В программах часто используется конструкция, которую называют лестницей if-else-if[1]. Общая форма лестницы имеет вид
if (выражение) оператор;
else
if (выражение) оператор;
else
if (выражение) оператор;
.
.
.
else оператор;
Работает эта конструкция следующим образом. Условные выражения операторов if вычисляются сверху вниз. После выполнения некоторого условия, т.е. когда встретится выражение, принимающее значение ИСТИНА, выполняется ассоциированный с этим выражением оператор, а оставшаяся часть лестницы пропускается. Если все условия ложны, то выполняется оператор в последней фразе else, а если последняя фраза else отсутствует, то в этом случае не выполняется ни один оператор.
Недостаток предыдущей записи лестницы состоит в том, что с ростом глубины вложенности увеличивается количество отступов в строке. Это становится неудобным с технической точки зрения. Поэтому лестницу if-else-if обычно записывают так:
if (выражение)
оператор;
else if (выражение)
оператор;
else if (выражение)
оператор;
.
.
.
else
оператор;
Используя лестницу if-else-if, программу для игры в «магическое число» можно записать так:
/* Магическое число, программа №4. */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int magic; /* магическое число */
int guess; /* попытка игрока */
magic = rand(); /* генерация магического числа */
printf("Угадай магическое число: ");
scanf("%d", &guess);
if(guess == magic) {
printf("** Верно ** ");
printf("Магическое число равно %d\n", magic);
}
else if(guess > magic)
printf("Неверно, слишкое большое");
else printf("Неверно, слишком малое");
return 0;
}
Оператор «?», альтернативный условному
Оператор ? можно использовать вместо оператора if-else, записанного в форме
if (условие) переменная = выражение;
else переменная = выражение;
Оператор ? является тернарным, потому что он имеет три операнда. Его общая форма следующая:
Выражение1 ? Выражение2 : Выражение3;Обратите внимание на использование и расположение двоеточия.
Результат операции ? определяется следующим образом. Сначала вычисляется Выражение1. Если оно имеет значение ИСТИНА, вычисляется Выражение2 и его значение становится результатом операции ?. Если Выражение1 имеет значение ЛОЖЬ, вычисляется Выражение3 и его значение становится результатом операции ?. Например:
x = 10;
y = x>9 ? 100 : 200;
В этом примере переменной y присваивается значение 100. Если бы x было меньше 9, то переменная у получила бы значение 200. То же самое можно записать, используя оператор if-else:
x = 10;
if(x>9) y = 100;
else y = 200;
В следующем примере оператор ? используется для присвоения квадрату числа знака числа. (Само число вводится пользователем.) В этой программе при возведении в квадрат фактически сохраняется знак числа. Например, если пользователь введет 10, это число будет возведено в квадрат и в результате программа напечатает 100, а если пользователь введет число -10, то оно будет возведено в квадрат и результату будет приписан знак числа; в этом случае будет напечатано -100.
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int isqrd, i;
printf("Введите число: ");
scanf("%d", &i);
isqrd = i>0 ? i*i : -(i*i);
printf("%d число в квадрате %d", i, isqrd);
return 0;
}
(Обратите внимание, что в результате выполнения данной программы могут быть напечатаны не только верные утверждения. Не всегда компьютеры печатают только правильные результаты, если даже они работают без сбоев!)
Оператор ? можно использовать вместо if-else не только в операторе присваивания. Как известно, все функции (за исключением имеющих тип результата void) возвращают значение. Следовательно, в операторе ? можно использовать вызовы функций. Когда в выражении встречается вызов функции, она выполняется, а возвращаемое ею значение используется при вычислении выражения. Это значит, что можно выполнить одну или несколько функций путем размещения их вызовов в выражениях оператора ? в качестве операндов. Например:
#include <stdio.h>
int f1(int n);
int f2(void);
int main(void)
{
int t;
printf("Введите число: ");
scanf("%d", &t);
/* печать соответствующего сообщения */
t ? f1(t) + f2() : printf("Введен нуль.");
printf("\n");
return 0;
}
int f1(int n)
{
printf("%d ", n);
return 0;
}
int f2(void)
{
printf(" введено ");
return 0;
}
Эта программа сначала запрашивает число. При вводе нуля вызывается функция printf(), выводящая на экран сообщение введен нуль. При вводе отличного от нуля числа выполняются как f1(), так и f2(). Обратите внимание на то, что значение выражения ? в этом примере не присваивается никакой переменной, оно просто отбрасывается.
