C++启蒙之控制结构

核心提示：语句是按次序执行的：同一个函数中第一个语句首先执行，接着执行第二个……当然，C++启蒙之控制结构，少数的程序--包括我们需要编写的解决书店问题的程序--可以只使用一个次序执行，作为代替，假如不同，重新研究一个对for和while循环的讨论内容，编程语言提供了多种控制结构，答应更加复杂的执行路径

　　语句是按次序执行的：同一个函数中第一个语句首先执行，接着执行第二个……当然，少数的程序--包括我们需要编写的解决书店问题的程序--可以只使用一个次序执行。作为代替，编程语言提供了多种控制结构，答应更加复杂的执行路径。这一部分将简单地介绍C++提供的一些控制结构。

　　练习7：

　　编译一个包含错误的嵌套注释的程序。

　　练习8：

　　指出下面哪些输出语句是合法的：

std::cout << "/*";
std::cout << "*/";
std::cout << /* "*/" */;
　　在你作出判定之后，编译这三个语句测试自己的答案。纠正自己碰到的错误。

　　1、while语句

　　While语句用于迭代执行。我们可以使用while编写一个程序来计算1到10之间数字的和：

#include <iostream>
int main()
{
int sum = 0, val = 1;
// 持续执行
while
until
val
is greater than 10
while (val <= 10) {
sum += val; // 赋值 sum + val 赋给sum
++val; // 增加 给val加1
}
std::cout << "Sum of 1 to 10 inclusive is "
<< sum << std::endl;
return 0;
}
　　该程序编译和执行以后打印出：

Sum of 1 to 10 inclusive is 55
　　像前面的例子一样，我们先包含了iostream头文件并定义了一个main函数。在main函数中我们定义了两个整型变量：sum保存数字的和，val表示从1到10的值。我们给sum赋了一个初始值0，val的开始值为1。

　　其中的重要部分是while语句。While的形式如下

while (condition) while_body_statement;
　　While周期性地测试condition（条件）并执行相关的语句，直到条件为假。

　　条件是一个表达式，我们可以计算它的值，这样才能测试其结果。假如结果值非零，那么条件为真；假如值为零那么条件为假。

　　假如条件是真的（表达式计算出的值非零），那么就执行while_body_statement。在执行while_body_statement之后，再次测试条件。假如条件仍然是真的，那么就再次执行while_body_statement。While持续执行，要么测试条件，要么执行while_body_statement直到条件为假。

　　在这个程序中，while语句是：

// 持续执行
while
until
val
is greater than 10
while (val <= 10) {
sum += val; // 赋值 sum + val 赋给sum
++val; // 增加 给val加1
}
　　上面的While中的条件使用小于或等于操作符（<=操作符）来比较val的当前值与10的大小。只要val小于或等于10，我们就执行while的主体。在这种情况下，while的主体是一个包含两个语句的代码块：

{
sum += val; // 赋值 sum + val 赋给sum
++val; // 增加 给va l加1
}
　　代码块是用波浪括号包含的语句序列。在C++中，代码块可以用于任何能够使用语句的位置。代码块中的第一个语句使用了复合赋值操作符（+=操作符）。这个操作符把右边的操作数加上左边的操作数。它的效果与下面的赋值语句相同：

sum = sum + val; // 赋值 sum + val 赋给sum
　　因此，第一个语句把val的值与sum的当前值相加，并把结果存放到sum中。

　　下一个语句

++val; // 增加 给val加1
　　使用了前缀增量操作符（++操作符）。增量操作符给自己的操作数加1。++val与val = val + 1是相同的。

　　在执行while主体之后我们再次执行while中的条件。假如（现在已经增加了的）val值仍然小于或等于10，那么就再次执行while的主体。循环继续，测试条件和执行主体，直到val不再小于或等于10。

