南邮C语言程序设计完整课件第4章090909.ppt

1、2020/8/5,1,C语言程序设计,第四章 程序流程控制,主讲: 计算机学院 朱立华,2020/8/5,3,内容提要,算法的基本概念以及表示方法，简单介绍流程图 C程序的3种基本流程控制结构：顺序结构、选择结构（也叫分支结构）、循环结构，每种结构的控制语句： if、switch控制选择结构 for、while、dowhile控制循环结构 break、continue、goto等语句的用法 循环嵌套程序的设计及运行过程 一些常用算法的基本思想： 分段函数求解问题 判断一个整数是否为质数 求两个正整数的最大公约数 各种求和问题,掷骰子游戏的多种解法,求阶乘,打印规则的图形,穷举问题的多种求解方法

2、,2020/8/5,4,算法与语句,算法（Algorithm）就是为解决一个具体问题而采取的有限的操作步骤，算法通过语句来实现 计算机算法分两类：数值运算算法、非数值运算算法 程序=数据结构+算法 算法的正确性衡量标准： 有穷性：算法包含有限步操作 确定性：每一步都应确定无歧义 有效性：每一步都应能有效执行且能得到确定的结果 0或多个输入: 程序允许无输入 1或多个输出：任何程序都必须有输出，哪怕是提示信息,解决求数值解的问题,解决需要用分析推理、逻辑推理才能解决的问题,数据的描述和组织形式,对操作或行为的描述，即操作步骤,2020/8/5,5,算法与语句,常用的算法描述方法有：自然语言、传统

3、流程图、NS流程图、伪代码等，这里只介绍传统流程图。 例：求n!的算法思想： n!=1*2*3*n 由于计算机执行乘法时每次只能求两个数相乘，因此上面的公式在程序中必定需要通过反复相乘来实现。 需要设定一个变量n，表明求多少的阶乘； 第二个变量，存当前累乘的结果； 第三个变量存当前将要与累乘器相乘的因子，并且该因子的变化是从1到n每次增加1 流程图如下页所示,2020/8/5,6,3种基本结构的 特点：单入口， 单出口,2020/8/5,7,C语句分类,C语言的语句有五大类： (1)9种控制语句：这一类语句用于实现流程控制，选择结构和循环结构必须通过控制语句实现。 ifelse语句：是实现选择

4、结构最常用的语句 switch语句：用于控制某些多分支的选择结构 for( )语句：最常用最灵活的循环控制语句，当型循环 while( )语句：循环结构最安全的控制语句，当型循环 dowhile( )语句：控制先执行后判断的直到型循环结构 continue语句：表示提前结束本次循环，忽略其后循环体中的其他语句 break语句：可用于switch语句(结束switch)或循环体中(结束本层循环) goto语句：流程跳转语句，很灵活，可实现各种结构，建议少用或不用 return语句：专门用于函数返回，被调函数执行到return就返回到调用点 (2)变量声明语句：用来定义变量，形如：int a,b;

5、 (3)表达式语句：C语言中任何一个表达式最后加上分号构成表达式语句，赋值语句和函数调用语句是最常用的表达式语句 (4)复合语句：以一对大括号括起的0或多条语句，在语法上仍为一条语句 (5)空语句：只有一个分号构成的语句，表示什么也不做,2020/8/5,8,顺序结构,顺序结构的特点：语句按顺序依次执行，不涉及到任何条件的判断。 顺序结构所使用的语句：变量声明语句、读写函数调用语句、赋值语句、return语句等。无需用其他流程控制语句 优点：结构简单易懂 缺点：对程序的健壮性、完备性往往无法兼顾 例：程序4.1 从键盘上输入a，b，c的值，并以它们为三角形的三条边，求三角形的面积。 算法思想：

6、根据数学知识，设一个变量s用于求三角形周长的一半，即s=(a+b+c)/2，再利用一般三角形求面积的公式求解：,2020/8/5,9,程序4.1 求任意三角形的面积 #include #include /包含平方根函数sqrt的声明 int main( ) double a,b,c,s,area; /定义5个double变量 printf(“Please input a,b,c:n”); /屏幕提示 scanf(%lf%lf%lf, ,顺序结构, 输入 3 4 5 输出area=6.000000,编程提示：存原始数据的变量，用读入方式使其获得的值更灵活，也可赋值，但是通用性下降,问题1：可能会