Следует помнить, что компилятор, пытаясь оптимизировать объектный код, может установить любой порядок вычисления значений операндов. В данном примере это значит, что функции f1() и f2() выполняются в произвольном порядке и сообщение введено может появиться как до, так и после числа.
Используя оператор ?, программу для игры в «магическое число» можно переписать следующим образом:
/* Магическое число, программа №5. */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int magic; /* магическое число */
int guess; /* попытка игрока */
magic = rand(); /* генерация магического числа */
printf("Угадай магическое число: ");
scanf("%d", &guess);
if(guess == magic) {
printf("** Верно ** ");
printf("Магическое число равно %d\n", magic);
}
else
guess > magic ? printf("Слишком большое") :
printf("Слишком малое");
return 0;
}
В этой программе оператор ? печатает соответствующее сообщение на основе проверки условия guess > magic.
Условное выражение
У начинающих программистов иногда возникают трудности в связи с тем, что в условном (управляющем) выражении операторов if или ? могут стоять любые операторы, причем это не обязательно операторы отношения или логические (как в языках Basic или Pascal). В языке С значением результата управляющего выражения являются ИСТИНА или ЛОЖЬ, однако тип результата может быть любым скалярным типом. Считается, что любой ненулевой результат представляет значение ИСТИНА, а нулевой — ЛОЖЬ.
В следующем примере программа считывает с клавиатуры два числа, вычисляет их отношение и выводит его на экран. Оператор if используется для того, чтобы избежать деления на нуль, если второе число равно нулю.
/* Деление первого числа на второе. */
#include <stdio.h>
int main(void)
{
int a, b;
printf("Введите два числа: ");
scanf("%d%d", &a, &b);
if(b) printf("%d\n", a/b);
else printf("Делить на нуль нельзя.\n");
return 0;
}
Если управляющее выражение b равно 0, то его результат представляет значение ЛОЖЬ и выполняется оператор else. В противном случае (b не равно нулю) результат представляет значение ИСТИНА и выполняется деление чисел.
В последнем примере оператор if можно записать так:
if(b != 0) printf("%d\n", a/b);Но следует отметить, что такая форма записи избыточна, она может привести к генерации неоптимального кода, кроме того, это считается признаком плохого стиля. Переменная b сама по себе представляет значение ИСТИНА или ЛОЖЬ, поэтому сравнивать ее с нулем нет необходимости.
Оператор выбора — switch
Оператор выбора switch (часто его называют переключателем) предназначен для выбора ветви вычислительного процесса исходя из значения управляющего выражения. (При этом значение управляющего выражения сравнивается со значениями в списке целых или символьных констант. Если будет найдено совпадение, то выполнится ассоциированный с совпавшей константой оператор.) Общая форма оператора switch следующая:
switch (выражение) {
case постоянная1:
последовательность операторов
break;
case постоянная2:
последовательность операторов
break;
case постоянная3:
последовательность операторов
break;
default:
последовательность операторов;
}
Значение выражения оператора switch должно быть таким, чтобы его можно было выразить целым числом. Это означает, что в управляющем выражении можно использовать переменные целого или символьного типа, но только не с плавающей точкой. Значение управляющего выражения по очереди сравнивается с постоянными в операторах case. Если значение управляющего выражения совпадет с какой-то из постоянных, управление передается на соответствующую метку case и выполняется последовательность операторов до оператора break. Если оператор break отсутствует, выполнение последовательности операторов продолжается до тех пор, пока не встретится break (в другой метке) или не кончится тело оператора switch (т.е. блок, следующий за switch). Оператор default выполняется в том случае, когда значение управляющего выражения не совпало ни с одной постоянной. Оператор default также может отсутствовать. В этом случае при отсутствии совпадений не выполняется ни один оператор.