　　一旦val大于10，我们就跳出while循环并执行while后面的语句。在例子中，语句打印输出信息，然后返回，终止main程序。

　　C++程序的缩排和格式化

　　C++程序的格式在很大程度上是自由的，这意味着波浪括号、缩排、注释和新行通常对程序的含义是没有影响的。例如，表示main开始的波浪括号可以与main在同一行，而我们把它放在了下一行，或放在任何我们喜欢的位置。唯一的要求是它必须是main参数列表反括号后面的第一个非空格、非注释符号。

　　尽管我们对程序格式化有很大的自由度，但是我们的选择会影响程序的可读性。例如，我们可以把main函数写在一个很长的行中。这种定义尽管是合法的，但是却难以阅读。

　　如何对C或C++程序进行正确的格式化一直存在争论。我们认为并不是只存在一种正确的样式。我们倾向于把定义函数边界的波浪括号放在它们自己的行中。我们倾向于缩排输入或输出表达式，这样操作符可以排列起来，就像我们编写main函数中的输出语句一样。随着我们的程序越来越复杂，其它一些缩排习惯会清楚起来的。

　　我们要记住，用其它的方式格式化程序也是可行的。当选择某种格式样式的时候，请考虑它对可读性和理解力的影响。一旦你选择了某种样式，就一致性地使用它。

　　2、for语句

　　在我们的while循环中，我们使用变量var来控制循环中迭代的次数。每次经过while的时候，都测试val值，然后增加主体中的val值。

　　使用像val那样的变量来控制循环是经常用到的，语言也提供了第二种控制结构，叫做for语句，它简化了治理循环变量的代码。我们将使用for循环来重新编写一个计算1到10的和的程序：


#include <iostream>
int main()
{
int sum = 0;
// 计算1到10之间所有数字的和
for (int val = 1; val <= 10; ++val)
sum += val; //等同于sum = sum + val
std::cout << "Sum of 1 to 10 inclusive is "
<< sum << std::endl;
return 0;
}
　　我们在前面的for循环中定义了sum，并把它设置为零。变量val只在迭代内部使用，并且是作为语句自身的一部分定义的。

　　For语句

for (int val = 1; val <= 10; ++val)
sum += val; // 等同于 sum = sum + val
　　有两个部分：for头和for主体。头控制主体执行的次数。头本身包含三个部分：初始化语句、条件和表达式。在这种情况下，初始语句
int val = 1;定义了一个整型的叫做val的对象并把它的初始值设置为1。初始语句只在进入for的时候执行一次。条件val <= 10比较当前值与10的大小，每次循环的时候都会测试它的值。只要val小于或等于10，就执行for主体。执行主体之后才执行表达式。在这个for中，表达式使用了前缀增长操作符，就是给val的值加上1。在执行表达式之后，for继续测试条件。假如val的新值仍然小于或等于10，那么接着执行for循环主体，val的值继续增长。执行过程一直持续，直到条件失败为止。

