第6章 分支语句和逻辑运算符

说明

看《C++ Primer Plus》时整理的学习笔记，部分内容完全摘抄自《C++ Primer Plus》（第6版）中文版，Stephen Prata 著，张海龙 袁国忠译，人民邮电出版社。只做学习记录用途。

本章介绍分支语句、条件运算符和逻辑运算符。

6.1 if 语句

6.1.1 if 语句

if语句的语法和while相似：

if (test-expression)
{
    statements;
}

和循环测试条件一样，if测试条件也将被强制转换为bool值，如果test-expression（测试条件）为true，则程序将执行statements（语句），如果测试条件为false，则程序将跳过语句。

通常将测试条件variable == value写为反转形式value == variable，用以捕获将相等运算符 == 误写为赋值运算符 = 的错误，例如将 x == 3写为 3 == x。

6.1.2 if else 语句

if语句让程序决定是否执行特定的语句或语句块，而if else语句则让程序决定执行两条语句或语句块中的哪一条，if else语句的通用格式如下：

if (test-expression)
{
    statements1;
}
else
{
    statements2;
}

如果测试条件为true或非零，则程序将执行statements1，跳过statements2；如果测试条件为false或零，则程序将跳过statements1，执行statements2。

6.1.3 多层 if else 结构

将一个if else包含于另一个if else的else语句中，可得到多层条件分支语句，通常将其写为如下易于阅读的形式：

if (test-expression1)
{
    statements1;
}
else if (test-expression2)
{
    statements2;
}
else
{
    statements3;
}

如果测试条件test-expression1为true或非零，则程序将执行statements1，跳过statements2与statements3；如果测试条件test-expression1为false或零且测试条件test-expression2为true或非零，则程序将执行statements2，跳过statements1与statements3；如果测试条件test-expression1与test-expression2都为false或零，则程序将跳过statements1与statements2，执行statements3。

6.2 逻辑运算符

C++ 提供了三种逻辑运算符，分别是逻辑 OR（||）、逻辑 AND（&&）和逻辑 NOT（!）。

6.2.1 逻辑 OR 运算符：||

C++ 可以采用逻辑 OR 运算符（||）将两个表达式组合在一起，如果原来表达式中的任何一个或全部都为true（或非零），则得到的表达式的值为true，否则，表达式的值为false。C++ 规定，||运算符是个顺序点，其左边的子表达式优先于右边的子表达式，如果左侧的表达式为true，则 C++ 不会去判定右侧的表达式。expr1 || expr2的值如下表所示：

expr1 == true	expr1 == false
expr2 == true	true	true
expr2 == false	true	false

6.2.2 逻辑 AND 运算符：&&

C++ 采用逻辑 AND 运算符（&&）将两个表达式组合在一起，当且仅当原来的两个表达式都为true（或非零）时，则得到的表达式的值为true，否则，表达式的值为false。&&运算符是个也是个顺序点，其左边的子表达式优先于右边的子表达式，如果左侧的表达式为false，则 C++ 不会去判定右侧的表达式。expr1 && expr2的值如下表所示：

expr1 == true	expr1 == false
expr2 == true	true	false
expr2 == false	false	false

逻辑 AND 运算符（&&）通常用于设置取值范围，例如：age >= 35 && age < 50。

6.2.3 逻辑 NOT 运算符：!

逻辑 NOT 运算符（!）将它后面的表达式的真值取反。!expr的值如下表所示：

expr == true	expr == false
false	true

6.2.4 逻辑运算符的优先级以及另一种表示方式

C++ 逻辑 OR 和逻辑 AND 运算符的优先级都低于关系运算符，但逻辑 NOT 运算符的优先级高于所有关系运算符和算术运算符，逻辑 AND 运算符的优先级高于逻辑 OR 运算符。

//逻辑OR优先级低于关系运算符，以下两种方式等价
x > 5 || x < -5
(x > 5) || (x < -5)
//逻辑AND优先级低于关系运算符，以下两种方式等价
x > 5 && x < 10
(x > 5) && (x < 10)
//逻辑NOT优先级高于所有关系运算符和算术运算符，以下两种方式等价
!x > 5		//值总为false
(!x) > 5
//逻辑AND优先级高于逻辑OR，以下两种方式等价
age > 30 && age < 45 || weight > 300
(age > 30 && age < 45) || (weight > 300)

并不是所有的键盘都提供了用作逻辑运算符的符号，因此 C++ 标准提供了另一种表示方式（C++ 保留字），如下表所示。当 C 语言程序包含头文件 iso646.h后，也可以使用对应逻辑运算符的另一种表示方式。

运算符	另一种表示方式
&&	and
!	not
||	or

6.3 字符函数库 cctype

C++ 从 C 语言继承了一个与字符相关的、非常方便的函数库cctype，它可以简化诸如确定字符是否为大写字母、数字、标点符号等工作。例如，测试字符ch是否是字母字符有以下两种方式，但显然第二种方式更简洁：

//方式一：使用关系运算符以及逻辑运算符
if ((ch >= 'a' && ch <= 'z') || (ch >= 'A' && ch <= 'Z'))
//方式二：使用cctype库中的isalpha()函数
if (isalpha(ch))

