# 03 | 判断与循环：给你的程序加上处理逻辑 你好，我是胡光，咱们又见面了。不知道上一讲的内容，你自己做练习了么？你是否还觉得 C 语言枯燥无味呢？不管你有没有练习，我都还要啰嗦下，学习编程，就像是学骑自行车，你只看别人怎么骑，你只看自行车的原理，那永远也不可能学会骑自行车，对于你来说，唯一的捷径就是多练习，多思考。在上一讲小试牛刀之后，今天我将带你领略一下算法和逻辑层面的小惊喜。 ## 今日任务 先来看看今天这 10 分钟我们要完成的任务。日期这个概念你肯定不陌生，生日对你我来说都很重要，如果你身边有2月29号过生日的小伙伴，恐怕最少4年，才能为他/她办一次生日宴。今天我们的这个任务，就和日期有关系。如果我给你一个由年月日组成的日期，再给你一个数字 X，你能否准确地让程序输出 X 天后的日期呢？ 例如下面这个数据： ``` 1989 11 20 20 1989 12 10 ``` 数据中给出了1989年11月20日这个日期，然后问你20天后的日期是多少，你的程序应该输出1989年12月10日。特别需要注意的是，在这个任务中，你需要考虑到闰年中2月份的特殊性，闰年的2月有29天。今天我们就学习，如何用计算机解决这类任务吧。 ## 必知必会，查缺补漏 根据对任务的理解，我们可以分成两步来思考这个问题： * 第一步：我们来思考如何求解1天后的日期，在求解1天后日期的过程中，我们涉及到的核心问题就是判断日子是否跨月，月份是否跨年，即判断； * 第二步：是要让计算机重复 X 次1天后日期的计算过程，即重复循环做这件事。 要解决这两个难题，我们需要讲讲 C 语言中的一些基础知识，其中包括了程序中用于**逻辑分支判断的分支结构**，以及可以**重复做大量事情的循环结构**。听着这些专业词汇，你可能有点懵，别怕，等我下面讲了它们是什么意思，你就会感觉这些其实很简单。 #### 1.给代码添加判断能力：“if…else”语法结构 我们一起来读下这句话：如果隔壁商店有酱油，就买酱油，否则就买点儿醋回来。可以看到，这句话用了“如果……就”的假设关系关联词，“如果”后面接的是假设条件，“就”后面接的是条件成立后的结果，“否则”接的是条件不成立后的结果。 现在我们想把计算机变成我们的小帮手，就必须要有一种语法，能够表达 “如果……就……否则……”的逻辑，这种语法，就是接下来我要介绍给你的 “if…else”语法结构。 在这里，我将简单介绍“if…else”语法结构，主要目的是让你看懂今天我们这个任务的代码，后续在课程逐步展开的过程中，我还会逐步的引入这个语法结构的一些其他知识点。 我们先来看 “if…else”最基本的语法结构： ``` if (条件表达式) 一条语句1; else 一条语句2; ``` 简单来说，if 和 else 都是关键字，代表分支逻辑中的 “如果”和 “否则”。if 后面跟着的括号里面，需要放一个条件表达式，条件表达式如果成立，程序会执行 “语句1”，否则就会执行 “语句2”。下面我来举个例子，你就明白了： ``` #include int main() { int a, b; scanf("%d%d", &a, &b); if (a == b) printf("a is equal to b!\n"); else printf("a is not equal to b!\n"); return 0; } ``` 这段程序中，首先定义了两个变量 a 和 b，然后通过输入函数（scanf）给变量 a、b 赋值。之后就是重点部分了，根据我们上面所说的，如果 if 后面的条件表达式成立，那么就会输出 “a is equal to b!\\n”， 否则就会输出 “a is not equal to b!\\n”。 最后，我就再带你理解两个概念，一是条件表达式是什么，二是怎样理解 if 后面跟一条语句，所谓一条语句的概念范围是什么。 回到上面的程序中，你会看到程序中的 if 后面跟着一个括号，括号里面放着一个表达式，这个就是我们所谓的条件表达式，而这个括号，是必不可少的。我们发现，这个条件表达式用**两个等号**连接 a 和 b，作用是判断 a 和 b 里面存储的值是否相等。可千万别跟赋值表达式的**一个等号**弄混了。 说到这里，我要告诉你一个重要的事实，变量有变量对应的值，表达式也有表达式对应的值。