　　在这个循环中，for主体执行了求和操作：

sum += val; // 等同于 sum = sum + val
　　上面的主体使用复合赋值操作符把当前的val值增加给sum，并把结果存回sum。

　　扼要地重述，这个for的全部执行流程是：

　　1.建立val并把它的初始值设为1。

　　2.测试val的值是否小于或等于10。

　　3.假如val小于或等于10就执行for主体，把val加上sum。假如val并非小于或等于10，那么就终止循环，继续执行循环后面的第一个语句。

　　4.增加val的值。

　　5.重复步骤2中的测试，只要条件为真就继续它后面的步骤。

　　请注重：

　　当我们退出for循环的时候，就再也不能访问变量val了。在这个循环终止之后不能使用val。但是，并非所有的编译器都有这个强制条件。 回顾编译过程

　　编译器任务的一部分是检查程序文本中的错误。编译器不能检测程序的含义是否正确，但是它可以检测程序形式的错误。下面是编译器可能检测到的一些通常的错误。

　　1.语法错误。程序员犯了C++语法错误。下面的程序演示了通常的语法错误；下面行中的每个注释都描述了错误信息：

// error: missing ')' in parameter list for main
int main ( {
// error: used colon, not a semicolon after endl
std::cout << "Read each file." << std::endl:
// error: missing quotes around string literal
std::cout << Update master. << std::endl;
// ok: no errors on this line
std::cout << "Write new master." <<std::endl;
// error: missing ';' on return statement
return 0
}
　　2.类型错误。C++中每个数据条目都有相关的类型。例如10是个整数。单词"hello"是字符串文本。类型错误的例子有给希望接收整型参数的函数传递了字符串文本。

　　3.声明错误。C++中使用的每个名字都必须在使用之前先定义。没有定义名字通常导致错误消息。最常见的声明错误是在访问类库中的名字的时候忘了使用std::，或者不注重拼错了提示符的名称：

#include <iostream>
int main()
{
int v1, v2;
std::cin >> v >> v2; // error: uses " v "not" v1"
// 不能定义，应该是 std::cout
cout << v1 + v2 << std::endl;
return 0;
}
　　错误消息包含一个行号和编译器认为的错误的描述。按照错误报告的次序修改错误是很好的经验。通常一个错误会有级联效应并引起编译器报告比实际情况多的错误。每次修补以后或者至少在修补了少量的明显错误之后，重新编译代码也是很好的经验。这个循环就是众所周知的编译－编译－调试。

　　练习9：

　　下面的for循环实现什么功能？Sum之后的值是多少？

int sum = 0;
for (int i = -100; i <= 100; ++i)
sum += i;
　　练习10：

　　编写一个程序使用for循环统计50到100之间所有数字的和。然后重新使用while编写一遍。

　　练习11：

　　编写一个程序使用while循环打印从10到0的数字。然后用for重新编写一次。

　　练习12：

　　比较你在前面两个练习中编写的循环。使用每种形式都有些什么优缺点？

　　练习13：

　　编译器对诊断信息的理解是不同的。编写一些包含了上面讨论的普通错误的程序。研究编译器产生的消息，这样就可以熟习自己碰到的消息，以适应更复杂的程序。

　　3、if语句

　　作为对1和10之间的数字求和的逻辑扩展，我们可以计算用户提供的两个数字之间所有值的和。我们可以在for循环中直接使用数字，把第一个数字作为下边界，第二个作为上边界。但是，假如用户提供的第一个数字较大，这个策略就失败了：我们的程序会立即退出for循环。作为代替，我们应该调整范围，使较大的数字作为上边界，较小的数字作为下边界。为了实现这个功能，我们需要辨别哪个数字比较大的途径。

　　与多数语言一样，C++语言也提供了if语句支持条件执行。我们可以使用if语句修改过的求和程序：


#include <iostream>
int main()
{
std::cout << "Enter two numbers:" << std::endl;
int v1, v2;
std::cin >> v1 >> v2; // 读取输入
// 把较小的数字作为下边界，较大的数字作为上边界
int lower, upper;
if (v1 <= v2) {
lower = v1;
upper = v2;
} else {
lower = v2;
upper = v1;
}
int sum = 0;
// 求下边界与上边界之间的数字的和
for (int val = lower; val <= upper; ++val)
sum += val; // sum = sum + val

std::cout << "Sum of " << lower
<< " to " << upper
<< " inclusive is "
<< sum << std::endl;
return 0;
}
　　假如我们编译并执行这个程序，并输入数组7和3，这个程序的输出信息是：

Sum of 3 to 7 inclusive is 25
　　这个程序中的大多数代码与前面例子中的相同。该程序先提示用户并定义了四个整型变量。接着它从标准的输入中读取信息到v1和v2。唯一的新代码是if语句

