入门篇-其之九-流程控制之条件判断

本文中使用到的工具是Intellij IDEA和JDK 8，需要安装两款工具的请查看这两篇教程：点我查看安装JDK8/11/17教程、点我查看安装Intellij IDEA教程。

前面我们写过的代码，都是在main方法中自上到下按顺序执行的，举一个代码栗子：

/**
 * 计算西瓜的价格
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-10-31
 */
public class MyWatermelonDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        int price = 2;      // 西瓜的单价
        int weight = 10;    // 西瓜的重量（公斤）
        int totalPrice = price * weight;    // 购买价格
        System.out.println("西瓜的价格是: " + totalPrice + "元");
    }
}

这段代码就是先定义西瓜的单价、再定义西瓜的重量，然后计算西瓜的价格，最后对价格进行输出。像这样代码从上到下执行的结构就是顺序结构。

程序一共有三种控制结构：顺序结构、选择结构和循环结构。其中选择结构是根据条件判定的结果，选择执行不同的代码，例如：红灯停，绿灯行。判断条件就是交通信号灯的状态。

Java也有选择结构，并且有多种类型的条件判断语句：单分支的if语句、双分支的if-else语句、多分支的if-else if-else语句、if嵌套语句和switch语句。

一、单分支if语句

单分支if语句的语法如下：

if (条件表达式) {
    执行代码...
}

其中条件表达式的计算结果必须是boolean类型。如果条件表达式的计算结果是true，那么就会执行if内部的代码；如果表达式为false，此时就会跳过if代码块（也就是if内部代码不执行），概念图如下：

我们可以在if代码块中可以编写多个执行语句。

以下是if的使用案例：

案例：之前长春下了大暴雪，气温骤降，我想在某宝上买几双棉袜子，假设每双袜子4元，请确保输入的数字大于0再计算购买价格。

分析：解题的关键在于要保证输入的数字要大于0，因此要判断输入的数字是否大于0，示例代码如下：

import java.util.Scanner;

/**
 * if条件判断
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-11-07
 */
public class IfDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入袜子的数量");
        int count = scanner.nextInt();
        double totalPrice = 0.0;    // 默认总价格初始值为0.0
        double price = 4;       // 袜子的价格4元
        // 条件判断: 输入的数量是否大于0
        if (count > 0) {
            totalPrice = count * price;
            System.out.println("购买了" + count + "双袜子, 价格是" + totalPrice + "元");
        }
    }
}

运行结果：

案例：输入一个数字，如果能被10整除，则输出内容为：xx能被10整除。如果能被15整除，则输出内容为：xx能被15整除。

解决本题的关键点在于被10整除和被15整除的条件怎么计算。其实前面我们学过取余运算符，如果数值number能被10整除，那么可以写成number % 10 == 0；如果数值number能被15整除，那么可以写成number % 15 == 0。这两个布尔表达式可以写入到两个if语句中：

import java.util.Scanner;

/**
 * 使用if语句判断数字能否被10和15整除
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-11-07
 */
public class IfDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入数字: ");
        int number = scanner.nextInt();

        // 整除10的条件：数字对10取余等于0
        if (number % 10 == 0) {
            System.out.println(number + "能被10整除");
        }

        // 整除15的条件：数字对15取余等于0
        if (number % 15 == 0) {
            System.out.println(number + "能被15整除");
        }
    }
}

输入不同的数字以后，会得到如下的运行结果：

案例：输入两个整数，如果输入的第一个数字比第二个数字大，那么执行两数交换，并将交换结果输出。否则不交换，正常输出两个数

本题的条件表达式是输入的两个数字的比较，无论数字大小比较结果如何，都需要将结果进行输出，我们可以将输出语句放到if语句后面执行。

两数交换有多种方式，较为稳妥的方式是再定义一个临时变量，用这个临时变量来接收第一个变量值，然后第二个变量值赋值给第一个变量，最后将临时变量的值赋值给第二个变量。

以下是示例代码：

import java.util.Scanner;

