c++电子课件(上)第二章

第二章 基本控制结构程序设计,结构化程序设计的特点是任何程序都可由三种基本结构及其组合来描述。本章将介绍C+分支结构和循环结构的设计方法。还将介绍一些常用算法。,第二章 基本控制结构程序设计,2.2 分支结构程序设计,2.7 枚举类型,2.6 常用算法的应用实例,2.4 转向语句,2.3 循环结构程序设计,2.8 输入输出文件简介,2.5 结构化程序设计思想（选读）,2.1 算法的概念与表示方法,2.1 算法的概念与表示方法,2.1.1 算 法 的 概 念,2.1.3 算 法描述的三种基本结构,2.1.2 算 法 的 表 示,2.1.1 算 法 的 概 念,算法：算法是解决问题的步骤。计算机算法的特征： 可执行性 确定性 有穷性 可输入输出信息算法是程序设计学习的重点。,2.1.2算法的表示,流程图：流程图是图形化的表示方法，比较直观，基本组成元件包括矩形框、菱形框、箭头线等。其中矩形框表示要执行的指令，在框内标注指令内容；菱形框表示要判断其中表达式的值是真还是假；箭头线则标示指令的流程方向。伪码：伪码是介于自然语言和程序设计语言之间的一种类自然语言的表示方法，书写形式自由，容易转换为程序。,2.1.2算法的表示,活动图：UML活动图（activity diagram）用于计算流程和工作流程建模。通常使用活动图来表达顺序程序的流程，这点与传统的流程图很相似，仅仅图示方法上有所不同。活动图要素：1）活动（activity）：用一个上下为直线两侧为圆弧的框表示，并在框内写明活动的名称。2）转移（transition）：采用箭头表示。3）分支（branch）：采用菱形符号。4）注解（note）：采用右上角折叠的矩形表示，说明UML图中符号的意义，它与被说明的符号间用虚线连接。5）起点：起始标志，采用黑色实心圆点表示。6）终点：结束标志，采用实心的小同心圆表示。,2.1.3算法描述的三种基本结构,3 循 环 结 构,1 顺 序 结 构,2 分 支 结 构,算法的基本结构：对算法的理论研究和实践表明，任何算法的描述都可以分解为三种基本结构或它们的组合，这三种基本结构是顺序结构、分支结构和循环结构。,num115；,2.1.3算法描述的三种基本结构,(1) 顺序结构,【例21】 求两数之和。,显示结果：35,num220；,sumnum1+num2;,演示算法执行过程,输出sum;,活动图,2.1.3算法描述的三种基本结构,(2) 分支结构,【例22】 输入三个数，输出其中的最大数。,x7;,y12;,z10;,if(xy) maxx;else max y;,if (zmax) maxz;,输出max;,显示结果：12,演示算法执行过程,2.1.3算法描述的三种基本结构,【例23】求4个整数的和。,显示结果：60,演示算法执行过程,12,3,14,26,2,16,42,1,18,60,0,count4; /整数个数sum0; /累加和的初值while (count0) x输入一个整数; sumsum+x; countcount-1;输出sum;,2.2 分支结构程序设计,对程序的运行流程进行控制，主要通过执行专门用来控制流程的语句来实现。 分支语句是基本流程控制语句之一。C+提供三种分支语句。,2.2.1 if语句,2.2.2 if语句的嵌套,2.2.4 swich语句,2.2.3 条件运算符“?:”,2.2.1 if 语句,if语句基本格式：1、if (表达式) 语句1;2、if (表达式) 语句1； else语句2;,【例2.4】 输入一个年份，判断是否闰年。,【例2.5】 从键盘上输入三个整数，输出其中的最大数。,嵌套if语句：if 语句中，如果内嵌语句又是if语句，就构成了嵌套if语句。if 语句可实现二选一分支，而嵌套if语句则可以实现多选一的多路分支情况。嵌套有两种形式，嵌套在else分支中:if (表达式1) 语句1;else if (表达式2) 语句2; else if else 语句n;嵌套在if分支中：if () if () ； else;,2.2.2 if 语句的嵌套,【例2.6】用嵌套if语句完成【例2.5】的任务。,else和if的配对关系： C+规定了if和else的“就近配对”原则，即相距最近且还没有配对的一对if和else首先配对。按上述规定，第二种嵌套形式中的else应与第二个if配对。如果根据程序的逻辑需要改变配对关系，则要将属于同一层的语句放在一对“”中。如第二种嵌套形式中，要让else和第一个if配对，语句必须写成：if(表达式1)if (表达式2) 语句1; else 语句2 ; 第二种嵌套形式较容易产生逻辑错误，而第一种形式配对关系则非常明确，因此从程序可读性角度出发，建议尽量使用第一种嵌套形式。