3 程序流程控制方法

课程内容#

if 语句、switch 语句#

（C 语言关系运算符）
- 0 → false；1 → true
- false 👉 0、NULL(null)、'\0'
- <= → =<
- ! 取非（关系运算符）
  - 要注意区分：位取反运算符～（位运算符）
  - ⭐!! 非非操作：逻辑上的归一化
    - 将所有真值统一到 1，假值还是 0
顺序结构
- 略
分支结构

IF 语句#

(表达式)
- 任何表达式都有逻辑返回值
- 对于赋值表达式 a = 123;
  - 返回值为 a 变量的值 123
{代码段；}
- 了解什么是一条语句？
  - 单语句：“;” 结尾的语句
    - int a = 1, b = 234; // 是一条语句，“,” 前后分为为一个表达式
  - 空语句：只有一个 “;”，没有作用
  - 复合语句
    - 用花括号
    - 即代码段👆
if else 语句
- 可以用问号表达式（三目运算符）来代替
  - ...? ...: ...;

SWITCH 语句#

变量 a 要有一个明确的唯一的整型值作为映射！
- 字母也有这样的映射：ASCII 码
进入 case 后，依次执行后续代码
- 直到遇到break、continue 或结构末尾~
- 而不需要再判断其后的 case 是否满足
default 分支
- 当 case都不满足时，会进入，相当于 if else 语句的 else

CPU 的分支预测#

从力扣题 -回文整数引出

船长超高时间效率代码如下：

红框处实现的就是 x<0
- 用来筛选小于 0 的整数，负数肯定不是回文整数
这段语句在操作系统内核里出现：
!!(x) 逻辑归一化，结果只会是 1 或 0
- 经常成立与否的情况会告诉正在处理程序的 CPU

⭐CPU 执行程序过程解析

C 语言程序执行过程：编译后生成可执行文件→加载到内存里→CPU 执行
cash 缓存
- 一级缓存：速度最快，而容量最小
CPU 指令执行方式对比
- 早期串行（取址、指令预解析、写数据、执行、写回内存）
- 当今并行
- 示意图如下左右：
  - 对于 5 条指令
    - 串行方式需要 5 * 5 = 25 个时钟周期
    - 并行方式只需要 5 + 4 = 9 个时钟周期
  - 当指令非常多时，提高效率将近 5 倍
所以！CPU喜欢顺序结构
- 讨厌分支结构（要少用 if else 语句）
- 分支预测问题
- 对于并行的方式，CPU 不知道分支结构下一步是谁，该提前加载哪一步？
  - CPU 实际是随机加载下一步
    - 所以，如果预测错了，后面就白做了，此时又要返回重新处理
而__builtin_expect () 做的就是告诉CPU 哪种分支情况更易发生！！！

循环结构#

WHILE 语句
- while () {代码块；}
  - 先判断，再执行
- do {代码块；} while (表达式); ←分号要注意！
  - 至少执行一次
FOR 语句
- for (初始化；循环条件；执行后操作) {代码块；}
- 让循环变得很秀，由三部分组成
- 这三部分可以都不写
  - 例如：for (; ;);，那就相当于 while (1);
  - 上面是一个死循环，啥都没有

随堂练习#

记得条件判断冗余检查
输入非法时（如 "q"）陷入死循环问题
- 解决方法及思考过程详见下文：思考点 1
代码
- 冗余版
- ❗这里 scanf 的 \n 是隐患！要去掉 \n，否则需要多读一个数
  - 因为在输入下个数时才读到 \n
  - ⭐参考博客：用 "% d\n" 要多读一个数？ —— scanf () 函数的那些坑
- 精简版
①
②
- 熟悉 switch 语句结束的特性
- 代码
代码

对于 while 方式，如果首次判断成立，则与 do...while 方式没有区别

代码

亮点笔记#

⭐对条件判断语句进行冗余检查（剪裁），通常可以有更精简的代码
- 所有判断表达式是否为 0 的情况，可以直接使用 if (! 表达式)
  - 对于 if (表达式) 单语句，可以利用逻辑与
    - (表达式) && 单语句
    - 比如 i && printf (" "); ，用来在除第一次循环中输出空格
    - 单语句不能是 {代码块；}
- if...else 用三目运算符代替
一般将循环变量 i 定义在初始化部分：int i = 0
- 不需要提前放在前面
  - 更规范、简明：用变量之前再定义，不要离的太远
- 作用域问题
  - 只在循环里用到该变量
++i 比 i++ 快？
- 能用 ++i 就用
  - 从函数栈的角度：👇
  - ++i 直接入栈 i+1 的值
  - 而 i++ 的话，先入栈 i 再入栈 i+1