/**
 * 单分支if语句实现两数交换
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-11-11
 */
public class IfDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入两个整数");
        int number1 = scanner.nextInt();
        int number2 = scanner.nextInt();
        int temp = 0;       // 定义临时变量
        if (number1 > number2) {    // 实现两数交换功能
            temp = number1;
            number1 = number2;
            number2 = temp;
        }
        System.out.println("第一个数是: " + number1 + ", 第二个数是: " + number2);
    }
}

运行结果：

当然，除了上述方式能实现两数交换，还有其他的方式。

方式一：使用加减法进行交换（推荐使用整数，浮点数不推荐，因为浮点数计算时会出现误差）

int number1 = 3;
int number2 = 2;
number1 = number1 + number2;	// number1 = 3 + 2 = 5
number2 = number1 - number2;	// number2 = 5 - 2 = 3
number1 = number1 - number2;	// number1 = 5 - 3 = 2

方式二：使用位运算符进行交换（推荐使用整数，此处涉及到二进制异或运算，异或运算可以查看这篇文章：入门篇-其之六-Java运算符（中）第四部分-位运算符）

int number1 = 3;
int number2 = 2;
number1 = number1 ^ number2;        // 3 ^ 2 = 1
number2 = number1 ^ number2;        // 3 ^ 1 = 2
number1 = number1 ^ number2;        // 1 ^ 2 = 3

当然，上述三种方式我个人最推荐的还是第一种定义临时变量的方式，这种方式对处理浮点类型的数进行交换很友好，如果使用了下面两种方式的话，可能会在计算过程中出现精度损失的问题。后两种方式的好处是不需要定义第三个变量，只需要进行一系列运算即可完成整数值的交换。

二、if-else双分支语句

前面讲过的单分支if语句只有在布尔表达式为true的时候执行其内部的内容，但是如果在布尔表达式为false的时候不会做任何事情。为了解决上述问题，Java为我们提供了if-else双分支语句。以下是双分支if-else语句代码结构：

if (条件表达式) {
    执行代码1...
} else {
    执行代码2...
}

如果条件表达式的值是true，那么就执行if内部的语句，如果条件表达式为false，此时就进入else代码块。执行流程图如下：

案例：我们还是以上述买袜子为例，最近双十一打折，如果买了10双及以上袜子，此时每双袜子打八折优惠，否则打九折优惠（袜子的价格假设是4元/双）。

题目中的条件表达式在于要买的袜子数量是否大于等于10，如果是，价格打8折，否则打9折，使用刚刚讲到的if-else语句即可搞定。

当然，这道题中还有一个隐藏的细节需要我们处理：输入袜子的数量需要大于0，否则判定为无效，这个可以使用单分支if语句就可以搞定。

以下是示例代码：

import java.util.Scanner;

/**
 * if-else双分支语句
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-11-11
 */
public class IfDemo4 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入要购买的袜子数量");
        int count = scanner.nextInt();
        double price = 4;       // 每双袜子的价格
        double totalPrice = 0.0;    // 默认总价格为0.0
        // 需要保证输入的袜子数量要大于0
        if (count > 0) {
            // 如果袜子的数量大于10，此时每双袜子的价格为8折，即每双袜子的价格乘以0.8，九折的计算方式和上述内容同理
            if (count >= 10) {
                totalPrice = price * 0.8 * count;
            } else {
                totalPrice = price * 0.9 * count;
            }
        }
        System.out.println("购买" + count + "双袜子，双十一期间购买价格是" + totalPrice + "元");
    }
}