,2.2.2 if 语句的嵌套,配对关系实例：/语句1：if(n%3=0)if(n%5=0) coutn是15的倍数endl;else cout n是3的倍数但不是5的倍数 endl;/语句2：if(n%3=0) if(n%5=0) coutn是15的倍数endl; else cout n 不是3的倍数两个语句的差别只在于一个“”，但表达的逻辑关系却完全不同。,【例2.7】 某商场购物优惠活动,【例2.8】 求一元二次方程的根。,2.2.3 条件运算符“?:”,三元运算符：三元运算符条件运算符“?:”可以用来简化if语句表达。其构成的表达式格式为：表达式1 ? 表达式2 : 表达式3例如：int a=6,b=7; min=ab?a:b; /min=6 min=ab?+a:+b; /min=7 a=7 b=7 min=ascore; switch (score) case A: case a: coutexcellent; break;case B: case b:coutgood; break;default: coutfair; ,ok,【例2.9】 运输货物实行分段计费。采用不带break的开关语句实例,【例2.10】 设计一个计算器程序，实现加、减、乘、除运算。,2.2.4 switch语句,循环控制语句是基本流程控制语句之一。C+提供三种循环语句：,2.3.1 while语句,2.3.4 循环的嵌套,2.3.3 for语句,2.3.2 do-while 语句,2.3 循环结构程序设计,2.3.1 while 语句,while语句也称为当循环。语句格式为：while (表达式)循环体语句；,【例2.11】 求1+2+3+4+100的值。,2.3.1 while 语句,注意：在有循环语句的程序中，通常循环开始前对循环条件进行初始化；而在循环体语句中要包含修改循环条件的语句，否则循环将不能终止而陷入死循环。C+表达方式灵活，例2.11中的循环语句还可以写成：while (i=n) sum+=i+;或者while (sum+=i+, i=n) ;/循环体为空语句这两种表达方式与例2.11中的循环语句从执行结果看是完全等价的。需要说明的是，虽然C+可以让代码最大限度优化，但往往造成可读性降低，因此程序设计者只需理解这种表达方法的意义，而设计时主要追求的目标应是可读性。,2.3.2 do-while 语句,do-while语句称为直到循环，格式为： do 循环体语句 while( 表达式 ),2.3.2 do-while 语句,do/while语句和while语句的区别：do/while语句至少执行一次循环体后再判断循环条件是否满足；while语句先判断条件是否满足，然后才执行循环体。可能一次也不执行。多数情况下可以互相替代。,【例2.12】 用迭代法求a的平方根近似值。,【例2.13】 输入一段文本，统计文本的行数、单词数及字符数。,2.3.3 for 语句,for循环语句的格式：for ( 表达式1; 表达式2; 表达式3 ) 循环体语句,ok,执行过程为：先求表达式1的值，再求表达式2的值，判断表达式2的值，如果为真，则执行循环体语句，之后求表达式3的值，然后再计算表达式2的值，再判断表达式2的值，决定是否执行循环体，如此重复，直到表达式2的值为假，结束该循环语句。,for语句、while语句、do/while语句比较：,int i=1,sum=0; /循环初始条件while(i=4) sum+=i; i+; /修改循环条件 ,int i=1,sum=0;/循环初始条件do sum+=i; i+;/修改循环条件 while(i=4);,int i,sum=0;for( i=1; i=4; i+ )sum+=i; /*习惯上：表达式1：循环初始条件；表达式2：循环终止条件；表达式3：修改循环条件*/,ok,for 语句的应用,for语句的几点说明：(1) for语句属于先判断型，与while语句完全等同。(2) for语句中的三个表达式都是包含逗号表达式在内的任意表达式。 如【例2.11】中的循环部分用for语句可描述为： for (i=1, sum=0; i=100; i+) sum+=i;(3) for语句中的三个表达式可部分或全部省略，但两个分号不能省略。如上述语句还可写为：i=1; sum=0;for ( ;i=100; ) sum+=i; i+; 实际上，表达式2也可省略，形如for (; ;) 这种情况下，约定表达式2的值为1，即等同for (; 1;) 死循环，用break跳出。