C语言探索之旅 | 第一部分第八课:条件表达式

作者 谢恩铭,公众号「程序员联盟」。
转载请注明出处。
原文:https://www.jianshu.com/p/49fdba563d53

《C语言探索之旅》全系列

内容简介


  1. 前言
  2. if…else 条件表达式
  3. 多个条件
  4. 一些容易犯的错误
  5. 布尔值,条件语句的核心
  6. switch 语句
  7. 三元表达式:精简的条件语句
  8. 总结
  9. 第一部分第九课预告

1. 前言


上一课是 C语言探索之旅 | 第一部分第七课:运算那点事

在之前的课程中,我们已经知道世界上有很多编程语言,有些相互之间很类似,其中不少都受了 C语言的启发。

事实上,C语言是很早之前被发明的(1972 年左右),所以它也成了很多近代编程语言的参考模板。

我们说编程语言相似,是说他们都汲取了它们的前辈的编程基础。

说到编程基础,那就有很多了。其中,我们已经学过的有:变量,运算。这一课我们来学习条件表达式。

2. if…else 条件表达式


简单来说,条件表达式使我们可以测试变量。

打个比方,我们可以这样说: “假如变量的值等于 7,就执行这样那样的操作。”

如果 C语言里面不能做“等于”的判断,那该多可惜啊。我们还要做“小于”,“大于”,“大于等于”,“小于等于”,“不等于”的判断。

不必担心,C语言都为你预备好了。

为了学习 if…else 语句,我们准备按照下面的顺序来进行:

  1. 预先需要了解的几个符号
  2. if 语句
  3. else 语句
  4. else…if 语句
  5. 多个条件
  6. 一些需要避免的错误

在我们学习写 if…else 表达式前,须要先了解几个基本符号,这些符号对于实现条件判断是必不可少的。

几个需要了解的符号


下表列出了 C语言中需要用心记住的几个符号:

符号含义
==等于
>大于
<小于
>=大于等于
<=小于等于
!=不等于

判断“等于”需要两个等号(==)!
一个很常见的错误是只写一个等号,在 C语言中一个等号和两个等号具有不同的含义。一个等号表示赋值,两个等号才是判断是否相等。

单一的 if 语句


if 表示“如果,假如”。

逻辑是这样的:

如果 变量的值是这样
执行如下操作

所以单一的 if 语句是这样写的:

  1. 先写一个 if 。
  2. 接着写一个括号 (),在这个括号中写条件。
  3. 接着写一个大括号 {},在大括号中写在 () 中条件为真时所要执行的操作。

格式如下:

if (/* 条件 */)
{
// 如果条件为真,所要执行的操作
}

我们把上面注释的地方换成实际的代码,写一个程序测试一下:

#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int age = 20;
    if (age >= 18)
    {
        printf("你成年了!\n");
    }
    return 0;
}

解释

int age = 20;

首先定义一个 int 型的变量,名字是 age(表示“年龄”),值为 20。

if 语句的括号 () 中的条件是 age >=18,意思是“假如 age 的值大于或等于 18”。

if 语句的大括号 {} 中的语句是

printf("你成年了!\n");

就是说当 age 的值大于或等于 18 时,显示“你成年了!”这句话。

因为程序中变量 age 的值是 20, 大于 18,所以条件为真,所以程序运行起来后显示:

你成年了!

如果我们把变量 age 的值改为 12,再次运行程序,什么也没显示,因为 12 小于 18,所以 age >= 18 这个条件不为真,不执行大括号里的 printf 语句。

唠叨一下代码的格式


假如我们将上面的代码写成这样:

if(age>=18){printf("你成年了!");}

程序也是可以正确运行的,但是非常不推荐这样的代码格式!

如果我们的程序没有空行,没有空格,不缩进,都写在一行里,那将会使代码非常难以阅读。

所以从一开始学习编程就请养成良好的编码习惯,不然以后写一些大型程序,别人根本不知道怎么阅读你的代码,你也会迷失在自己的代码里。

推荐看林锐老师的《高质量C++/C编程指南》一书,里面提到了编码规范。

当然,每个程序员的代码风格都不一样,但是我们推荐大家遵从本系列课程中的代码格式或者一些著名公司的代码格式(例如 Google,阿里,等等),因为是比较通用的编码格式。

else 语句


现在你知道怎么写单一的 if 语句了。那当条件为假时,我们想要电脑也执行对应的操作怎么办呢?对了,此时就轮到 else 关键字出场了。

else 表示“否则”。

但是 else 语句一定要跟 if 语句配合才能使用,独立的 else 语句是不可用的!