7、输入负数 问题2：即使输入的都是正数，未必能构成一个三角形 顺序结构无法解决需要作出判断的问题！,2020/8/5,10,选择结构的特点：通过某一个或若干条件的约束，有选择性地执行特定语句-在符合一定条件时，执行特定操作；在不符合条件时，不执行操作或执行另外的操作 选择结构使用的流程控制语句：if语句、switch语句 优点：保证程序的健壮性、完备性 ifelse语句形式: if (表达式) 语句块1 else 语句块2 执行过程:先计算表达式,若非0(真) 则执行语句块1;如果表达式为0(假) 则执行语句块2,选择结构,不平衡的ifelse语句(单分支if),ifelse语句(双分支if),

8、表达式可以是任何类型的,条件表达式和逻辑表达式最常用,不平衡的ifelse语句(if语句),不执行操作,2020/8/5,11,程序4.1 求任意三角形的面积 #include #include /包含平方根函数sqrt的声明 int main( ) double a,b,c,s,area; /定义5个double变量 printf(“Please input a,b,c:n”); /屏幕提示 scanf(“%lf%lf%lf”, ,选择结构(if语句),问题1：可能会输入负数 问题2：即使输入的都是正数，未必能构成一个三角形 顺序结构无法解决需要作出判断的问题！,程序4.2 改进程序4.1，

9、在构成三角形时求面积，否则给提示信息,if (a0,此else分支不能省略，否则在不能构成三角形时将没有任何输出，就不是一个正确的算法了,2020/8/5,12,程序4.3 生成50以内的两个随机数，比较大小，输出较大者及两者之差的值。若第1个数大于第2个数，输出you are lucky! #include #include /含srand和rand函数的原型 #include /含time函数的原型 int main( ) int a ,b ; /定义两个整型变量a和b srand(time(NULL); /调用当前系统时钟产生随机种子a=rand()%50; /产生一个50以内的随机数赋

10、给a b=rand()%50; /产生另一个50以内的随机数赋给b if(ab) /如果a大于b printf(“the larger number is a:%dn”,a) ; /输出较大者 printf(a-b=%dn,a-b); /输出a与b的差值 else /如果a不大于b,即ab)printf(“you are lucky!n”); /if语句 return 0; ,选择结构(if语句),若删除此句，则每次产生的随机数都是一样的，这是调用系统时钟产生随机种子,上机运行观察结果,上机测试观察运行结果并分析： (1)删除srand(time(NULL); (2)删除else后的一对大括号

11、,若删除此一对括号，则语句printf(“b-a=%dn”,b-a);成为一条不受条件控制的语句,2020/8/5,13,ifelse语句形式: if (表达式) 语句块1 else 语句块2 if语句形式: if (表达式) 语句块1 最常用的嵌套ifelse语句形式: if (表达式1) 语句块1 else if (表达式2) 语句块2 else 语句块n,选择结构(if语句),else总是与其前面与之最靠近的并且未与其它else匹配过的if相对应； 每个else都代表了与其对应if完全相反的条件，编程时应充分利用else所代表的条件简化程序,整个嵌套的ifelse语句从语法上仍为一条语句

12、,2020/8/5,14,选择结构(if语句),程序4.4 用嵌套if进行符号函数求解 #include int main( ) int x,sign; printf(Please input x:); scanf(%d, ,/语句2处嵌入ifelse,此else代表的条件是x=0,此else代表的条件是x0,if (x=0) if (x0) sign=1; else sign=0; else sign=-1;,语句1处嵌入ifelse,此else代表的条件是x0,此else代表的条件是x=0,显然左边的方法更直观,此题还有多种其他写法请读者思考,2020/8/5,15,选择结构(if语句),

13、程序4.5 根据输入的百分制成绩score，转换成 相应的五分制成绩grade并打印输出。转换标准为： . int score; char grade; /定义两个变量 scanf(%d, /输出百分成绩及等级 .,有效的分数应满足: 0=score=100,此else代表的条件为: 0=score char grade; /定义两个变量 scanf(%d, .,选择结构(switch语句),方法二：用switch语句实现百分制转五级分制,此break可以省略,在VC+下运行程序观察结果，遗憾：每次运行程序只能输入一个成绩，一次运行无法输入多个百分成绩进行转换！,2020/8/5,18,循环结