,for 语句的应用,【例2.14】运行结果：0 1 1 2 35 8 13 21 3455 89 144 233 377610 987 1597 2584 4181,那么怎样才能从兔子问题推导出Fibonacci数列呢？设本月底兔子数为a，上月底兔子数b，两月前月底兔子数为c。那么两月前的所有兔子，包括老兔子和当月新生的兔子本月都可以生小兔子，即本月新生兔子总数是两月前的兔子数c，所以本月兔子总数a等于上月兔子数b与两月前兔子数c(即本月新生兔子数)之和，即：a=b+c; 这就是Fibonacci数列。,【例2.14】 设计程序输出Fibonacci数列的前20项,for 语句的应用,也可以另设计一个算法：安排四个变量：兔子总数s，成年兔数量a，一月兔数量b，初生兔数量c；a=a+b; /本月成年兔为上月一月兔与成年兔之和b=c; /本月一月兔数量为上月初生兔c=a; /本月底初生兔数量为本月成年兔数量s=a+b+c; /本月底兔总数代入初值：a=0; b=0; c=1; 就可以进行递推。,【例2.15】 输入一个不超过9位的整数，将其反向后输出。,2.3.4 循环的嵌套,【例2.16】 打印九九表。,嵌套循环：当循环语句中的循环体中又有循环语句时，就构成了嵌套循环。嵌套层次一般不超过3层，以保证可读性。,【例2.17】打印如下图形。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *,2.4 转向语句,break语句,return语句,goto 语句,continue语句,2.4 转向语句,break语句只能用在switch语句和循环语句中，用来跳出switch语句或提前终止循环，转去执行switch语句或循环语句之后的语句。 在for循环中可以用break结束循环：for(; ;) if() break; 在多重循环中，break语句只能终止其所在的循环语句。,Break语句：,【例2.18】 给定正整数m，判定其是否为素数。,2.4 转向语句,continue语句只能用在循环语句中，用来终止本次循环。当程序执行到continue语句时，将跳过其后尚未执行的循环体语句，开始下一次循环。下一次循环是否执行仍然取决于循环条件的判断。 continue语句与break语句的区别在于，continue语句结束的只是本次循环，而break结束的是整个循环。,continue语句：,例：输出1100内3的倍数。分析：设置整型变量I从1变化到100，依次测试I是否3的倍数，算法属于穷举法。 for (I=1;I=100;I+) if ( I%3！=0) continue; /I不是3的倍数，不输出，继续下一个I; 输出I的值；/I是3的倍数才输出 ,2.4 转向语句,goto语句和标号语句一起使用，所谓标号语句是用标识符标识的语句，它控制程序从goto语句所在的地方转移到标号语句处。goto语句会导致程序结构混乱，可读性降低，而且它所完成的功能完全可以用算法的三种基本结构实现，因此一般不提倡使用goto语句。但在某些特定场合下goto语句可能会显出价值，比如在多层循环嵌套中，要从深层地方跳出所有循环，如果用break语句，不仅要使用多次，而且可读性较差，这时goto语句可以发挥作用。,goto语句：,2.4 转向语句,return语句用于结束函数的执行，返回调用者，如果是主函数，则返回至操作系统。利用一个return语句可以将一个数据返回给调用者。通常，当函数的返回类型为void时， return语句可以省略，如果使用也仅作为函数或程序结束的标志。,return语句：,2.5 结构化程序设计思想（选读）,传统的程序设计方法可以归结为“程序=算法+数据结构”，将程序定义为处理数据的一系列过程。这种设计方法的着眼点是面向过程的，特点是数据与程序分离，即数据与数据处理分离。 结构化程序设计的基本思想是采用自顶向下、逐步细化的设计方法和单入单出的控制结构。,结构化程序设计方法：,2.5 结构化程序设计思想（选读）,举一个简单的例子，要求读入一组整数，统计其中正整数和负整数的个数。该任务的模块结构及细化过程如下：,2.5 结构化程序设计思想（选读）,（1）难以适应大型软件的设计。由于数据与数据处理相对独立，在大型多文件软件系统中，随着数据量的增大，程序越来越变得难以理解，多个文件之间的数据沟通也变得困难，还容易产生意想不到的结果，即所谓副作用。 （2）程序可重用性差。