至于关键字,是电脑语言里事先定义的,有特别意义的标识符,有时又叫保留字,是有特别意义的变量。
C语言有不少关键字,比如 int,float,char,double,if,else,等,暂时我们不多涉及,可以去了解一下。之前关于变量的那一课,提到变量的命名时,其实漏讲了一点:变量的名字不要跟关键字重名

所以一个完整的 if…else 语句的格式是:

if (/* 条件 */)
{
    // 条件为真的时候,所要执行的操作
}
else  // 如果上面 () 里的条件为假
{
    // 条件为假的时候,所要执行的操作
}

再用之前测试年龄的例子,来写一下实际的程序

if (age >= 18)  // 如果 age 变量的值大于或等于 18
{
    printf("你成年了!");
}
else  // 如果age变量的值小于 18
{
    printf("你还未成年,可以适当任性!");
}

如果 age 的值大于或等于 18,则打印“你成年了!”;如果 age 的值小于 18,则打印“你还未成年,可以任性!”。

else…if 语句


上面我们学习了如何用单一的 if 语句,以及 if…else 语句

其实除了“假如…”(if 语句)和“否则…”(else 语句),还有else…if(“又假如”)语句,用于在 if 语句的条件不为真时对其他的情况的判断,else…if 语句放在 if 语句和 else 语句之间。

逻辑是这样的:

如果变量值为 A,执行 if 对应操作;
如果变量值不为 A,而为 B,执行 else…if 对应操作;
如果变量值不为 A 也不为 B,执行 else 对应操作。

我们也用一个实例来看一下 if,else…if 和 else 合在一起用的情况:

if (age >= 18)  // 如果 age 变量的值大于或等于 18
{
    printf("你成年了 !");
}
else if (age > 2)  // 如果 age 小于 18 但是大于 2
{
    printf("还好你不是太年幼。");
}
else  // 如果 age 小于或等于 2
{
    printf("mama, guagua, blablabla...");   // 儿语,听不懂
}

流程是这样的:

  1. 首先判断第一个 if 语句中的括号里的表达式,如果为真,则执行第一个大括号里的语句。

  2. 如果 if 的条件不为真,则接着判断 else…if 语句的括号里的表达式,如果为真,则执行对应的大括号里面的语句。

  3. 如果 if 和 else…if 里的表达式都为假,则无需再判断,直接执行 else 语句的大括号里的命令。

在完整的条件语句块中,else…if 和 else 语句不是必须的,但是必须要有一个 if 语句。

我们可以写任意多的 else…if 语句,但是 if 语句和 else 语句则都是最多有一个。

else 后面是没有括号 () 的,但是 if 和 else…if 后面都有括号,也就是都包含判断条件,应该不难理解吧,很合乎逻辑。

3. 多个条件


我们也可以在条件语句的括号 () 中测试多个条件表达式。

例如,你想要测试这个人的年龄是不是介于 18 岁和 25 岁之间,就需要两个条件表达式来判断了。

为了达成我们的目的,我们需要用到新的符号:

符号含义
&&逻辑与
II逻辑或
!逻辑非

本来其实上表中的几个应该也叫做:与,或,非。但为什么叫“逻辑与”,“逻辑或”和“逻辑非”呢?

那是因为之后我们还会学到 &| 等符号,称为“按位或”和“按位与”。暂时不用知道什么意思,之后会学到。

逻辑与


为了做逻辑与判断,我们则要用到两个 & 符号。这个符号在美式键盘上需要按下 Shift + 数字键 7。

如果我们要做上面提到过的年龄的判断,则需要用逻辑与:

if (age > 18 && age < 25)

两个 & 号连在一起表示逻辑与,就是说当两边的表达式都为真时,括号中的整个表达式才为真,所以这里只有当 age 大于 18 并且小于 25 的情况下,括号里的表达式才为真。

逻辑或


为了做逻辑或判断,我们则要用到两个 | 符号。这个符号在美式键盘上需要按下 Shift + \ 键。

逻辑或只要其两边的两个表达式有一个为真,整个表达式就为真。

假设我们现在要写一个程序,目的是判断一个人是不是够资格开设银行账户。

众所周知,要开一个银行账户,申请人不能太年幼(我们假定需要大于 20 岁)或者有很多钱(“有钱任性”嘛,即使是 10 岁小孩,也得让他开户。开个玩笑~)。

所以我们的程序如下:

if (age > 20 || money > 150000)
{
    printf("欢迎来到**银行 !");
}
else
{
    printf("我还不够资格,悲催啊 !");
}