运行结果（可能会出现浮点数计算不准确的情况，属于正常现象）：

三、if-else if-else多分支语句

双分支的if-else语句对于条件表达式为true和false的时候比较适用，但是如果对于一个问题而言，此时经过分析可能存在多个条件表达式时，if-else语句并不能很好地完成任务，此时Java为我们提供了另一种分支语句：if-else if-else语句，其语法格式如下：

if (条件表达式1) {
	执行代码1...
} else if (条件表达式2) {
	执行代码2...
} else if (条件表达式3) {
	执行代码3...
} ...
  else if (条件表达式n) {
	执行代码n...      
} else {
  	不符合上述所有条件表达式时执行else代码...
}

以上述语法格式为例，其执行顺序为：

• 如果条件表达式1的结果为true，那么执行代码1，如果结果是false，此时就会跳转到第一个else if。
• 如果条件表达式2的结果是true，那么执行代码2，如果结果是false，那么就会跳转到第二个else if。
• 如果条件表达式3的结果是true，那么执行代码3，如果结果是false，那么就会跳转到下一个else if，依次类推。
• 当上述所有的条件表达式都不满足（即结果全部是false）时，就会执行else中的语句。

多分支的if-else if-else语句中，你可以写任意个else if，每个else if需要写上条件表达式。

当然，最后的else也是可选的，if和else-if搭配使用也是可以的。以下是执行流程图：

案例：已知长春的地铁/轻轨票价标准如下

• 0-7公里（含7公里），票价2元；
• 7-13公里（含13公里），票价3元；
• 13-19公里（含19公里），票价4元；
• 19-27公里（含27公里），票价5元；
• 27-35公里（含35公里），票价6元；
• 35公里以上每增加10公里，增加1元

假设从1号线红嘴子地铁站到8号线广通路轻轨站的距离是31.4公里，从2号线汽车公园地铁站到2号线东方广场地铁站的距离是20.5公里，从4号线长春站北轻轨站到4号线天工路轻轨站的距离是16.3公里。

输入上述里程，利用程序计算出乘坐轨道交通所需要的票价。

上述题目中出现了多个条件判断，每个条件判断执行内容都不相同，使用多分支语句if-else if-else语句比较合适。题目中有一个隐藏条件，输入里程数不能为负数，当然这个条件也直接写入条件判断即可。

如果乘坐轨道交通的里程超过35公里以后，每增加10公里，增加1元。例如：乘坐45公里就要在35公里对应的票价6元的基础上再增加1元，当然，55公里、65公里依次类推。假设称作里程为44.9公里，此时收费标准仍为35公里的票价。

针对上述问题，我们可以在代码中进一步呈现：

import java.util.Scanner;

/**
 * if-else if-else多分支语句的使用
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-11-14
 */
public class ElseIfDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入里程数: ");
        // 里程数使用double类型比较合适，因为题目中涉及到距离的使用到了小数
        double distance = scanner.nextDouble();
        int price = 0;
        if (distance <= 0) {
            System.out.println("无效里程");
        } else if (distance > 0 && distance <= 7) {
            price = 2;
        } else if (distance > 7 && distance <= 13) {
            price = 3;
        } else if (distance > 13 && distance <= 19) {
            price = 4;
        } else if (distance > 19 && distance <= 27) {
            price = 5;
        } else if (distance > 27 && distance <= 35) {
            price = 6;
        } else {
            // 超过35公里的需要额外进行处理
            price = 6;      // 35公里对应的票价
            // 计算多余的里程
            // 这里需要进行强制类型转换的目的有两个：
            // 1. 最后计算票价的price是int类型
            // 2. 针对类似在35~45公里之间的里程后续的票价计算处理
            int additionalDistance = (int) (distance - 35);
            // 计算票价
            price = price + additionalDistance / 10;
        }
        System.out.println("乘坐长春轨道交通里程" + distance + "公里，票价" + price + "元");
    }
}

