第五章 分支结构程序

5.1 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。

5.1.1 关系运算符及其优先次序

在C语言中有以下关系运算符：

• <   小于
• <=  小于或等于
• >   大于
• >=  大于或等于
• ==  等于
• !=  不等于

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。 在六个关系运算符中，<,<=,>,>=的优先级相同，高于==和!=，==和!=的优先级相同。

5.1.2 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。

main(){
    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);
    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);
}

在本例中求出了各种关系运算符的值。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。

5.2 逻辑运算符和表达式

5.2.1 逻辑运算符极其优先次序

C语言中提供了三种逻辑运算符：

• &&  与运算
• ||  或运算
• !   非运算

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。逻辑运算符和其它运算符优先级的关系可表示如下：

!（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)

5.2.2 逻辑运算的值

逻辑运算的值也为“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>2

由于5>0为真，4>2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||5>8

由于5>0为真，相或的结果也就为真。

3、非运算!：参与运算量为真时，结果为假；参与运算量为假时，结果为真。例如： !(5>0) 结果为假。

虽然C编译在给出逻辑运算值时，以“1”代表“真”，“0 ”代表“假”。 但反过来在判断一个量是为“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。

5.2.3 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

其中的表达式可以又是逻辑表达式，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”。

main(){
    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);
}

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x|| i && j-3式，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i<j&&x<y式，由于i<j的值为1，而x<y为0故表达式的值为1，0相与，最后为0，对i==5&&c&&(j=8)式，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。

5.3 if语句

用if语句可以构成分支结构。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。

5.3.1 if语句的三种形式

1、第一种形式为基本形式：if

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， 否则不执行该语句。其过程可表示为下图。

main(){
    int a,b,max;
    printf("\n input two numbers:");
    scanf("%d%d",&a,&b);
    max=a;
    if (max<b) max=b;
    printf("max=%d",max);
}

本例程序中，输入两个数a,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。因此max中总是大数，最后输出max的值。

2、第二种形式为: if-else

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 。其执行过程可表示为下图。

main(){
    int a, b;
    printf("input two numbers:");
    scanf("%d%d",&a,&b);
    if(a>b)
        printf("max=%d\n",a);
    else
        printf("max=%d\n",b);
}

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、第三种形式为if-else-if形式

前二种形式的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：

if(表达式1)
语句1；
else if(表达式2)
语句2；
else if(表达式3)
语句3；
…
else if(表达式m)
语句m；
else
语句n；

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语句之外继续执行程序。 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3—3所示。

#include"stdio.h"
main(){
    char c;
    printf("input a character:    ");
    c=getchar();
    if(c<32)
      printf("This is a control character\n");
    else if(c>='0'&&c<='9')
      printf("This is a digit\n");
    else if(c>='A'&&c<='Z')
      printf("This is a capital letter\n");
    else if(c>='a'&&c<='z')
      printf("This is a small letter\n");
    else
      printf("This is an other character\n");
}

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”之间为大写字母， 在“a”和“z”之间为小写字母，其余则为其它字符。 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”，输出显示它为小写字符。

4、在使用if语句中还应注意以下问题

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， 但也可以是其它表达式，如赋值表达式等，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”。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)
    printf("%d",a);
else
    printf("a=0");

本语句的语义是，把b值赋予a，如为非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。

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。

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}之后不能再加分号。例如：

if(a>b){
    a++;
    b++;
}else{
    a=0;
    b=10;
}

5.3.2 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;  
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;

其中的else究竟是与哪一个if配对，应该理解为：

if(表达式1)
    if(表达式2)
        语句1；
    else
        语句2；

还是应理解为：

if(表达式1)
    if(表达式2)
        语句1；
    else
        语句2；

为了避免这种二义性，Ｃ语言规定，else 总是与它前面最近的if配对，因此对上述例子应按前一种情况理解。

main(){
    int a,b;
    printf("please input A,B:");
    scanf("%d%d",&a,&b);
    if(a!=b)
    if(a>b)  printf("A>B\n");
    else     printf("A<B\n");
    else     printf("A=B\n");
}

比较两个数的大小关系。本例中用了if语句的嵌套结构。采用嵌套结构实质上是为了进行多分支选择，实际上有三种选择即A>B、A<B或A=B。这种问题用if-else-if语句也可以完成。而且程序更加清晰。因此在一般情况下较少使用if语句的嵌套结构。以使程序更便于阅读理解。

5.3.3 条件运算符和条件表达式

如果在条件语句中，只执行单个的赋值语句时， 常可使用条件表达式来实现。不但使程序简洁，也提高了运行效率。条件运算符为?和：，它是一个三目运算符，即有三个参与运算的量。由条件运算符组成条件表达式的一般形式为：

表达式1?表达式2:表达式3

其求值规则为：如果表达式1的值为真，则以表达式2 的值作为条件表达式的值，否则以表达式2的值作为整个条件表达式的值。条件表达式通常用于赋值语句之中。例如条件语句：

if(a>b)
    max=a;
else
    max=b;