Согласно Стандарту С89, оператор switch может иметь как минимум 257 операторов case. Стандарт С99 требует поддержки как минимум 1023 операторов case. Ели вы пишете программы вручную, такое большое количество операторов вам никогда не понадобится[2]. Оператор case — это метка, однако он не может быть использован сам по себе, вне оператора switch.
Оператор break — это один из операторов безусловного перехода. Он может применяться не только в операторе switch, но и в циклах, (см. раздел «Операторы цикла»). Когда в теле оператора switch встречается оператор break, программа выходит из оператора switch и выполняет оператор, следующий за фигурной скобкой } оператора switch.
Об операторе switch очень важно помнить следующее:
- Оператор switch отличается от if тем, что в нем управляющее выражение проверяется только на равенство с постоянными, в то время как в if проверя ется любой вид отношения или логического выражения.
- В одном и том же операторе switch никакие два оператора case не могут иметь равных постоянных. Конечно, если один switch вложен в другой, в их операторах case могут быть совпадающие постоянные.
- Если в управляющем выражении оператора switch встречаются символьные константы, они автоматически преобразуются к целому типу по принятым в языке С правилам приведения типов.
Оператор switch часто используется для обработки команд с клавиатуры, например, при выборе пунктов меню. В следующем примере программа выводит на экран меню проверки правописания и вызывает соответствующую процедуру:
void menu(void)
{
char ch;
printf("1. Проверка правописания\n");
printf("2. Коррекция ошибок\n");
printf("3. Вывод ошибок\n");
printf("Для пропуска нажмите любую клавишу\n");
printf(" Введите Ваш выбор: ");
ch = getchar(); /* чтение клавиш */
switch(ch) {
case '1':
check_spelling();
break;
case '2':
correct_errors();
break;
case '3':
display_errors();
break;
default :
printf("Ни выбрана ниодна опция");
}
}
С точки зрения синтаксиса, присутствие операторов break внутри switch не обязательно. Они прерывают выполнение последовательности операторов, ассоциированных с данной константой. Если оператор break отсутствует, то выполняется следующий оператор case, пока не встретится очередной break, или не будет достигнут конец тела оператора switch. Например, в функции inp_handler() (обработчик ввода драйвера) для упрощения программы несколько операторов break опущено, поэтому выполняются сразу несколько операторов case:
/* Обработка значения i */
void inp_handler(int i)
{
int flag;
flag = -1;
switch(i) {
case 1: /* Эти case эти общую */
case 2: /* последовательность операторов. */
case 3:
flag = 0;
break;
case 4:
flag = 1;
case 5:
error(flag);
break;
default:
process(i);
}
}
Приведенный пример иллюстрирует следующие две особенности оператора switch().
Во-первых, оператор case может не иметь ассоциированной с ним последовательности операторов. Тогда управление переходит к следующему case. В этом примере три первых case вызывают выполнение одной и той же последовательности операторов, а именно:
flag = 0;
break;
Во-вторых, если оператор break отсутствует, то выполняется последовательность операторов следующего case. Если i равно 4, то переменной flag присваивается значение 1 и, поскольку break отсутствует, выполнение продолжается и вызывается error(flag). Если i равно 5, то error() будет вызвана со значением переменной flag, равным —1, а не 1.
То, что при отсутствии break операторы case выполняются вместе, позволяет избежать ненужного дублирования операторов[3].
Вложенные операторы switch
Оператор switch может находиться в теле внешнего по отношению к нему оператора switch. Операторы case внутреннего и внешнего switch могут иметь одинаковые константы, в этом случае они не конфликтуют между собой. Например, следующий фрагмент программы вполне работоспособен:
switch(x) {
case 1:
switch(y) {
case 0: printf("Деление на нуль.\n");
break;
case 1: process(x,y);
break;
}
break;
case 2:
.
.
.
[1]Называется также структурой выбора или конструкцией условного перехода.
[2]Если же для генерации программ вы используете макрогенераторы или генераторы компиляторов, например, уасс или lex, то на данное ограничение следует обратить внимание.
[3]Но представляет собой опасность для забывчивых программистов.