第3章判断语句进阶

文章目录

3.1 do-while循环
- 例3.1：加法机
- 练习3.1.1
- 练习3.1.2
3.2 随机数入门
- 例3.2：猜数游戏
- - 优化
- 练习3.2.1
- - 练习3.2.2
  - 练习3.2.3
  - 例3.2.4
3.3 switch-case语句
- 例3.3：打印数字
- - 练习 3.3.1
  - 练习3.3.2
  - 练习3.3.3
  - 练习3.3.4
小结

3.1 do-while循环

事实上，单用while循环就可以写出很复杂的程序，但是也有一个很明显的缺点：无论结果如何都会先循环一次，这样就可以使用do-while来弥补这个缺点。
语法：
do
{
多个语句;
}
while (条件);

例3.1：加法机

// adding.cpp
//用户输入一系列数字，直到输入一个特殊码退出（可选择0）。程序反复提示输入，但运行程序时至少要提示一次。
# include <iostream>
using namespace std;int main()
{int sum = 0;int n = 0;do{cout << "输入一个数（0表示退出）：";cin >> n;sum += n;}while (n > 0);cout << "总和是：" << sum <<endl;return 0;
}

当然，这个也可以用只用while 来写。

# include <iostream>
using namespace std;int main()
{int sum = 0, n = 0;while (true){cout << "输入一个数（0表示退出）：";cin >> n;sum += n;if (n <= 0){break;}}
}

练习3.1.1

修改程序来接受浮点输入并打印浮点结果。常量要正确表示。

答案：

# include <iostream>
using namespace std;int main()
{int n = 0;float sum = 0;do{cout << "输入一个数（0表示退出）：";cin >> n;sum += n;}while (n > 0);cout << "总和是：" << sum << endl;return 0;
}

练习3.1.2

修改例子使用while循环但不要用do或break关键字。要求程序行为和例3.1完全一样。

答案：

# include <iosream>
using namespace std;int main()
{int sum = 0, n = 1;while (n > 0){cout << "输入一个数（0表示退出）：";cin >> n;sum += n;}cout << "总和是：" << sum << endl;return 0;
}

3.2 随机数入门

随机数是游戏和模拟经常用到的东西，听起来容易，但生成随机数并不是一件简单的事情。不妨想一想：从哪里获得这种数？用什么当“虚拟骰子”？

幸好，C++程序员可通过两个步骤生成随机数，这是我们的“虚拟骰子”。

设置随机数种子。
通过复杂的数学运算生成序列中的下一个数（细节不重要）。
有一个问题：虽然序列几乎不可能预测，但它仍是确定性的，数字计算机中的一切都是确定性的。不设置随机数种子，程序每次运行都获得相同的随机数序列。所以，第二次生成的数就不是真正的随机数了。为防止这种情况的发生，必须设置种子，而且每次都要不同。这就回到了原来的问题：从哪里获得这样的一个数？解决方案很简单：系统时间。

从C++程序员的角度来看，获取随机数实际是一个分三步走的过程。
首先用include指令引入对C++库的两个部分的支持：

# include <cstdlib> // 支持srand和rand函数
# include <ctime> //支持ctime函数

包含cstdlib后，就获得了随机函数的声明。包含ctime是因为要用到事件函数。
下一步是设置种子。记住不管程序要获得随机数多少次，都只需设置该种子值一次：

srand (time (nullptr));

注意：从C++11 开始支持nullptr关键字，即空指针（null pointer）。如编译器较老，可改为NULL或0。

设置号随机数种子后，就可调用rand函数来生成随机数了。再次提醒，种子值无需多次设置。

cout << rand () << endl; //打印一个随机数
cout << rand () << endl; // 打印另一个

以下程序模拟掷10次骰子，每次生成1到6的随机数。

# include <iostream>
# include <cstdlib> //支持随机函数
# include <ctime> // 支持ctime
using namespace std;int main ()
{srand (time(nullptr));for (int i = 0; i < 10; ++i){cout << (rand() % 6) + 1 << endl;}return 0;
}

例3.2：猜数游戏

玩法很简单。首先生成一个随机数，然后让用户猜，输入猜的数之后，程序必须要做出判断。

如果猜的数大于目标数，报告这一事实，提示再猜。
如果猜的数小于目标数，报告这一事实，提示再猜。
猜的数正确，报告这一事实，退出循环。游戏结束。

除非猜对，程序就必须继续。

// guessing.cpp
# include <iostream>
# include <cstdlib> //支持rand和srand
# include <ctime> // 支持时间函数
using namespace std;int main()
{int n = 0;bool do_more = true;srand (time(nullptr)); //设置随机数种子int target = rand() % 50 + 1;    // 获取1-50的随机数do{cout << "1-50, 你猜是哪个：";cin >> n;if (n == 0){cout << "再见！";do_more = false;}elseif (n > target){cout << "太大" << endl;}elseif (n < target){cout << “太小” << endl;}else{cout << "你赢了！";cout << "答案是：" << n << endl;do_more = false;}}while (do_more);return 0;
}