处理方法的改变或数据类型的改变都将导致重新设计，这种额外开销与可重用性相左，称为重复投入,结构化程序设计缺陷：,2.6 常用算法的应用实例,【例2.20】中国古代数学史上著名的“百鸡问题”,【例2.21】用欧基里德算法（也称辗转法） 求两个整数的最大公约数,【例2.23】输入一个8位二进制数，将其转换为十进制数输出。,【例2.19】 用筛选法求100之内的所有素数,【例2.22】输入一个小于1的数x，求sinx的近似值,2.7 枚举类型,2.7.1 枚举类型的定义,2.7.2 枚举变量的使用,枚举类型(enumerate)是c+中的一种派生数据类型，它是用户定义的若干枚举常量的集合。枚举类型的变量，只能取枚举常量表中所列的值。定义枚举类型的主要目的是增加程序的可读性。,2.7.1 枚举类型的定义,枚举类型定义：enum ;关键字enum指明其后的标识符是一个类型的名字，枚举常量表中列出该类型的所有取值，各枚举常量之间以“，”间隔。例：enum color_set1 RED, BLUE, WHITE, BLACK;enum week Sun, Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat;枚举常量（或称枚举成员）是以标识符形式表示的整型量，非法定义实例：enum letter_set a, d, F, s, T;/枚举常量只能是标识符enum year_set2000,2001,2002,2003,2004,2005; /改为y2000等则正确,2.7.1 枚举类型的定义,枚举常量： 枚举常量代表该枚举类型的变量可能取的值，编译系统为每个枚举常量指定一个整数值，缺省状态下，这个整数就是所列举元素的序号，序号从0开始。如上例中RED、 BLUE、 WHITE、 BLACK的值分别为0、1、2、3。 用户也可以在类型定义时为部分或全部枚举常量指定整数值，在第一个指定值之前的枚举常量仍按缺省方式取值，而指定值之后的枚举常量按依次加1的原则取值。各枚举常量的值可以重复，但各枚举常量标识符必须不同。例：enum fruit_set apple, orange, banana=1, peach, grapeenum week Sun=7, Mon=1, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat;枚举常量apple、orange、banana、peach、grape的值分别为0、1、1、2、3。枚举常量Sun, Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat的值分别为7、1、2、3、4、5、6。,2.7.1 枚举类型的定义,枚举型变量定义：定义枚举类型之后，就可以定义枚举类型的变量；亦可类型与变量同时定义（甚至类型名可省）：color_set1 color1, color2;enum Sun, Mon, Tue, Wed, Thu, Fri, Sat weekday1, weekday2;枚举变量的取值范围就是整型数的一个子集。枚举变量占用内存的大小与整型数相同。,2.7.2 枚举类型的变量的使用,枚举类型应用要点：1、赋值包括将枚举常量值赋给枚举变量和两个同类型变量之间赋值。不能直接将整型量赋给枚举变量，两个不同类型的枚举变量之间也不能相互赋值。例如：enum color_set2 GREEN, RED, YELLOW, WHITE;color_set2 color3, color4;color3=RED;/合法color4=color3;/合法，color4的值为REDcolor1=1;/非法，不能直接将整性常量赋给枚举变量color2=color3; /非法，color2类型是color_set1， /color3类型是color_set2 ，不能相互赋值,2.7.2 枚举类型的变量的使用,枚举类型应用要点：2、由于枚举常量本身是一个整数值，因此也允许将一个枚举量赋给整型变量。但不允许将一个整型变量赋给枚举量，即使整型变量取值合适，也必须将整型变量强制转换为枚举型 。例如：int i, j;i=color3;/合法，i的值为1j=GREEN;/合法，j的值为0color3= i; /非法3、关系运算可以是同一枚举类型的两个枚举变量之间或一个枚举变量和一个枚举常量之间，用它们所取的值（序号）比较。例如：if (color3=color4) cout”相等”;if (color3!