14、构的特点：某些操作在一定条件约束下在程序中可被重复执行，或者重复执行到满足一定的条件时停止 循环结构使用的流程控制语句： for语句、while语句、dowhile语句； 辅助语句：break语句、continue语句 for语句形式: for(表达式1；表达式2；表达式3) 语句块 执行过程见右边流程图 注意：for语句中的3个表达式可以省略 1个或多个，最多3个都可省略，但是 分号不能省，且应保证执行结果不变,不能死循环,循环结构,当型循环,直到型循环,用于求初值，只计算一次,用来作为控制循环的条件，非0值则执行语句块；若为0，则结束for语句,语句块执行结束后自动执行此表达式，然后再重新

15、计算表达式2,就是循环体，通常用复合语句，只能是一条语句,整个for语句在语法上就是一条语句,假,表达式2,真,语句块,表达式1,表达式3,2020/8/5,19,循环结构(for语句),程序4.6 从键盘上输入一个非负整数n，求n! #include int main( ) int n,i; /定义两个整型变量，i表示乘数 double fac=1; printf(Please input n:n); /提示输入数据的信息 scanf(“%d”, ,若输入为：-5 输出结果为：Error input! 若输入为：4 输出结果为：4!=2.400000e+001 若输入为：100 输出结果为：

16、100!=9.332622e+157,fac的类型应当定义为double类型，因为阶乘的结果很容易非常大，应当定义范围最广的数据类型作为累乘器的类型，并且一定要初始化为1,对n作判断，保证程序的健壮性,用%e以指数形式输出一个较大的结果比较合理,执行的操作不变，但是变量是在不断变化的,for语句中表达式省略示例,=1;,+;, fac*=i+; if (in) break; ,循环次数确定,2020/8/5,20,程序4.7 输入1个正整数m，判断m是否为质数，输出判断结果 质数的概念:除了1和它自己外，不能被任何其他整数所整除 算法思路: 设一个变量prime表示结果,值为1表示是质数,值为

17、0则不是质数 最初可以先假定m是质数,即prime初值为1,设一个变量i作为除数,从2变化到m-1,只要其中有一个能被m整除(即满足m%i=0),就说明m不是质数,立即修改prime为0,否则继续取下一除数计算 除数终值到底取多少:除数的终值需要到m-1吗?数学已上证明,除数最大只要到sqrt(m)就已经保证所有可能的因子均已被判断 循环条件的控制:本题是循环次数不可确定的循环问题,用for语句也可以解决.以上分析表明循环终止有两种可能:(1)被某一个i整除,(2)i的值已变到终值处.因此循环条件体现为两个条件共同控制,即:prime scanf(%d, ,对prime的初始化不能缺少,如果m

18、是负数，则返回不再进行判断,对于特殊正整数1直接给出不是质数的结论,变量k存除数的上界,变量i是每一次参与运算的除数,从2变化到k,增加步长为1,用两个条件共同控制,循环必将因为prime为0或ik而终止,前者表明m不是质数,后者表明m是质数,prime保持初值1,判断m是否能被i整除,若能则prime赋值为0,不是质数,循环终止时prime可能为1可能为0,根据其值输出不同的结论,循环体是这一条if语句,2020/8/5,22,while语句:与for语句一样能控制当型循环 while语句的形式: while(表达式) 语句块 执行过程见右边流程图 for语句与while语句的等价关系: (

19、1)for中的表达式1相当于出现在 while之前的对循环变量的初始化 (2)for语句的表达式2相当于while语句的表达式，都表示当该表达式为真时执行循环体 (3)for语句的语句块和表达式3一起，相当于while循环的语句块，是被反复执行的循环体,循环结构(while语句),假,表达式,真,语句块,循环控制条件,循环体，通常用一条复合语句,2020/8/5,23,循环结构(while语句),程序4.6 从键盘上输入一个非负整数n，求n! #include int main( ) int n,i; double fac=1; printf(Please input n:n); scanf(