那么例如上面代码中的条件表达式“a == b”所对应的值是什么呢？其实就是数字 1 或者 0，分别表示“条件成立”（a与b的值相等）和“不成立”（a与b的值不相等）。 > **延伸内容：** > 那么除了条件判等以外，还有哪些条件运算符呢？有判断不等于的“a != b”，大于的 “a > b”，小于的 “a < b”，大于等于的 “a >= b”，小于等于的 “a <= b”，逻辑非 “!(a > b)”，等价于 “a <= b”。同时多个条件表达式，还可以用逻辑 && 和 || 进行连接，这个后面我再跟你细说。 事实上，if 的括号里面，不仅可以放条件表达式，类似于 “a - b”这种的表达式，也是可以当做 if 的条件的。 当一般表达式作为条件的时候，if 是怎么执行的呢？很简单，记住：**表达式的值，非 0 即为真**。例如，下面两行代码，效果等价： ``` if (a != b) printf("a is not equal to b!\n"); if (a - b) printf("a is not equal to b!\n"); ``` 你会看到，第二行代码中，用 “a - b”代替 “a != b”，取得了同样的程序运行效果。因此，你只需要重点思考，表达式 “a - b” 什么时候结果非 0 即可，是不是当且仅当 “a != b”时，“a - b”的结果非 0，根据之前所说的非 0 即为真，那么 if 条件也就算是成立了。 最后，我们来讲一下怎么理解“**if 后面跟一条语句**”这个概念，其实指的是 if后面的条件成立时所执行的代码。这里，我们的重点是要理解一条语句都包含什么形式，大致可以分为如下几类。 **第一种，空语句**，就是什么都没有，单纯以一个分号结尾，例如下面这行代码，即使条件成立，也不会有任何实质上的操作。 ``` if (a == 3) ; ``` **第二种，单一语句**，比空语句多了语句内容，以分号结尾，例如下面这行代码，当条件成立的时候，会输出 “hello geek!”。 ``` if (a == 3) printf("hello geek!\n"); ``` **第三种，复合语句**，被大括号包裹，中间是若干条语句，例如下面这段代码： ``` if (a == 3) { printf("hello geek1!\n"); printf("hello geek2!\n"); printf("hello geek3!\n"); } ``` 当条件成立以后，程序会依次执行大括号里面的三条语句： ``` hello geek1! hello geek2! hello geek3! ``` **第四种，结构语句**，以 if，for，while 等开头的分支语句或循环语句，例如下面这段代码，首先会先判断 a==3，如果条件成立，才会执行下面第二条 if 分支语句，当第二条 if 分支语句的条件也成立的时候，才会输出 “hello geek!”。 ``` if (a == 3) if (b == 4) { printf("hello geek!\n"); } ``` 由此可以看到，if 后面所谓跟着的一条语句，还真是丰富多彩，你可以在后面跟上像上面代码中所写的 printf 函数调用的单一语句，也可以用一个大括号，里面放上若干条语句，亦或是 if 后面跟着另一个 if 也是可以的！你看这种组合能力，有没有点儿像乐高玩具？ 至此，你就已经掌握了基础的将 “如果……就……否则……”这种逻辑结构转换成代码的能力了。你的计算机，终于有了“判断力”。 #### 2.给程序添加重复执行功能：for和while语句 想想小的时候，你最讨厌什么事情？我最讨厌的就是被老师罚写汉字，错一个字，罚写100遍那种的，在我看来真的是在浪费时间。可当我学了程序以后，我发现，程序真的是特别擅长做这种重复的工作，而实现这种功能的语法结构就是 for 语句和 while 语句。 我们先来看语法结构较简单的 while 语句： ``` while (循环条件) 一条语句； ``` 以 while 关键字开头，后面跟着循环条件，也就是一个条件表达式，然后是一条语句。while 循环，顾名思义，当循环条件成立时，就会执行一次后面的语句，之后就是再判断循环语句是否成立，如果成立就再执行，一直到循环条件不成立为止。 