所以这个测试只要申请人年龄大于 20 岁或者拥有超过 15 万现金时,就可以让其开户。

逻辑非


我们最后要看的符号是感叹号 !,表示“取反”,加在表达式之前。这个符号在美式键盘上需要按下 Shift + 数字键 1。

如果表达式为真,那么加上感叹号则为假;如果表达式为假,那么加上感叹号则为真。就是跟你“唱反调”。

例如:

if (!(age < 18))

上面的表达式表示“假如已经成年”(不小于 18 岁)。

当然,逻辑与和逻辑或可以连用,甚至多个一起用,例如:

if ((age > 18 && age < 25) || age < 4)

4. 一些容易犯的错误


== 号

不要忘了之前讲过的 == (两个等号)是用于判断是否相等。例如:

if (age == 18)
{
    printf("你刚成年 !");
}

上例中如果错把 ==(两个等号)写成了 =(单个等号),那后果很严重,表达式就变成 age = 18 了。单个等号是赋值,所以 age 变为 18,整个表达式的值变为 18,就起不到判断的作用了。

一种避免这样错误的写法是 18 == age,这样如果我们漏写了一个等号,变成 18 = age,那编译器会报错,因为常量(例如 18)不能做左值。

关于左值和右值,可以去搜索网上的资料,简单来说,位于赋值运算符两侧的两个值,左边的就叫左值,右边的就叫右值。

多余的分号(;)


还有一个经常会犯的错误是:在 if 的括号或者 else…if 的括号后面多加了一个分号,如下:

if (age == 18);  // 注意这个分号,本来不应该出现的
{
    printf("你刚好成年");
}

上面的代码实际上相当于

if (age == 18)
{
    ;
}
{
    printf ("你刚好成年");
}

看到没有,分号就相当于 if 语句的大括号里的执行语句,而 ; 是空语句,什么也不执行。

我们原先想让其在 age 等于 18 时执行的 printf 语句却成了一个必定会被执行的语句,不论 age 的值是不是等于 18(大括号是可以把多个语句集合起来的分隔区域,可以拿掉大括号再来理解)。

可能有点晕,请多看几遍代码。

5. 布尔值,条件语句的核心


我们现在更加深入地来看 if…else 条件语句。事实上,条件表达式(这里指括号里的表达式)在其内部是做了布尔值的判断。

布尔类型英语叫 boolean,是只能取“真”或者“假”的一种变量类型。

事实上,在其他的一些编程语言,如 Java,C++,C# 中,本身定义了 boolean 类型,只能有两个值,true(表示“真”)和 false(表示“假”)。

但是 C语言没有定义 boolean 类型,怎么办呢?

不用担心,C语言把零作为假,非零的一切值都算为真。

我们可以做几个小测试来加深理解:

if (1)
{
    printf("真!");
}
else
{
    printf("假!");
}

以上代码执行结果是显示:

真!

我们可以把 1 换成非零的任意 int 型整数:5,9,13,-2,448,等等,结果都会显示:真!

if (0)
{
    printf("真!");
}
else
{
    printf("假!");
}

以上代码执行结果是显示:

假!

所以 C语言中只有 0 是假,其他非零的值都被看作真。这就是 C语言的“布尔类型”,因为 C语言没有定义真正的布尔值类型。

必要的一些解释


事实上,每当你在条件表达式里做判断时,如果表达式是真的,则整个表达式的值是 1;如果是假的,则整个表达式的值为 0。

例如:

if (age >= 18)

假如 age 的值为 25,是大于等于 18 的,那么 age >= 18 这个表达式的值为真,电脑其实会把它替换为 1。

假如 age 的值为 15,是小于 18 的,那么 age >= 18 这个表达式的值为假,电脑其实会把它替换为 0。

用变量来测试一下:

#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
    int age = 25;
    int adult = 0;
    adult = age >= 18;
    printf("adult 的值是 : %d\n", adult);
    return 0;
}

运行,显示:

adult 的值是 : 1

如果 age 为 15,则显示:

adult 的值是 : 0

那句 adult = age >= 18;,其实等价于 adult = (age >= 18);。因为 >= 这个符号的优先级比 = 符号要高。运算符的优先级,不需要死记硬背,如果实在记不住,就加上括号 () 吧。