代码演示#

分支结构（6.struct_program.cpp）#

a - b 可以代替 a == b 判等
if else 可以用三目运算符代替
输出 1：false
- a++ 和 && 的运算优先级？
  - ++ 优先级大于 &&
  - a++ 外面的 () 为什么没有把 ++ 的运算优先级提高到比 && 先加呢？
    - 是优先的
    - 这里输出 false 与此无关～
      - 应该对于 if 判断来说，先判断 a，再去 ++
      - a++ 表达式的值是没有 ++ 的 a
输出 2：a = 1， b = 0
- ⭐逻辑与 -- 短路规则
  - 只要前面有假值，就不会往后走了【聪明人的做法】
（接上 a = 1, b = 0）
输出 1：true
输出 2：a = 2， b = 0
- ⭐逻辑或 -- 长路规则
  - 只要前面有一个真值，就不用了往后走了
  - 要想执行后面的表达式，必须前面的表达式均为假值
以空格为间隔（末尾无空格）的输出方式参考
- 方式一：如果不是第一次循环，输出前空格
  - 首次更好得到：i == 0
  - 可优化第 43 行：i && printf(" ");
- 方式二：如果不是最后一次循环，输出后空格
rand()
- 需引入 <stdlib.h>
- 输出的是随机的无符号数
  - rand () % 100 可以随机输出 0-99 的数
- ⭐其实是固定的随机
  - 通过 srand() 设定随机种子
    - srand(time(0))
      - time(0)
        
        获取当前的时间，需引入 <time.h>
        
        精确到 s，1970.1.1 至今的秒数
    - 可以看出值是变化的了，但计算机中没有真正意义上的随机
优化版
- 上述代码有三处可以简化！两个 if 都可以去掉
- ⭐~
  1. 位运算与取余的转换：% 2 等价于 & 1
    - % (2 ^ n) 等价于 & (2 ^ n - 1)
  2. +1 与真值 1 的等价
  3. 逻辑与的短路规则

循环结构（7.cpp）#

判断回文整数（十进制）

记得对负数做特判！
如果想判断二进制下的回文整数呢？
- 将圆圈处都改成 2 即可
  - 计算机底层其实都是以二进制存储数据的
  - 不管什么进制下，都可以判断回文
- base 进制下回文整数判断

计算整数位数（十进制）

while 循环和 do...while 循环的细微区别比较
- 关键在于第一次循环的条件是否成立～
  - 当输入非 0 数字时，digit 和 digit2 没有区别
- 当输入数字 0 时，有区别
  - 所以有 0 的情况判断位数
    * 用 do...while
    * 或者特判

附加知识点#

switch 语句
- case 后面不允许声明变量
- default 的末尾也要加 break 吗
  - 可有可无，加 break 是为了统一风格
- Python 不支持 switch 语句
C 语言中，如果 main 函数的末尾没有 return 语句将会有什么影响？
- C99 开始，基本没影响，标准要求等价于自动补上return 0;
- 而 C99 之前，如果控制抵达 main 函数结尾而没有 return，则为行为未定义。
浮点数判等
- 不直接用 ==，会不准确，利用差值是否小于某个极小值来判等
__builtin_expect () 还有 6 + 个兄弟
位权决定左移右移的倍数
- 十进制，左移一位，*10
- 二进制，左移一位，*2

思考点#

💡（解决）对于 5.if.cpp，即随堂练习 1。输入非法值，如字母‘q’，会陷入无限循环
- 与‘q’的 ASCII 码有关吗？
  - 无关～
  - 以 % d 形式输出‘q’，看起来是一个地址，单次运行是固定的，应该是初始化 n 时随机分配的一个值
    - 如果输入正常值再输入错误值，此时该值就是之前的 n 值
    - 因为其实没有读入值来改变 n
- 读不进‘q’值
  - scanf 的返回值为 0
  - 但是也不会移向下一个输入，类似第一讲里的 %[^\n] 遇到 \n 无限循环事件
- ⭐当然！ 同样可以使用 getchar () 吞掉这个非法值
  - 输入 qw 属于非法吗
    - 是的，需要 getchar () 吞两次
- 改后代码
  - getchar () 放在 if (!ret) 里更好，只有在读入非法字符时才吞字符
    - 上图的代码：getchar会吞空白符和非法字符
    - 下图的代码：只会吞非法字符
      - 为了演示吞掉的字符没有空白符只有非法字符，这里加了 printf 函数
💡同样，对于 5.if.cpp（有循环，需手动停止），用 > output 将标准输出重定向时，会遇到输出不写入重定向的文件的问题
- 具体情况已在海贼 QA 提问，期待探讨：输出重定向在什么条件下才将输出写入文件呢？（stdout、./a.out > output、Ctrl+C/Ctrl+D）
- Ctrl+C 不写入，Ctrl+D 写入

Ctrl+C：Linux 下默认的中断键，当键入此键时，系统会发送一个中断信号给正在运行的程序和 shell。
Ctrl+D：Linux 下标准输入输出的EOF。在使用标准输入输出的设备中，遇到该符号，程序会认为读到了文件的末尾，因此结束输入或输出。

如果有非法输入导致有大量输出时，Ctrl+C 也可以写入
- 疑问：这是因为缓存不够，提前强制输出到 output 文件了吗？
  - 是这样理解
- 疑问：那么这部分写入 output 文件的输出仅仅是缓存溢出的输出，还是 Ctrl+C 前的所有输出呢？
  - 溢出的
代码 5.switch.cpp：为啥输入字母之类的会无限循环？
- 同 5.if.cpp，见思考点 1

Tips#

OJ 做题方式
- 在 vim 里编写代码
- cat 显示代码复制出来
- 提交
经典题：已知年月日判断是否合理
- 有没有必要用那么多的 if else？
- 可以用空间换时间：把每月的天数用数组存起来
参考工具书第 6 章 6.4 节