运行结果如下：

四、if的嵌套使用

正如标题所讲，if语句可以嵌套使用。举个栗子：在main方法中，假设已经存在了一个if-else语句，那么在这个if代码块或者else代码块还可以存在条件判断语句，下面就是其中一种if的嵌套使用方式（事实上它可以if代码块可以进行多种组合嵌套使用）：

if (条件表达式1) {
    if (条件表达式2) {
        执行代码1...
    } else {
    	执行代码2...
    }
} else {
    if (条件表达式3) {
    	执行代码3...
    } else {
    	执行代码4...
    }
}

它的执行流程如下：

• 如果条件表达式1的执行结果是true，进入条件表达式2，如果条件表达式2执行结果是true，此时执行代码1。
• 如果条件表达式1的执行结果是true，进入条件表达式2，如果条件表达式2执行结果是false，此时执行代码2。
• 如果条件表达式1的执行结果是false，进入条件表达式3，如果条件表达式3执行结果是true，此时执行代码3。
• 如果条件表达式1的执行结果是false，进入条件表达式3，如果条件表达式3执行结果是false，此时执行代码4。

执行流程图如下所示：

日常写代码的过程中，尽量保证代码嵌套的层数不超过两层。

案例：输入三个数，要求输出是按照从大到小进行排列。例如，输入三个数为20、30、10，输出结果为30、20、10

• 第一层条件：比较第一个数和第二个数。
• 第二层条件：比较第二个数和第三个数。
• 第三层条件：比较第一个数和第三个数。

import java.util.Scanner;

/**
 * if的嵌套--三个数字排列
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-11-23
 */
public class IfDemo5 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入三个整数: ");
        int number1 = scanner.nextInt();
        int number2 = scanner.nextInt();
        int number3 = scanner.nextInt();
        if (number1 > number2) {
            if (number2 > number3) {
                System.out.println("三个数从大到小的排序是: " + number1 + " " + number2 + " " + number3);
            } else {
                if (number1 > number3) {
                    System.out.println("三个数从大到小的排序是: " + number1 + " " + number3 + " " + number2);
                } else {
                    System.out.println("三个数从大到小的排序是: " + number3 + " " + number1 + " " + number2);
                }
            }
        } else {
            if (number2 < number3) {
                System.out.println("三个数从大到小的排序是: " + number3 + " " + number2 + " " + number1);
            } else {
                if (number1 > number3) {
                    System.out.println("三个数从大到小的排序是: " + number2 + " " + number3 + " " + number1);
                } else {
                    System.out.println("三个数从大到小的排序是: " + number2 + " " + number1 + " " + number3);
                }
            }
        }
    }
}

运行结果：

虽然运行结果符合我们的预期，但是我只能说：这样的代码写的非常糟糕！！！这段代码中if的嵌套层数达到了三层，事实上if嵌套两层以上可读性就大打折扣了。

我们可以使用Java数组、循环和数组方法对此问题做进一步处理（小白可以跳过这一部分）。

import java.util.Arrays;
import java.util.Scanner;

/**
 * 三数比较--按照从大到小的顺序排列
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-11-23
 */
public class IfDemo6 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入三个数字: ");
        Integer[] array = new Integer[3];
        for (int i = 0; i < array.length; i++) {
            array[i] = scanner.nextInt();
        }
        // 调用Arrays.sort方法对数组排序，排序规则从大到小(lambda表达式)
        Arrays.sort(array, (o1, o2) -> o2 - o1);
        System.out.println("三个数从大到小的排序是: " + array[0] + " " + array[1] + " " + array[2]);
    }
}

运行结果：

五、switch语句

if-else if-else多分支语句可以用于多个条件表达式的判断，我们可以写非常多的else if，然而过多的else if可能会导致代码的可读性变差。

Java为我们提供了swtich语句在一定程度上可以简化多条件分支。以下是switch的语法结构：

switch (表达式) {
    case 值1:
        执行代码1...
        break;
    case 值2:
        执行代码2...
        // break
    case 值3:
        执行代码3...
        break;
    ...
    case 值n:
        执行代码n...
        break;
    default: 
        上述条件都不适用执行代码...
}