下面呢，我们就用最简单的形式，利用 while 循环，输出前100个正整数： ``` int i = 0; while (i++ < 100) printf("%d\n", i); ``` 这段代码里面，出现了一个你之前没有见过的语法，就是 i++，这也是表达式，这个表达式的值等于 i 之前的值，当这条表达式执行完以后，i 会变成 i + 1 的值。例如，起初i = 2，i++ 表达式的值就等于 2，可表达式执行以后，你要是输出 i 的值，这时 i 实际等于 3。 上面代码中，我们是用 i++ 表达式的值和 100 进行比较，表达式的值会遍历 0 到 99所有的值，由于 printf 在 i++之后输出 i 的值，所以实际上每次输出的都是 i + 1之后的值，也就是说 printf 会输出 1～100 所有值。具体的你可以参考下面的这个程序流程图。 ![](https://static001.geekbang.org/resource/image/a3/f4/a37e05821040b86c2226ac60b95dacf4.jpg "while 循环流程图") 另外，顺便再问你个问题，你还记得上一节课里，我们学到的\\n和%d分别代表什么意思嘛？如果不记得，记得回去再复习下。 有了 while 循环语句的加持之后，是不是重复做某件事，变得很方便了呢？不急，下面我要给你介绍的是功能更为强大的 for 语句。还是先来看一下 for 语句的结构吧： ``` for (初始化①;循环条件②;循环后操作③) 一条语句④; ``` 正如你看到的，我把 for 语句的四部分已经给你标出来了，for 语句会按照 ①②④③②④③…循环，直到某一次循环条件②不成立了为止。 你会发现，①这一部分只在循环开始时执行了一次，真正所谓的循环，是以循环条件②，一条语句④以及循环后操作③组成的。 如果要是用 for 循环输出 1～100 所有值，会显得代码更清晰一些： ``` for (int i = 1; i <= 100; i++) printf("%d\n", i); ``` 上面这段代码，就是用 for 循环实现了和之前 while 循环相同的功能。 看了 for 循环和 while 循环以后，你可能会问，实际中哪种循环用的比较多，我个人经验来说，for 循环用的比较多，因为 for 循环每一部分都非常明确，对于比较复杂的循环控制过程，for 循环写出来以后，一般都会比 while 循环可读性强。 为了让你感受到 for 循环真正的威力，写一段代码，让你感受一下： ``` for (int i = 1, k = 0; i <= 48; i++, k += 2) printf("%d\n", k); ``` 上面这段程序中，我们用到了两个同步信息变量，i 和 k，i 从 1 到 48，保证循环了48次；代码中“k+=2”表示k每次增加 2 ，也就是说，在这个过程中，i 遍历了 1 到 48 这 48 个整型值，而 k 同步地遍历了从 0 开始的前 48 个偶数。这段代码的意思其实就是打印出从0开始后的共48个偶数，即0、2、4……92、94。 如果用while来实现这个目的，知道怎么写吗？你可以自己在计算机上试一下。 ## 一起动手，搞事情 #### 思考题：打印乘法表 > 使用循环和条件判断，打印一个格式优美的66乘法表 > 要求1：输出内容及样式参照下面给出的样例 > 要求2：每两列之间用 \\t 字符进行分隔，行尾无多余 \\t 字符 ``` 1*1=1 1*2=2 2*2=4 1*3=3 2*3=6 3*3=9 1*4=4 2*4=8 3*4=12 4*4=16 1*5=5 2*5=10 3*5=15 4*5=20 5*5=25 1*6=6 2*6=12 3*6=18 4*6=24 5*6=30 6*6=36 ``` ## “日期计算器”程序完成 准备完了所有的基础技能后，就让我们来完成开始说的那个任务吧，我们来思考一下哈，首先我们需要有一个循环，循环每一次，让计算机帮我们计算一次下一天的日期。每次在计算下一天日期的过程中，先让日子加1，判断是否跨月，如果跨过了一个月份，就让日子从1开始，让月份加1，再判断是否跨年，如果跨年了，就让月份从1开始，年份加1。 