这里的 adult 其实已经是一个 C语言中的“布尔值”了。

6. switch 语句


我们刚学的 if…else 类型的条件语句是最常用的。

但是 C语言还给出了 if…else 语句的一个替代语句:switch 语句。

因为,有时候,当我们的条件判断很多时,就会感觉冗余。例如下面的代码:

if (age == 2)
{
    printf("宝宝,你好 !");
}
else if (age == 6)
{
    printf("小朋友,你好 !");
}
else if (age == 12)
{
    printf("少年,你好 !");
}
else if (age == 16)
{
    printf("青少年,你好 !");
}
else if (age == 18)
{
    printf("成年人,你好 !");
}
else if (age == 67)
{
    printf("爷爷,你好 !");
}
else
{
    printf("对你的年龄我还没有对应的问候方式。");
}

之前我们也说过,程序员(IT 工作者)是很会“偷懒”的,他们不喜欢做重复、单调的工作。

因此,为了避免重复写一些代码,他们发明了新的 switch 语句。switch 表示“转换,替换”。

以下展示了用 switch 语句改写的上面那个 if…else 语句的例子:

switch (age)
{
    case 2:
        printf("宝宝,你好 !");
        break;
    case 6:
        printf("小朋友,你好 !");
        break;
    case 12:
        printf("少年,你好 !");
        break;
    case 16:
        printf("青少年,你好 !");
        break;
    case 18:
        printf("成年人,你好 !");
        break;
    case 67:
        printf("爷爷,你好 !");
        break;
    default:
        printf("对你的年龄我还没有对应的问候方式。");
        break;
}

switch 语句虽然没有 if…else 语句那么常用,但是对于判断情况很多的条件语句,用 switch 可以少写不少代码呢,而且程序也一目了然,比较清晰。

switch 语句的格式


  • 首先,写 switch 这个关键字,接着写一个括号,括号里面是要判断的变量。

  • case 加上变量可能的取值,再加一个冒号(:),再加上对应取值时的操作,再加上一个 break;

要注意:case 后面的值只能是整型或字符型的常量或常量表达式。

  • default 负责处理除了各个 case 以外的情况。

  • 多个 case 就相当于 if…else 语句里的 if 和 else…if 。

  • default 相当于 if…else 语句里的 else。

想想看,switch 语句是不是很像我们去饭店用餐:

服务员拿了一个酒水单给你,上面有好多饮料,就像好多个 case 后面的取值,你点一种饮料,服务生就去给你拿对应的饮料,这个操作就像 case 的冒号后面的语句。

假如你什么都不要,说:还是给我来杯水吧,那服务生就只能给你拿一杯水了,就相当于 default。

每个 case 语句的结尾绝对不要忘了加 break,否则将导致多个分支重叠(除非有意使多个分支重叠)。

假如上例中我们少写了一个 break; ,看看会变成怎样:

int age = 2;
switch (age)
{
    case 2:
        printf("宝宝,你好 !\n");
        // 这里我们没有写 break;
    case 6:
        printf("小朋友,你好 !\n");
        break;
    case 12:
        printf("少年,你好 !");
        break;
    case 16:
        printf("青少年,你好 !");
        break;
    case 18:
        printf("成年人,你好 !");
        break;
    case 67:
        printf("爷爷,你好 !");
        break;
    default:
        printf("对你的年龄我还没有对应的问候方式。");
        break;
}

上面的代码,当 age 的值为 2 的时候,显示的内容是:

宝宝,你好 !
小朋友,你好 !

很奇怪吧,这是因为没有 break,程序就不跳出 switch 的大括号,而继续执行,“穿透”了 case 6 。虽然 age 的值是 2,不等于 6,但是也执行了 case 6 对应的语句

printf("小朋友,你好 !\n"); 

因为 case 6 的执行语句后面加了 break,所以程序执行完

printf("小朋友,你好 !\n");

就跳出了 switch 语句。当然有时候也有故意不加 break,使得多个情况做同一个操作的,例如:

switch (age)
{
    case 2:
    case 6:
    case 12:
    case 16:
        printf("未成年人,你好 !");
        break;
    case 18:
        printf("成年人,你好 !");
        break;
    case 67:
        printf("爷爷,你好 !");
        break;
    default:
        printf("对你的年龄我还没有对应的问候方式。");
        break;
}

上面的代码,当 age 的值为 2 或 6 或 12 或 16 时,都会执行

printf("未成年人,你好 !");

