的余数，让a等于b，而b等于那个余数；
    3. 回到第一步
    for example:
    a   b2   t
    12  18  12
    18  12  6
    12  6   0
    6   0——> exit——>ret = 6
    */
     
    # include <stdio.h>
    int main()
    {
        int a, b, t;
        scanf("%d %d", &a, &b);
        int ret = a;
        int b_two = b;
        while(b_two!=0){
            t = ret % b_two;
            ret = b_two;
            b_two = t;
        }
        printf("%d和%d的最大公约数是%d.\n", a, b, ret);
        return 0;
    }

• 练习4：正序分解整数(数组方法)

  # include <stdio.h>
   
  int main()
  {
      int number;
      int count = 0;
      scanf("%d", &number);
      int t = number;
      while(t > 0){	// 判断数是几位数，得出数组应该得有几位数据
          t /= 10;
          count++;
      }
      
      int numbers[count-1];	// 定义几个数据的数组类型0~count-1
      int i = 0;
      while(number > 0){
          int single = number % 10;
          numbers[i] = single;
  		number /= 10;
          i++;
      }
      for(int j=count-1; j>=0; j--){
  		if(j==0 || j!=count-1)	// 间隔空格条件
  			printf(" ");
          printf("%d", numbers[j]);
      }
      return 0;
  }

  • 正序分解整数(普通方法)

    /*
    x = 13425;
    13425 / 10000 ——> 1
    13425 % 10000 ——> 3425
    10000 / 10 ——> 1000
     
    3425 / 1000 ——> 3
    3425 % 1000 ——> 425
    1000 / 10 ——> 100
     
    425 / 100 ——> 4
    425 % 100 ——> 25
    100 / 10 ——> 10
     
    25 / 10 ——> 2
    25 % 10 ——> 5
    10 / 10 ——> 1
     
    5 / 1 ——> 5
    5 % 1 ——> 5
    1 / 10 ——> 0
    */
    # include <stdio.h>
     
    int main()
    {
        int x;
        scanf("%d", &x);
        
        int mask = 1;
        int t = x;
        while(t > 9){		// 判断x是几位数，让mask变成相对应位数
            t /= 10;
            mask *= 10;
        }
        printf("x = %d, mask = %d", x, mask);
        
        do{				// 将x进行拆分
            int d = x / mask;
            printf("%d", d);
            if( mask > 9){	// 判断如果不是最后一位即有空格输出
                printf(" ");
            }
            x %= mask;
            mask /= 10;
        }while( mask > 0 );
        return 0;
    }