20、“%d”, ,方法二：改用while循环求阶乘,i=1; while (i=n) fac*=i ; i+; ,再论for与while： 虽然都可处理当型循环，for语句一定可以转化为等效的whie 语句，但是并不是所有的while都可以等效转为for。因为在 while语句中，可以有条件地修改循环控制变量的值，而for语句 中修改循环控制条件一般通过表达式3，是无条件执行的。从 这个意义上看，while的使用范围比for更广，但for语句更简洁,2020/8/5,24,程序2.2：三位的非负整数按位分离输出,#include int main( ) int i,n; /定义两个整型变量i,n，

21、变量先定义后使用 n=578; /通过赋值语句使n获得一个3位整数值 i=n%10; /对10取余求得个位数 printf(%d,i); /输出个位数 i=n/10%10; /先整除10再对10取余求得十位数 printf(%d,i); /输出十位数 i=n/100; /用整除100求得百位数 printf(%dn,i); /输出百位数 return 0; ,该程序显然不具有通用性，不能处理任意位数的整数按位分离问题,2020/8/5,25,循环结构(while语句),程序4.8 从键盘读入任意位的非负整数，按位分离后逆序输出 #include int main( ) int i,n; sca

22、nf(“%d”, ,算法思想： 在被处理的数不等于0时： (1)利用对10取余得到个位数 (2)输出该个位数 (3)对被分离的数利用整除10 降一阶,若不为0回到步骤(1) 若为0停止处理,等价于n!=0,用循环求解问题的关键： (1)以什么作为控制循环的条件 (2)重复不断地执行的是哪些 操作，即循环体是什么 (3)在循环体内对变量如何变化 每个变量的意义要明确,2020/8/5,26,循环结构(while语句),程序4.9 从键盘读入两个正整数，用辗转相除法求最大公约数 #include int main( ) int dividend,divider,remainder; . /读入di

23、vidend,divider remainder=dividend%divider; while (remainder) dividend=divider; divider=remainder; remainder=dividend%divider ; printf (hcd: %dn,divider); return 0; ,算法思想： (1)将两个正整数分别作为被除数 (dividend)和除数(divider) (2)被除数整除除数得余数(remainder) (3)若余数不为0,则除数转为被除数, 余数转为除数,继续步骤(2) (4)若余数为0则结束循环，使余数 为0的除数就是最大公约

24、数,余数不为0为循环条件,上一次的除数作为下次的被除数,上一次的余数作为下次的除数,求新的余数,使余数为0的除数就是最大公约数,第一次求余数,2020/8/5,27,while语句与for语句都控制当型循环,共同特点：先判断循环条件,为真才执行循环体,故循环体最少执行0次 dowhile语句控制直到型循环，其特点是：先执行循环体，再判断条件，当条件为真时继续执行循环体，条件为假，循环结束。因此循环体至少执行1次。 dowhile语句的形式: do 语句块 while(表达式); 执行过程见右边流程图,循环结构(dowhile语句),假,表达式,真,语句块,循环控制条件,循环体，可以是多条语句,

25、此处一定要有分号,2020/8/5,28,循环结构(dowhile语句),程序4.10 模拟投骰子,以6点为目标，投中目标两次获胜，最多允许投10次（方法1：用dowhile语句） #include #include #include int main( ) int count=0,y=0,dice; srand(time(0); do dice=1+rand()%6; count+; if(dice=6) y+; while(count10 ,模拟投骰子可以通过调用随机函数产生1至6之间的随机数. 在程序中必须设置一个变量用来统计已经投了多少次， 再设另一个变量统计投中了多少次。 投骰子的动

26、作肯定要做，且做一次还不能完成，因此适合 使用dowhile语句实现。 循环体应该完成： （1）调用随机函数产生一个随机数来模拟投骰子； （2）统计投掷次数的变量无条件加1； （3）如果随机数的值等于6，则统计投中次数的变量值加1 循环条件是：投掷次数小于10并且投中次数小于2,记录投中的次数,记录投掷的次数,记录点数,产生随机种子,生成16随机数模拟投骰子,投掷次数无条件加1,如果点数等于6，投中次数加1,投掷次数小于10且投中次数小于2为循环条件,输出投掷次数和投中次数,2020/8/5,29,循环结构(dowhile语句),程序4.10 模拟投骰子,以6点为目标，投中目标两次获胜，最多允