// 把较小的数字作为下边界，较大的数字作为上边界
int lower, upper;
if (v1 <= v2) {
lower = v1;
upper = v2;
} else {
lower = v2;
upper = v1;
}
　　这段代码的效果就是适当地设置upper和lower。其中的if条件测试v1是否小于或等于v2。假如是这样的，我们就立即执行条件后面的代码块。这个代码块包含两个语句，每个语句执行一次赋值操作。第一个语句把v1赋给lower，把v2赋给upper。

　　假如该条件为假--也就是说v1大于v2--那么我们就执行else后面的语句。同样，这个语句也是包含两个赋值操作的代码块。我们把v2赋给lower，把v1赋给upper。

　　4、读取未知数量的输入信息

　　我们进一步对这个程序进行修改，答应用户指定一组数字来求和。在这种情况下，我们不知道加上多少个数字。作为代替，我们希望保持读取数字状态，直到程序达到输入信息的末尾。当输入结束以后，程序给标准输出写入它们的和：

　　练习14：

　　假如输入的数字是相等的，这个程序会怎么办？

　　练习15：

　　编译和运行这一部分的程序，输入两个相等的值。把其输出值与你预计的值进行对比。解释两者之间的不一致。

　　练习16：

　　编写一个程序打印出用户提供的两个输入信息中较大的一个。

　　练习17：

　　编写一个程序让用户输入一系列的数字。打印出一个消息，说明这些数字中有多少个负数。

#include <iostream>
int main()
{
int sum = 0, value;
// 读取直到文件尾，计算读取的值
while (std::cin >> value)
sum += value; // 等同于 sum = sum + value
std::cout << "Sum is: " << sum << std::endl;
return 0;
}
　　假如我们提供给这个程序的输入信息是：3 4 5 6

　　那么输入结果将会是：

Sum is: 18
　　像通常一样，我们先包含了必要的头文件。Main函数中的第一行定义了两个变量，分别是sum和value。我们将使用value来保存我们读取的每个数字，这是在while条件内部实现的：

while (std::cin >> value)
　　此处发生的操作就是对条件的计算，输入操作

std::cin >> value
　　被执行，它的效果是从标准的输入中读取下一个数字，把读取的内容保存到value中。这个输入操作符返回左边的操作数。条件测试了这个结果，也就是测试了std::cin。

　　当我们把istream作为条件的时候，其效果是测试流的状态。假如流是有效的--也就是说，仍然能够读取另外一个输入--那么测试是成功的。当我们输入文件结尾标识或碰到无效的输入（例如读取的值不是整数）的时候，istream就变成无效的。Istream处于无效状态将导致条件失败。

　　测试将一直成功并执行while主体，直到我们的确碰到文件尾标识（或其它的输入错误）。它的主体是一个语句，使用了复合赋值操作符。这个操作符把右边的操作数加到左边的操作数上。

　　在键盘上输入文件尾标识

　　不同的操作系统使用的文件尾标识值不同。在Windows系统上我们通过按control-z--同时按下"ctrl"和"z"来输入文件尾标识。在Unix系统中（包括Mac OS-X计算机），通常是control-d。

　　一旦测试失败了，while就终止了，我们将跳出循环并执行while后面的语句。这个语句打印出sum和endl（它打印出新行并刷新与cout关联的缓冲器）。最后，我们执行了return（返回），它通常返回0表明成功了。

　　练习18：

　　编写一个程序，提示用户输入两个数字，在标准的输出中写入两个数字之间的所有数字。

　　练习19：

　　假如上面的练习中给出的数字是1000和2000会发生什么情况？修改前面的程序，使它不要在每一行输出10个以上的数字。

　　练习20：

　　编写一个程序来计算用户给定的范围之间的数字的和，略过设置上下边界的if测试。预计一下假如输入信息是7和3会发生什么情况。现在运行程序，并输入7和3，看看结果是否跟你的预计相同。假如不同，重新研究一个对for和while循环的讨论内容，直到理解发生的情况。