1. switch语句中表达式的计算结果、值1、值2、...、值n的数据类型必须要保持一致。支持的数据类型包括：byte、short、int、char、字符串类型String（JDK 7新特性）、枚举类型（后续会讲到，JDK 7新特性）。

2. 如果表达式的计算结果和case中某个值相等时，就会执行这个case内的代码。

3. switch语句中的default是可选的，它的作用是当表达式的计算结果和所有case的值都不相等时才会执行default语句，如果default语句不存在时，所有的case对应的值和判定值都不相等时，跳出switch语句。

4. break的作用是跳出switch语句（break关键字还会在循环中遇到），在每一个case对应的代码块后面写上break是个好习惯。

如果case中不加break，此时switch语句会出现穿透性，即当某一个case执行完成后，它会继续执行下面其他的case。以下是一个是否使用break的案例：

案例：输入数字1~7，使用switch语句输出当前日期（假设7代表星期日）

import java.util.Scanner;

/**
 * switch语句--不加break--穿透性
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-11-15
 */
public class SwitchDemo1 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入星期数(1~7), 7表示星期日");
        int number = scanner.nextInt();
        switch (number) {
            case 1:
                String monday = "星期一";
                System.out.println("今天是" + monday);
            case 2:
                String tuesday = "星期二";
                System.out.println("今天是" + tuesday);
            case 3:
                String wednesday = "星期三";
                System.out.println("今天是" + wednesday);
            case 4:
                String thursday = "星期四";
                System.out.println("今天是" + thursday);
            case 5:
                String friday = "星期五";
                System.out.println("今天是" + friday);
            case 6:
                String saturday = "星期六";
                System.out.println("今天是" + saturday);
            case 7:
                String sunday = "星期日";
                System.out.println("今天是" + sunday);
            default:
                System.out.println("无效日期");
        }
    }
}

运行结果：

很明显，输入数字3的时候，由于没有break，当执行case 3内部代码以后，它会向下执行其他case中的代码，直至default内的代码执行完毕为止。并且这段代码还有可以进一步修改的空间，以下是加入break并进行简化的代码：

import java.util.Scanner;

/**
 * switch语句--添加break--穿透性
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-11-15
 */
public class SwitchDemo2 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.println("请输入星期数(1~7), 7表示星期日");
        int number = scanner.nextInt();
        String weekday;
        switch (number) {
            case 1:
                weekday = "星期一";
                break;
            case 2:
                weekday = "星期二";
                break;
            case 3:
                weekday = "星期三";
                break;
            case 4:
                weekday = "星期四";
                break;
            case 5:
                weekday = "星期五";
                break;
            case 6:
                weekday = "星期六";
                break;
            case 7:
                weekday = "星期日";
                break;
            default:
                weekday = "无效星期";
        }
        System.out.println("今天是" + weekday);
    }
}

运行结果：

从上述结果可以看出，使用break以后，就可以阻断switch穿透性。

switch语句执行流程如下图所示（每个case都带上break语句）：

在了解了switch语句的基础上，我们再来讲解一个switch语句和if-else语句结合使用的案例：

案例：输入年份和月份，输出格式如下：xxxx年xx月有xx天。

常识：1、3、5、7、8、10、12恒定是31天；4、6、9、11恒定为30天。这几个月份我们可以利用switch的穿透性替换掉多条件的else if判断。

需要额外考虑的是：2月份的天数需要考虑年份是闰年还是平年，闰年能被400整除，例如：2000年，1600年是闰年，1900年就不是闰年。此外，如果不能被100整除，而能被4整除的也是闰年，例如：2020，2016，2004，2008年都是闰年。

结合上述分析，我们可以使用代码进一步复现：

import java.util.Scanner;