下表列出了cctype库中常用的函数：

函数名称	功能简述
isalnum()	若参数是字母或数字，返回true
isalpha()	若参数是字母，返回true
isdigit()	若参数是数字（0~9），返回true
iscntrl()	若参数是控制字符（在显示器上不占据打印位置），返回true
isprint()	若参数是打印字符（在显示器上占据打印位置），返回true
isgraph()	若参数是除空格之外的打印字符，返回true
islower()	若参数是小写字母，返回true
isupper()	若参数是大写字母，返回true
isxdigit()	若参数是十六进制数字（0~9, a~f, A~F），返回true
ispunct()	若参数是标点符号，返回true
isspace()	若参数是标准空白字符（空格' '，进纸'\f'，换行符'\n'，回车'\r'，水平制表符'\t'，垂直制表符'\v'），返回true
tolower()	若参数是大写字母，则返回其小写，否则返回该参数
toupper()	若参数是小写字母，则返回其大写，否则返回该参数

表中的isxxxxx()函数的返回类型为int，而不是bool，但通常自动bool转换能将它们视为bool类型。

6.4 条件运算符

条件运算符（?:）常被用来代替if else语句，它是 C++ 中唯一一个需要三个操作数的运算符，该运算符的通用格式如下：

//条件运算符写成的条件表达式
expression1 ? expression2 : expression3

如果expression1为true，则整个条件表达式的值为expression2的值，否则，整个条件表达式的值为expression3的值。

//条件表达式应用实例：令c等于a,b中的最大值
int c = a > b ? a : b;

条件表达式可以嵌套使用，例如expression2或expression3为另一个条件表达式。

6.5 switch 语句

相比于if else语句，C++ 的switch语句更适合多选择分支的结构。

//switch 语句的通用格式
switch (integer-expression)
{
    case label : statement(s)
    case labe2 : statement(s)
    case labe3 : statement(s)
    ...
    default    : statement(s)
}

执行到switch语句时，程序将跳到使用integer-expression值标记的那一行。因此，integer-expression必须是一个结果为整数值的表达式，另外，每个标签都必须是整数常量表达式。最常见的标签是int或char常量，也可以是枚举量。如果integer-expression不与任何标签匹配，则程序将跳到标签为default的那一行。default标签是可选的，如果其被省略，而又没有匹配的标签，则程序将跳出switch语句，执行switch语句后面的部分。

注意：程序跳到switch中特定代码行后，将依次执行之后的所有语句，包括其后所有标签对应的语句，除非有明确的其他指示（比如使用break跳出switch）。

6.6 break 和 continue 语句

break和continue语句都使程序能够跳过部分代码。可以在switch语句或任何循环中使用break语句，使用break语句后，程序将跳出switch语句或循环，如果break语句在多层循环的内部，则break将跳出包含它且离他最近的那一层循环。continue语句用于循环中，可以让程序跳过当前循环体中余下的代码，并开始新一轮循环。

//运行到break时，跳出while，执行statement3
while (cin.get(ch))
{
    statement1;
    if (ch == '\n')
        break;
    statement2;
}
statement3;
//运行到continue时，跳过剩余的statement2，进入while测试条件，开始新一轮循环
while (cin.get(ch))
{
    statement1;
    if (ch == '\n')
        continue;
    statement2;
}
statement3;

和 C 语言一样，C++ 也有 goto语句，但应尽量不使用使用goto语句。下面的语句将跳到使用paris:作为标签的位置：

//运行到goto时直接跳到指定标签处
char ch;
cin >> ch;
if (ch == 'P')
    goto paris;
statements;
paris: cout << "goto here!";

goto只能在函数体内跳转，不能跳到函数体外，goto多用于深度嵌套循环中一次性跳出多层内部循环，这是break无法做到的。

6.7 读取数字的循环

可以使用cin输入表达式的值来检测输入是不是数字，当程序发现用户输入了错误内容时，应按顺序采取 3 个步骤：

1. 重置cin以接受新的输入。
2. 删除错误输入。
3. 提示用户再输入。

//通过输入初始化数组
const int MAX = 10;
int arr[MAX];
for (int i = 0; i < MAX; i++)
{
    cout << "输入第" << i+1 << "个数字:";
    while (!(cin >> arr[i]))
    {
        //重置cin
        cin.clear();
        //删除错误输入
        while (cin.get() != '\n')
            continue;
        //提示用户再输入
        cout << "请输入一个数字";
    }
}

6.8 简单文件输入/输出

文件读写需包含头文件fstream。

6.8.1 写入到文本文件

//创建对象并关联文件
ofstream outFile;
outFile.open(filename);
//判断是否打开成功
if (!outFile.is_open())
{
    exit(EXIT_FAILURE);
}
//写入，类似cout用法
outFile << "Hello World";
//用完关闭
outFile.close();

其中的filename可以是一个字面字符串，还可以是存储在数组中的字符串（C-风格字符串）。

6.8.2 读取文本文件

//创建对象并关联文件
ifstream inFile;
inFile.open(filename);
//判断是否打开成功
if (!inFile.is_open())
{
    exit(EXIT_FAILURE);
}
//工具变量
double value;
double sum = 0.0;
//读取文件:方式一
while (inFile >> value)
{
    sum += value;
}
//读取文件:方式二
inFile >> value;
while (inFile.good())
{
    sum += value;
    inFile >> value;
}
//输出结果
cout << "sum = " << sum;
//确定停止读取的原因
if (inFile.eof())
    cout << "到达文件尾";
else if (inFile.fail())
    cout << "数据类型不匹配";
else
    cout << "未知原因";
//用完关闭
inFile.close();