注意：C++14规范在标准模版库中提供了新的、增强的随机函数。虽然还是需要设置种子值，但在范围、随机数生成引擎和概率分布方面更灵活。不过，对于这种最简单的应用程序，标准的、老式的随机函数功能已经足够。

优化

如果使用Microsoft Visual Studio，你可能会注意到调用srand会造成开发环境显示一条警告。因为将time_t类型（一个长整数）的数据赋给获取unsigned int 的函数后，可能造成数据丢失。
两个都是整数，正负号也不是问题，所以可安全忽略该警告。但许多老程序员不喜欢警告。解决方案是执行强制类型转换（cast）。最简单的事老式C风格的强制类型转换。

srand ((unsigned int) time (nullptr));

然而，目前的首选方案是使用新的强制类型转换操作符static_cast。语法有点复杂，也不好看，但成为首选是有原因的。

srand (static_cast <unsigned int> (time(nullptr)));

static_cast常规语法如下所示：
static_cast <类型>(表达式)
它获取指定表达式，并将其转换成指定类型。即使编译器已知如何转换（比如将有符号整型赋给无符号整型），不显示执行强制类型转换还是消除不了警告。

练习3.2.1

修改程序来使用while循环。可继续使用do_more变量，也可去掉该变量，使用break关键字在必要时退出。

答案：

# include <iostream>
# include <cstdlib>
# include <ctime>
using namespace std;int main()
{int n = 0;boo do_more = true;srand (time (nullptr));int target = rand() % 50 + 1;while (do_more){cout << "1-50,你猜哪个：";cin >> n;if (n == 0){cout << "再见！";do_more = false;}elseif (n > target){cout << "猜大了！" << endl;｝elseif (n < target){cout << "猜小了！" << endl;}else{cout << "你赢了！";cout << "答案是：" << n << endl;do_more = false;}}return 0;
}

练习3.2.2

玩过几次游戏后，应该对最优的玩家策略有所体会。可以用伪代码总结该策略吗？

答案：

找出最小值和最大值的平均数。
猜这个值。
根据结果提示，猜这个值与最小值或最大值的平均数。
依次类推。

练习3.2.3

完成上一题，你应该能写一个程序来实现最优策略。你心里记住一个数，让程序去猜这个数，每次都询问是太大、太小还是刚刚好。然后程序根据你的回答来调整所猜的数，前提是你要诚实回答。
提示：为方便写程序，用一套记号系统来表示你的回答：1=太大，2=太小，3=答对了。应该在提示中告知用户：告诉我猜得怎么样（1=太大，2=太小，3=答对了）。

答案：

# include <iostream>
using namespace std;int main()
{cout << "在1到50间猜一个数，并且记住这个数" << endl;int lo = 1, hi = 50, cmd = 0;while (true){int guess = (lo + hi) / 2;cout << "我猜的数是：" << guess << "。" << endl;cout << "请告诉我，我猜的怎么样？" << endl;cout << "1表示太大了，2表示太小了，3表示猜对了。" << endl;cin >> cmd;while (cmd < 1 || cmd > 3){cout << "输入有误。请重新输入：";cin >> cmd;}if (cmd == 3){cout << "我猜对了！真高兴跟你一起玩。" << endl;break;}elseif (cmd == 1){hi = guess -1;}else{lo = guess + 1;}}return 0;
}

例3.2.4

这个练习更像是数学问题而不是编程问题，但仍然有趣。一个包含N个数的有序数列，最多猜几次就能猜到目标数？提示：用二分法，大难是最多猜log₂(N+1)次，向上取整。

答案：

1 move is sufficient to guarantee success for range size 1.

2 moves are sufficient to guarantee success for range size 3.
(Because there’s one spot on either side of the mid point.)

3 moves are sufficient to guarantee success for range size 7.
(Because there are two areas of 3 on either side of mid point.)

4 moves are sufficient to guarantee success for range size 15.
(Because there are two areas of 7 on either side of mid point.)