/**
 * switch和if结合使用
 *
 * @author iCode504
 * @date 2023-11-15
 */
public class SwitchDemo3 {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        System.out.print("请输入年份: ");
        int year = scanner.nextInt();
        System.out.print("请输入月份: ");
        int month = scanner.nextInt();
        int day = 0;
        switch (month) {
            // 利用switch的穿透性
            case 1:
            case 3:
            case 5:
            case 7:
            case 8:
            case 10:
            case 12:
                day = 31;
                break;
            case 4:
            case 6:
            case 9:
            case 11:
                day = 30;
                break;
            case 2:
                // 2月份需要额外针对年份进行判断
                if (year % 400 == 0) {
                    day = 29;
                } else if (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) {
                    day = 28;
                }
                break;
            default:
                // 不在1-12月份内做出说明
                System.out.println("无效的月份");
        }
        System.out.println(year + "年" + month + "月有" + day + "天");
    }
}

运行结果：

以我个人的开发经验来看，使用switch语句的频率要比使用if语句要少很多，二者的执行效率基本上差不太多。

if可以编写更加灵活的条件表达式。比如：判断某个整数在[10, 20]区间内，此时使用if条件表达式可以写成if (number >= 10 && number <= 20)，如果使用switch解决此问题会让代码变得更加复杂（因为你要写很多个case进行比较）。

switch更擅长特定类型的值进行比较。以上面根据某年某月求当前月份由多少天为例，事实上完全使用if语句实现，只不过我们需要写成：

使用前面案例对应的switch代码，和if语句对比，个人觉得可读性变高：

因此，使用if语句还是switch语句还是得根据具体的代码场景而决定。

六、《阿里巴巴Java开发手册》关于条件判断语句的相关规范

1. 【强制】在一个switch块内，每个case要么通过continue/break/return等来终止，要么注释说明程序将继续执行到哪一个case为止；在一个switch块内，都必须包含一个default语句并且放在最后，即使它什么代码也没有。

说明：注意break是退出switch语句块，而return是退出方法体。

2. 【强制】当switch括号内的变量类型为String并且此变量为外部参数时，必须先进行null判断。

反例：如下的代码输出内容是什么？

public class SwitchString {
    public static void main(String[] args) {
		method(null);
	}
	public static void method(String param) {
		switch (param) {
			// 肯定不是进入这里
			case "sth":
				System.out.println("it's sth");
				break;
			// 也不是进入这里
			case "null":
				System.out.println("it's null");
				break;
			// 也不是进入这里
			default:
			System.out.println("default");
		}
	}
}

3. 【强制】在if/else/for/while/do语句中必须使用大括号。

说明：即使只有一行代码，禁止不采用大括号的编码方式：if (条件表达式) statements; ，上述代码需改成如下格式：

if (条件表达式) {
	statements;
}

4. 【推荐】表达异常的分支时，少用if-else方式，这种方式可以改写成：

if (condition) { 
	...
	return obj;
}
// 接着写 else 的业务逻辑代码;

说明：如果非使用if()...else if()...else...方式表达逻辑，避免后续代码维护困难，请勿超过 3 层。

正例：超过 3 层的if-else的逻辑判断代码可以使用卫语句、策略模式、状态模式等来实现，其中卫语句示例如下（不了解卫语句是什么的小伙伴可以参考这篇文章：点我查看）：

public void findBoyfriend (Man man){
    if (man.isUgly()) {
        System.out.println("本姑娘是外貌协会的资深会员");
        return;
    }
    if (man.isPoor()) {
        System.out.println("贫贱夫妻百事哀");
        return;
    }
    if (man.isBadTemper()) {
        System.out.println("银河有多远，你就给我滚多远");
        return;
    }
    System.out.println("可以先交往一段时间看看");
}

5. 【推荐】避免采用取反逻辑运算符。

说明：取反逻辑不利于快速理解，并且取反逻辑写法必然存在对应的正向逻辑写法。

正例：使用if (x < 628)来表达 x 小于 628。

反例：使用if (!(x >= 628))来表达 x 小于 628。

七、知识点总结

流程控制之条件判断知识点总结如下图所示：

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