=WHITE) coutcolor1/非法 cout）和插入运算符（abc; cout=b) max=a; else max=b; if(cmax) max=c; cout “最大数为:”maxabc;coutb) if(ac) max=a; /ab且ac else max=c; /ab且ac) max=b; /acelse max=c; /a=b且bccout最大数max=abc;coutb ,if 语句【例26】,ok,【例2.7】 某商场优惠活动规定，某种商品单价为80元，一次购买5件以上（包含5件）10件以下（不包含10件）打9折，一次购买10件以上（包含10件）打8折。设计程序根据客户的购买量计 算总价。,算法1、输入购买件数count，设置单价price=80(元) 2、根据count值确定折扣率discount；3、实际售价amount=price*count*discount；4、输出amount的值。算法细化：2.1、if（count=5&count=10）discount=0.8；,if 语句【例27】,int main() float price,discount,amount;/单价,折扣,总价 int count;/购买件数 coutprice; coutcount; if(count5) discount=1; else if(count10) discount=0.9; else discount=0.8; amount=price*count*discount; cout 单价：price endl; cout 购买件数：count t折扣：“discountendl; cout总价：amount0， 方程有两个不同实根；*若deltaabc;couta=atb=btc=cendl;delta=b*b-4*a*c;,求一元二次方程的根源程序,if 语句【例28】,if(delta=0) cout0) delta=sqrt(delta);x1=(-b+delta)/(2*a);x2=(-b-delta)/(2*a);cout方程有两个不同实根:;coutx1=x1tx2=“x2endl;else cout方程无实根!endl; /delta0return 0;请在VC+平台上运行，输入不同的系数，使程序所有分支都可以被执行一次。,if 语句【例28】,不带break的开关语句实例,【例2.9】 运输公司对所运货物实行分段计费。设运输里程为s，则运费打折情况如下：s250 不打折扣250=s500 2%折扣500=s1000 5%折扣1000=s20008%折扣2000=s300010%折扣3000=s 15%折扣2000=s3000 10%折扣1000=s2000 8%折扣500=s1000 5%折扣250=s500 2%折扣spws; f=0;s1=s; c=s/250; switch(c) default: d=0.15;f+=p*w*(s-3000)*(1-d);s=3000; case 8: case 9: case 10: case 11: d=0.1;f+=p*w*(s-2000)*(1-d);s=2000; case 4: case 5: case 6: case 7: d=0.08;f+=p*w*(s-1000)*(1-d);s=1000; case 2: case 3: d=0.05;f+=p*w*(s-500)*(1-d);s=500; case 1: d=0.02;f+=p*w*(s-250)*(1-d);s=250; case 0: d=0;f+=p*w*s*(1-d); cout运输单价:pt重量:wt里程:s1endl; cout折扣后运费:fnum1opnum2; switch(op) case +: coutnum1opnum2=num1+num2endl; break; case -: coutnum1opnum2=num1-num2endl; break; case *: coutnum1opnum2=num1*num2endl; break; case /: coutnum1opnum2=num1/num2endl; break; default : coutop是无效运算符!; return 0; 常量表达式采用字符型，上机运行一下。,while 语句【例2.11】,【例2.11】 求1+2+3+4+100的值。