27、许投10次（方法1：用dowhile语句） #include #include #include int main( ) int count=0,y=0,dice; srand(time(0); do dice=1+rand()%6; count+; if(dice=6) y+; while(count10 ,while(count10 ,（方法2：用while语句）,此处不能加分号，如果加了分号，语法上正确，表示该循环体为空语句，而语句块就成为一条无条件的语句，结果将出错,（方法3：用for语句）,for(;count10 ,2020/8/5,30,程序4.11 利用格里高利公式求的近似值

28、格里高利公式为：/4=1-1/3+1/5-1/7+ 两种求解要求: 算法分析:先求/4，最后再乘以4，用一个累加器进行求和； 分子无变化，分母可用项号i的表达式：2*i-1表示 每一个累加项正负号交替，设一个符号变量，每项加过以后取负 循环体内的主要操作: (1)求当前项，即符号变量*1.0/(2*i-1) (2)将当前项加入到累加器中 (3)改变符号变量的值，以保证累加项正负号交替 (4)表示第几项的变量i加1 循环条件根据题目要求设定,循环结构(3种语句),项数确定，适合用for语句,规定求解精度，适合用whie或dowhile语句,2020/8/5,31,/要求1:求前5001项的 /累

29、加和作为的近似值 #include int main(void) int sign,i; double item,pi,sum=0; sign=1; for(i=1;i=5001;i+) item=sign*1.0/(2*i-1); sum=sum+item; sign=-sign; pi=4*sum; printf(pi=%fn, pi) ; return 0; ,/要求2:求的近似值直到 /最后累加项绝对值小于1E-4 #include #include int main(void) int sign,i=1; double item,pi,sum=0; sign=1; do item=s

30、ign*1.0/(2*i-1); sum=sum+item; sign=-sign; i+; while (fabs(item)=1e-4); pi=4*sum; printf(pi=%fn, pi) ; return 0; ,2020/8/5,32,dowhile语句一个非常实用的用法：保证读入的数据符合要求，也就是说，如果读入的数不符合要求，则提示重新读入，直到满足要求为止 例4.7：判断一个输入的正整数m是否为质数 当时对输入的m，如果小于等于0，则简单地返回不做任何处理。现在使用dowhile可以要求读到m大于0为止。 int main( ) int m,i,k,prime=1; sc

31、anf(%d, ,循环结构(dowhile语句),do printf(input a data0:n); scanf(%d,读到第一个大于0的整数就停止,2020/8/5,33,3种控制循环结构的语句在语法上都是一条语句 for和while语句的循环体要求是一条语句，如果使用复合语句作循环体，实际上是允许有多条语句的；dowhile语句本身循环体就可以是多条语句，因此，它们的循环体内可以嵌入更深层次的循环控制语句，从而构成了循环的嵌套，3种语句可以互相嵌套。 循环嵌套最主要的是理解其执行过程: (1)先对外层循环控制变量取一个值，满足条件进入循环体 (2)执行循环体中的内层循环，内层循环结束后

32、，回到外层 (3)改变外层循环控制变量的值，回到步骤（1） (4)当外层循环条件不满足时停止整个循环,循环嵌套,2020/8/5,34,例4.12：从键盘上输入1个正整数n，求1!+2!+3!+n!的结果 #include int main( ) int i,j,n; double f,sum=0; do printf(Please input n:n); scanf(%d, ,内循环，求i!,外循环，求1!+2!+n!,如果读入3，结果 sum=9.000000E+000,2020/8/5,35,循环嵌套,程序4.13 打印一个由*号组成的 五 行等腰上三角形。 #include int m

33、ain( ) int i ,j ; for (i=1;i= 5 ; i+) for (j=1;j=(5-i)+14;j+) /+14使图形居中 printf(%2c, ); /打印前导空格 for (j=1;j=2*i-1;j+) /打印本行图形 printf(%2c, * ); printf(n); /换行 return 0; ,算法: 一般用两层循环打印一个形状规则的图形 外层循环控制行变化 外层循环体中依次完成下面3个步骤： （1）根据行数和图形的形状，打印每行的前导空格（确定 本行图形的起始位置）。若行号为i，i从1开始计，考虑 最后一行（假设为n）前不留前导空格，则第i行前导空格的