是不是也很妙呢?

break 关键字的作用不仅于此(用于跳出 switch 语句),在下一课循环语句中我们会更深入学习 break 的作用。

还有要注意的是:最后必需使用 default 分支。
虽然 default 不加其实也不会报错,但即使程序真的不需要 default 处理,也应该保留语句,这样做并非画蛇添足,可以避免让人误以为你忘了 default 处理。
要把 default 子句用于检查真正的默认情况。

稍微有点晕?没关系,让我们用一个更完整的例子来加深对 switch 语句的理解:

假设你到了一个饭店,服务员给你看当日菜单:

=== 菜单 ===

  1. 北京烤鸭
  2. 锅包肉
  3. 地三鲜
  4. 梅菜扣肉

您的选择是?

然后根据你的选择做出不同反应。应该怎么写呢?希望不要看答案,先自己写代码试试。

下面给出完整的示例程序:

#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
    int choiceMenu;
    printf("=== 菜单 ===\n\n");
    printf("1. 北京烤鸭\n");
    printf("2. 锅包肉\n");
    printf("3. 地三鲜\n");
    printf("4. 梅菜扣肉\n");
    printf("\n您的选择是 ? ");
    scanf("%d", &choiceMenu);
    printf("\n");
    switch (choiceMenu)
    {
        case 1:
            printf("您选了北京烤鸭。这是本店的招牌菜!");
            break;
        case 2:
            printf("您选了锅包肉。您是东北人吧?");
            break;
        case 3:
            printf("您选了地三鲜。实惠好吃,就是油有点多.");
            break;
        case 4:
            printf("您选了梅菜扣肉。嗯,那个味道很棒!");
            break;
        default:
            printf("您没有选择餐单上的数字,难道您要饿肚子吗 ?");
            break;
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

以上代码可以根据用户输入的不同数字做出相应的回答。

7. 三元表达式:精简的条件语句


除了 if…else 语句和 switch 语句,还有第三种条件语句,比 switch 更少用。

我们称其为 三元表达式

更确切地说,其实它就是一个 if…else 的变体,只不过我们把它写在一行里了。

因为实例总比长篇的解释来得更清晰易懂,所以我们用两个例子来说明。

这两个例子的功能相同,只不过第一个使用 if…else 语句,第二个使用三元表达式。

假设我们有一个布尔类型的变量 adult,当“成年”时它的值为真(1),当“未成年”时它的值为假(0)。

我们还有一个 int 型变量 age,要根据 adult 的值来改变 age 变量的值,下面先给出 if…else 的实现:

if (adult)
    age = 18;
else
    age = 17;

注意:上例中我把 if 和 else 对应的大括号给去掉了。在只有一句执行语句的时候,去掉大括号是可以的,两句或以上就须要加上大括号了。
不过其实按照良好的代码习惯,应该无论如何都加上大括号。

上例用三元表达式实现则是这样:

age = (adult) ? 18 : 17;

三元表达式使我们可以只用一行代码来根据条件改变变量的值。

问号表示首先判断 adult 是不是真值,如果是真,则取问号后面的 18,将 18 赋给 age;如果为假,取冒号后面的 17,将 17 赋给 age。

这里的问号就有点像 if 的条件判断,冒号就像 else。

事实上,三元表达式并不是那么常用,因为它会使代码变得难读,特别是当判断条件多且复杂的时候。

8. 总结


  1. 条件表达式是所有编程语言的基础内容,使电脑能够根据变量的值做出相应决定。

  2. 关键字 if,else…if,else 意味着“假如”,“又假如”,“否则”,我们可以写多个 else…if 。

  3. 布尔变量是一种特殊的变量,它只有两种状态:真(1)和假(0)(实际上,所有非零的整数值都被看作真),我们用整数类型 int 来储存布尔变量的值,因为 C语言其实没有定义布尔变量这种类型,而是用整数值来代表。Java、C++、C# 等语言就定义了布尔类型。

  4. switch 语句是 if…else 语句的一个可用替换。在有多个 else…if 的情况下,可以使用 switch 代替 if…else 语句,能使代码更易阅读。

  5. 三元表达式(xx ? xx : xx)是精简的条件语句,但是我们要谨慎使用,因为它会让代码不那么易读。

9. 第一部分第九课预告


今天的课就到这里,一起加油吧!

下一课:C语言探索之旅 | 第一部分第九课:循环语句


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人生格言:「向着标杆直跑」

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