,ok,N个连续整数相加算法1、设置变量i用来放加数，变量sum用来放被加数与和值,并初始化;2、从第一个数开始，依次将加数赋给i，并进行操作sumsum+i，称为累加；3、输出sum；细化算法2： while(还有加数)i=当前加数； sum+=i; i准备接受下一个加数； ,源程序如下：#include using namespace std;const int n=100; /用常变量利于修改程序int main( ) int i=1,sum=0;/循环初始条件 while(i=n) sum+=i; i+;/修改循环条件 coutsum=sumendl; return 0; 在VC+平台上运行，试一试是否正确,ok,【例2.12】 用迭代法求a的平方根近似值。求平方根的迭代公式为： 要求前后两个迭代根之差小于10- 5。,do-while 语句【例2.12】,迭代法求解：a是已知正数，x 0是迭代初值，给x 0一个值，假定 x 0 = a/2；则用迭代公式依次计算：x1=(x0+a/x0)/2；x2=(x1+a/x1)/2；xk+1=(xk+a/xk)/2；当|xk+1 xk|0)及较小正数delta(也可用常变量)；2、x 0 = a/2； 用迭代公式算 x1=(x0+a/x0)/2；3、while(|x1 x0|=delta) x 0 = x 1 ；/把最近的值给x 0 x1=(x0+a/x0)/2； /求xk+1时只需要知道xk的值，所以只需2个变量4、取x1的值为a的平方根近似值，输出。2、3步骤很适合用do/while语句实现： x 1 = a/2； dox0=x1;x1=(x0+a/x0)/2； while(|x1 x0|=delta);,和迭代法对应的程序算法是递推算法：,int main( ) float x0,x1,a; couta; if(a=1e-5); cout a的平方根为：x1endl; return 0;在VC+平台上运行，输入2，3，4，5试一试是否正确,【例2.13】 输入一段文本，统计文本的行数、单词数及字符数。假定单词之间以空格或跳格或换行符间隔，且文本开始没有空行。算法分析：1、逐个读入文本中的字符，直到读到一个输入结束符EOF为止。2、如何算行数？行结束标志为读到字符n；3、如何算单词数？设一个变量isword，读到字符 时isword=1，读到间隔符时isword=0；如果读到一个字符而此时isword值为0，则说明刚开始读一个单词；（如果读到一个间隔符而此时isword值为1，则说明刚读完一个单词；）4、如何算字符数？剔除间隔符即所求的数量。,do-while 语句【例2.13】,ok,do-while 语句【例2.13】,算法：1、设置变量nline、nword、nch分别代表行数、单词数、非分隔字符数，并初始化;设置变量isword来辅助统计单词数;2、do从键盘读入一个字符c；if ( c=n) nline+;if (是单词开头) nword+; if (c不是分隔符) nch+; while (c!= EOF );3、输出统计结果。,int main( ) int c; int nline=0, nword=0, nch=0, isword=0; cout输入一段文本（无空行）：endl; do c=cin.get(); if (c= n) nline+; /遇换行符行数+1 if (c!= ,【例2.14】 设计程序输出Fibonacii数列的前20项，要求每行输出5个数据。Fibonacii数列定义如下：,算法分析：除了第0项和第1项外，每一项都是由类似方法产生，即前两项之和；所以求当前项时，只需要记住前两项；程序不需要为每一项设置专用变量；属递推算法。,for 语句的应用【例2.14】,算法：1、设置变量n表示第几项，变量 f 1和 f 2用来记住当前项f 3之前的两项 ；变量初始化n=0；2、第0项 f 1=0; 第1项 f 2=1; 输出第0项和第1项；while （当前项不到第20项） 当前项等于前两项之和：f 3=f 1+f 2; 按要求输出当前项 f 3 ; 修改最前两项： f 1=f 2; f 2=f 3; ,for 语句的应用【例2.14】,程序如下：/文件名：Ex2_14.cppint main() int fib0=0,fib1=1,fib2,n;coutsetw(5)fib0setw(5)fib1 endl;for(n=3;n=20;n+)fib2=fib0+fib1;coutsetw(5)fib2;if(n%5=0) coutnum;cout0);for(i=0;isubscript;i+) /整数的反向组合num=num*10+digiti;cout反向后整数为：numendl; return 0；,循环的嵌套【例2.16】,分析：1、计算机的输出是按行进行的，因此可以先用一个循环语句输出第一行表头。2、表中各行数据的输出可以用下面的算法