Note that if you add 1 to the sizes 1, 3, 7, 15, etc., you get powers of 2:
2, 4, 8, 16… Therefore, the solution is to add 1 to the size of the range,
and take the log-base-2 of this number, always rounding up:

 Ceiling(log-base-2(N + 1))

In C++ code, we can write this as:

 #include <cmath>  // Brings in support for ceil and log.int answer = ceil(log(n + 1)/log(2))

3.3 switch-case语句

和do-while一样，switch-case并非严格需要。
switch-case之所以有用，是因为许多程序的许多小节只是测试一系列值。
例如，根据n等于多少（1,2,3）打印对应单词。

switch (n)
{case 1:cout << "one" << endl;break;case 2:cout << "two" << endl;break;case 3:cout << "three" << endl;
}

switch 语句常规语法如下所示：
switch(值)
{
语句(s)
}

某个case不写break语句会发生什么？答案是“直通”到下个case。少数情况才需要这样做，但一般都应该习惯性地添加break。
还要注意，加了标签的语句具有以下形式：
标签：语句

case和default属于特殊标签。由于加了标签的语句本身就是语句，所以一个语句可以有多个标签。例如：

case 'a':
case 'e':
case 'i':
case 'o':cout << "是元音字母。";break;

例3.3：打印数字

# include <iostream>
using namespace std;int main()
{int n = 0;cout << "输入20到99的数：";cin >> n;int tens_digits = n / 10;int units_digits = n % 10;switch (tens_digits){case 2: cout << "贰拾"; break;case 3: cout << "叁拾"; break;case 4: cout << "肆拾"; break;case 5: cout << "伍拾"; break;case 6: cout << "陆拾"; break;case 7: cout << "柒拾"; break;case 8: cout << "捌拾"; break;case 9: cout << "玖拾"; break;}switch (units_digits){case 1: cout << "壹"; break;case 2: cout << "貳"; break;case 3: cout << "叁"; break;case 4: cout << "肆"; break;case 5: cout << "伍"; break;case 6: cout << "陆"; break;case 7: cout << "柒"; break;case 8: cout << "捌"; break;case 9: cout << "玖"; break;}return 0;
}

练习 3.3.1

例3.3 的程序能重复执行就好了。（事实上，大多数程序都应如此，用户退出才退出。）所以，将程序放到do-while循环中，用户输入0就退出循环。

答案：

# include <iostream>
using namespace std;int main()
{int n = 0;while (true){cout << "输入20到99之间的数：";cin >> n;int tens_digits = n / 10;int units_digits = n % 10;switch (tens_digits){case 2: cout << "贰拾"; break;case 3: cout << "叁拾"; break;case 4: cout << "肆拾"; break;case 5: cout << "伍拾"; break;case 6: cout << "陆拾"; break;case 7: cout << "柒拾"; break;case 8: cout << "捌拾"; break;case 9: cout << "玖拾"; break;}switch (units_digits){case 1: cout << "壹" << endl; break;case 2: cout << "貳" << endl; break;case 3: cout << "叁" << endl; break;case 4: cout << "肆" << endl; break;case 5: cout << "伍" << endl; break;case 6: cout << "陆" << endl; break;case 7: cout << "柒" << endl; break;case 8: cout << "捌" << endl; break;case 9: cout << "玖" << endl; break;}cout << "继续吗？(1表示是，0表示否)：";cin >> n;if (n != 1){break;}}return 0;
}

练习3.3.2

修改程序使之能处理0到9的数。这应该很容易，或许不用修改？

答案：

# include <iostream>
using namespace std;int main()
{int n = 0;cout << "请输入0到9或20到99之间的数：";cin >> n;int tens_digits = n / 10;int units_digits = n % 10;if (n >= 20){switch (tens_digits){case 2: cout << "贰拾"; break;case 3: cout << "叁拾"; break;case 4: cout << "肆拾"; break;case 5: cout << "伍拾"; break;case 6: cout << "陆拾"; break;case 7: cout << "柒拾"; break;case 8: cout << "捌拾"; break;case 9: cout << "玖拾"; break;}}switch (units_digits){case 1: cout << "壹" << endl; break;case 2: cout << "貳" << endl; break;case 3: cout << "叁" << endl; break;case 4: cout << "肆" << endl; break;case 5: cout << "伍" << endl; break;case 6: cout << "陆" << endl; break;case 7: cout << "柒" << endl; break;case 8: cout << "捌" << endl; break;case 9: cout << "玖" << endl; break;}return 0;
}