34、单位为： n-i，用一个内层循环控制打印前导空格 （2）根据行号与当前行图形的个数及形状的关系进行控制 输出当前行的图形。等腰三角形，其图形元素个数为2*i-1， 这里i为当前行的行号，用一个内层循环打印图形 （3）换行,外层循环控制行的变化,n,n;,scanf(“%d”,n,n-i,打印一个n行等腰上三角形,每行图形依次为ABCD,读入控制的完整代码如教材所示,用dowhile保证n在一定的范围内,i+64);,2020/8/5,36,一个用穷举法解决问题的典型例,注意算法设计的重要性,同一题有多种解法,效率不一样. 程序4.14 百钱百鸡问题：鸡翁一，值钱5；鸡母一，值钱3；鸡雏三，值钱

35、1。百钱买百鸡，问鸡翁、母、雏各几何？ 分析:设公鸡，母鸡和雏鸡的数量分别为x，y，z，有下列关系成立： x+y+z=100 (百鸡) 5x+3y+z/3=100 (百钱) 15x+9y+z=300 (百钱) 3个变量的范围:0=x=20，0=y=33，0=z=100,循环嵌套,2020/8/5,37,/例4.14百鸡百钱问题方法1 /用3 层循环控制 #include int main(void) int x,y,z; for(x=0;x=20;x+) for(y=0;y=33;y+) for(z=0;z=100;z+) if(x+y+z=100 ,/例4.14百鸡百钱问题方法3 /用1层循

36、环控制 /方法: 公式-公式得到：14x+8y=200 即: 7x+4y=100 由公式,显然0 int main(void) int x,y,z; for (x=0;x=14;x+) y=(100-7*x)/4; z=100-x-y; if (15*x+9*y+z=300) printf(%5d%5d%5d,x,y,z); return 0; ,满足百鸡,满足百钱,同时满足,2,两, z=100-x-y;,利用百鸡条件用x,y的表达式表示z,从而去掉第3层循环,if(,这时只需要判断百钱的条件就可以了,这时只需要判断百钱的条件就可以了,2020/8/5,38,break语句的用法1:用于sw

37、itch语句中,表示结束该分支的操作,从而结束switch语句,真正实现了多分支控制 break语句的用法2:用于3种循环语句的循环体中,配合一定的条件,执行到break直接退出本层循环,从而增加了从循环体中结束循环的方式(此前只能因循环控制条件为假而终止循环) 程序4.10 模拟投骰子问题的第4种实现方法使用break语句 模拟投骰子循环条件是两个：投掷次数小于10并且投中次数小于2，前3种方法都是将这两个条件同时列在控制循环的条件表达式中，用break就可以减少一个循环条件,其他流程控制语句(break),2020/8/5,39,程序4.10 模拟投骰子问题的第4种实现方法循环体中使用br

38、eak语句,#include #include #include int main( ) int count=0,y=0,dice; srand(time(0); while(count10 ,两个条件同时满足,这是原方法2的代码，用while语句控制循环,if (y=2) break;,),减少一个条件,break用于循环体中，一般要配合if使用才有意义,流程图,增加了从循环体中退出循环的出口,2020/8/5,40,continue语句的用法:只能用于循环语句的语句块中 continue语句的功能:提前结束本次循环，忽略循环体中其后的语句，直接进入下一次条件的判断 与break语句不同：c

39、ontinue不能退出循环 程序4.10 模拟投骰子问题的第5种实现方法使用continue语句 模拟投骰子的循环体中，变量y自增1是有条件的，必须在dice=6时，换句话说，当dice!=6时，y+不执行，这可以用continue来改写,其他流程控制语句(continue),2020/8/5,41,程序4.10 模拟投骰子问题的第5种实现方法循环体中使用continue语句,#include #include #include int main( ) int count=0,y=0,dice; srand(time(0); while(count10 ,两个条件同时满足,这是原方法2的代码，用while语句控制循环,流程图,！,continue,增加了一种提前结束循环体回到循环条件重新判断的方式,2020/