如上的过程中，有一个关键问题需要你注意，就是2月份的月份天数的计算方法，咱们来简单回顾一下闰年的规则，年份满足以下其中一条即为闰年： * 能被4整除，但不能被 100 整除； * 能被 400 整除。 如果把闰年的规则翻译成逻辑判断，应该是下面这个样子： ``` if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0) ... ``` 下面就让我们把思路过程转换成程序过程： ``` #include int main() { int y, m, d, X; // 定义存储 年月日 和 X 的变量 scanf("%d%d%d", &y, &m, &d); // 读入年月日 scanf("%d", &X); // 读入 X 值 for (int i = 0; i < X; i++) { // 循环 X 次，每次向后推一天 d += 1; switch (m) { case 1: case 3: case 5: { // 第一部分逻辑 if (d > 31) d = 1, m += 1; if (m == 13) m = 1, y += 1; }; break; case 4: case 6: { // 第二部分逻辑 if (d > 30) d = 1, m += 1; } break; case 2: { // 第三部分逻辑 if ((y % 4 == 0 && y % 100 != 0) || y % 400 == 0) { if (d > 29) d = 1, m += 1; } else if (d > 28) { d = 1, m += 1; } } break; } } printf("%d %d %d\n", y, m, d); return 0; } ``` 上面这段程序是个半成品，只处理了前6个月的情况，并且用到了**switch…case 的分支结构**，与 if 结构类似，都是用于做逻辑分支判断的。关于这部分的内容，给你留个小作业，自学一下 switch…case 分支结构，然后按照自己的理解，补全上述程序，使得上述程序可以处理一年中12个月的全部情况。 虽然这个程序中有一部分内容需要你进行自学，可你也不要担心，我还是会跟你详细解释上述程序设计的思路。读入部分的代码，相信你现在已经可以很好的掌握了，这一部分就不展开解释了。程序整体设计中，是用 for 循环包裹了 switch…case 结构，for 循环负责循环 X 次，每次在循环内部，都将对日子变量 d 进行加 1 操作，而在 switch…case 结构内部，主要是处理跨月和跨年的问题。 你会看到 switch…case 结构中，主要分成三部分逻辑，第一部分逻辑，主要处理天数为31天的月份，由于12月也是31天，所以当本月是12月，并且发生了跨月，变成了13月，说明是到了下一年的 1 月，需要将年份 +1，月份置为 1 月。第二部分逻辑，主要处理天数为30天的月份。第三部分逻辑，主要处理 2 月份的情况，在这里，程序中分成两种情况来讨论，闰年和非闰年，闰年的时候，判断日子是否超过29天，非闰年，判断日子是否超过28天。 我保证，在你尝试补全上述程序的过程中，你会发现，上述程序易于修改和补全，你要是能试着将上述程序修改成 if 分支结构，那就更好了。这样你将对上述程序结构的美，会感受的更深刻。 ## 课程小结 最后呢，来总结一下今天所学的重点。今天呢，我们主要学习了两种程序流程控制结构，一种分支结构，主要以 if 语句为代表，另一种循环结构，以 for 循环和 while 循环为代表。如果说你只想记住几点的话，那么应该是以下几点： 1. 熟练掌握分支和循环结构的执行顺序，这一点很重要。 2. if 语句，首先判断条件表达式的真假，如果为真，则执行 if 里面的语句。 3. for 循环，分成四部分，其中②④③部分，构成了一个循环，第①部分是用做初始化的。 4. 所谓一条语句的概念，包括了空语句，单一语句，复合语句和结构语句。 以上这 4 点要牢记哦，尤其是其中的分支和循环结构的执行顺序，因为掌握和理解了程序的执行顺序，才是分析程序，理解程序的第一步。 好了，今天就到这里了，下期我将带你来做一个小总结，我将带你学习一个有趣的圆周率的计算方法，我是胡光，我们下期见。