练习3.3.3

修改使之能处理11到19的数。提示：添加十位数为1时的case。

答案：

# include <iostream>
using namespace std;int main()
{int n = 0;cout << "请输入1到99之间的数：";cin >> n;int tens_digits = n / 10;int units_digits = n % 10;if (n >= 20){switch (tens_digits){case 2: cout << "贰拾"; break;case 3: cout << "叁拾"; break;case 4: cout << "肆拾"; break;case 5: cout << "伍拾"; break;case 6: cout << "陆拾"; break;case 7: cout << "柒拾"; break;case 8: cout << "捌拾"; break;case 9: cout << "玖拾"; break;}}if (n > 10 && n < 20){switch (units_digits){case 1: cout << "拾壹" << endl; break;case 2: cout << "拾贰" << endl; break;case 3: cout << "拾叁" << endl; break;case 4: cout << "拾肆" << endl; break;case 5: cout << "拾伍" << endl; break;case 6: cout << "拾陆" << endl; break;case 7: cout << "拾柒" << endl; break;case 8: cout << "拾捌" << endl; break;case 9: cout << "拾玖" << endl; break;}}else{switch (units_digits){case 1: cout << "壹" << endl; break;case 2: cout << "貳" << endl; break;case 3: cout << "叁" << endl; break;case 4: cout << "肆" << endl; break;case 5: cout << "伍" << endl; break;case 6: cout << "陆" << endl; break;case 7: cout << "柒" << endl; break;case 8: cout << "捌" << endl; break;case 9: cout << "玖" << endl; break;}}return 0;
}

练习3.3.4

扩展程序使之能处理最大为999的数。提示：先完成练习3.3.3，否则随着值范围增大，会出现许多“漏洞”。

答案：

//
# include <iostream>
using namespace std;int main()
{int n = 0;cout << "输入一个数（1-999）：";cin >> n;int hundreds_digits = n / 100;int remainder_from_100 = n % 100;int tens_digits = remainder_from_100 / 10;int units_digits = remainder_from_100 % 10;if (hundreds_digits > 0){switch (hundreds_digits){case 1: cout << "壹佰" ; break;case 2: cout << "貳佰" ; break;case 3: cout << "叁佰" ; break;case 4: cout << "肆佰" ; break;case 5: cout << "伍佰" ; break;case 6: cout << "陆佰" ; break;case 7: cout << "柒佰" ; break;case 8: cout << "捌佰" ; break;case 9: cout << "玖佰" ; break;}}if (remainder_from_100 > 0){cout << " , ";}if (remainder_from_100 >= 20){switch (tens_digits){case 2: cout << "贰拾"; break;case 3: cout << "叁拾"; break;case 4: cout << "肆拾"; break;case 5: cout << "伍拾"; break;case 6: cout << "陆拾"; break;case 7: cout << "柒拾"; break;case 8: cout << "捌拾"; break;case 9: cout << "玖拾"; break;}}if (remainder_from_100 > 10 && remainder_from_100 < 20){switch (units_digits){case 1: cout << "拾壹"; break;case 2: cout << "拾贰"; break;case 3: cout << "拾叁"; break;case 4: cout << "拾肆"; break;case 5: cout << "拾伍"; break;case 6: cout << "拾陆"; break;case 7: cout << "拾柒"; break;case 8: cout << "拾捌"; break;case 9: cout << "拾玖"; break;}}else{switch (units_digits){case 1: cout << "壹" << endl; break;case 2: cout << "貳" << endl; break;case 3: cout << "叁" << endl; break;case 4: cout << "肆" << endl; break;case 5: cout << "伍" << endl; break;case 6: cout << "陆" << endl; break;case 7: cout << "柒" << endl; break;case 8: cout << "捌" << endl; break;case 9: cout << "玖" << endl; break;}}cout << endl;return 0;
}

小结

do-while 循环和 while 循环相似，只是循环主体至少执行一次.

do 语句
while（条件）;

和其他控制结构一样，语句可替换为复合语句（用大括号封闭的代码块）.

do
{多个语句
}while（条件）;

一般用bool变量控制循环。注意，该变量不需要和 true 比较，可以直接作为条件使用。
这种 bool 变量可以使用逻辑NOT操作符（!）和false比较来反转其真假.
生成随机数要包含来使用srand和rand函数，还要包含来使用时间函数。

#include <cstdlib>
#include <ctime>

生成随机数的下一步是设置随机数种子，确保程序每次运行都获得一组不同的“随机”（实际是伪随机）数。

srand(time(nullptr));

然后调用 rand 生成序列中的下个随机数。结果是无符号 int 范围中的任意数字。应用取余操作符（%）可获得从 0 到 n-1 的随机数。

cout << rand()%n;  //打印0到n-1的随机数

使用 if 和 else if 子句反复测试单个值时，适合用 switch-case 语句替代。

if（n == 1）{cout <<  "1";
}else if（n == 2）{cout << "2";}else if（n*3）{cout <<"3";}

上述代码可替换成以下形式：

switch（n）{case 1：cout  <<  "1"；break；case 2：cout  << "2"；break；case 3：cout  << "3"；break；

switch-case的语法如下所示：

switch（值）{
语句（s）
}

这个块做下面这些事情：首先求值，执行和该值匹配的case.如果没有匹配项，就执行 default（如果有的话）语句。
一旦执行语句，就按照正常流程一直执行到break语句，此时会跳出 switch-case 块
加后赋值操作符（+=）是在变量上加一个值的简写形式。也有对应的减后赋值操作符。

n += 50; // n = n + 50
n -= 25; // n=n-25