可用条件表达式写为

max=(a>b)?a:b;

执行该语句的语义是：如a>b为真，则把a赋予max，否则把b 赋予max。

使用条件表达式时，还应注意以下几点：

1) 条件运算符的运算优先级低于关系运算符和算术运算符，但高于赋值符。因此

max=(a>b)?a:b

可以去掉括号而写为

max=a>b?a:b

2) 条件运算符?和：是一对运算符，不能分开单独使用。

3) 条件运算符的结合方向是自右至左。例如：

a>b?a:c>d?c:d

应理解为

a>b?a:(c>d?c:d)

这也就是条件表达式嵌套的情形，即其中的表达式3又是一个条件表达式。

main(){
    int a,b,max;
    printf("\n input two numbers:");
    scanf("%d%d",&a,&b);
    printf("max=%d",a>b?a:b);
}

用条件表达式对上例重新编程，输出两个数中的大数。

5.4 switch语句

C语言还提供了另一种用于多分支选择的switch语句， 其一般形式为：

switch(表达式){  
    case常量表达式1:语句1;
    case常量表达式2:语句2;
    …
    case常量表达式n:语句n;
    default:语句n+1;
}

其语义是：计算表达式的值。 并逐个与其后的常量表达式值相比较，当表达式的值与某个常量表达式的值相等时， 即执行其后的语句，然后不再进行判断，继续执行后面所有case后的语句。如表达式的值与所有case后的常量表达式均不相同时，则执行default后的语句。

main(){
    int a;
    printf("input integer number:");
    scanf("%d",&a);
    switch (a){ 
    case 1:printf("Monday\n");
    case 2:printf("Tuesday\n");
    case 3:printf("Wednesday\n");
    case 4:printf("Thursday\n");
    case 5:printf("Friday\n");
    case 6:printf("Saturday\n");
    case 7:printf("Sunday\n");
    default:printf("error\n");
    }
}

本程序是要求输入一个数字，输出一个英文单词。但是当输入3之后，却执行了case3以及以后的所有语句，输出了Wednesday 及以后的所有单词。这当然是不希望的。为什么会出现这种情况呢?这恰恰反应了switch语句的一个特点。在switch语句中，“case 常量表达式”只相当于一个语句标号， 表达式的值和某标号相等则转向该标号执行，但不能在执行完该标号的语句后自动跳出整个switch 语句，所以出现了继续执行所有后面case语句的情况。

这是与前面介绍的if语句完全不同的，应特别注意。为了避免上述情况，Ｃ语言还提供了一种break语句，专用于跳出switch语句，break 语句只有关键字break，没有参数。在后面还将详细介绍。修改例题的程序，在每一case语句之后增加break 语句， 使每一次执行之后均可跳出switch语句，从而避免输出不应有的结果。

main(){
    int a;
    printf("input integer number:    ");
    scanf("%d",&a);
    switch (a){
      case 1:printf("Monday\n");break;
      case 2:printf("Tuesday\n"); break;
      case 3:printf("Wednesday\n");break;
      case 4:printf("Thursday\n");break;
      case 5:printf("Friday\n");break;
      case 6:printf("Saturday\n");break;
      case 7:printf("Sunday\n");break;
      default:printf("error\n");
    }
}

在使用switch语句时还应注意以下几点：

• 在case后的各常量表达式的值不能相同，否则会出现错误。
• 在case后，允许有多个语句，可以不用{}括起来。
• 各case和default子句的先后顺序可以变动，而不会影响程序执行结果。
• default子句可以省略不用。

5.5 程序举例

输入三个整数，输出最大数和最小数。

main(){
    int a,b,c,max,min;
    printf("input three numbers:");
    scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);
    if(a>b)
      {max=a;min=b;}
    else
      {max=b;min=a;}
    if(max<c)
      max=c;
    else
      if(min>c)
    min=c;
    printf("max=%d\nmin=%d",max,min);
}

本程序中，首先比较输入的a,b的大小，并把大数装入max，小数装入min中，然后再与c比较，若max小于c，则把c赋予max；如果c小于min，则把c赋予min。因此max内总是最大数，而min内总是最小数。最后输出max和min的值即可。

计算器程序。用户输入运算数和四则运算符，输出计算结果。

main(){
    float a,b;
    char c;
    printf("input expression: a+(-,*,/)b \n");
    scanf("%f%c%f",&a,&c,&b);
    switch(c){
       case '+': printf("%f\n",a+b);break;
       case '-': printf("%f\n",a-b);break;
       case '*': printf("%f\n",a*b);break;
       case '/': printf("%f\n",a/b);break;
       default: printf("input error\n");
    }
}

本例可用于四则运算求值。switch语句用于判断运算符，然后输出运算值。当输入运算符不是+,-,*,/时给出错误提示。