C语言入门-选择结构

在编程中，我们经常需要根据不同的条件执行不同的操作。C语言为此提供了几种非常实用的选择结构：条件运算符、逻辑运算、if语句和switch语句。接下来，让我们深入探讨这些重要的知识点，帮助你更好地理解和掌握C语言的选择结构。

1. 条件运算符

条件运算符，又称三元运算符，是C语言中唯一的三目运算符，形式为：

condition ? expression1 : expression2;

它的意思是：如果条件condition为真，则执行expression1，否则执行expression2。

示例：

int a = 5, b = 10;
int max = (a > b) ? a : b;
printf("The maximum value is %d\n", max);

在这个例子中，如果a大于b，max的值将是a，否则是b。因此，程序会输出b的值，即10。

2. 条件和逻辑运算符

在C语言中，我们经常使用条件运算符来比较两个值，这些运算符包括：

• >：大于

• <：小于

• >=：大于等于

• <=：小于等于

• ==：等于

• !=：不等于

逻辑运算符用于将多个条件组合在一起，主要包括：

• &&（逻辑与）：只有当两个条件都为真时，结果才为真。

• ||（逻辑或）：只要有一个条件为真，结果就为真。

• !（逻辑非）：将条件的真假取反。

示例：

int a = 5, b = 10;
if (a < b && b > 0) {printf("b is greater than a and positive.\n");
}

在这个例子中，条件a < b && b > 0同时满足，程序会输出b is greater than a and positive.。

3. 混合运算示例

在编写代码时，条件运算、逻辑运算、算术运算和赋值运算常常会结合在一起使用。例如：

int x = 5, y = 10, z;
z = (x < y && y != 0) ? (x + y) : (x - y);
printf("The value of z is %d\n", z);

在这个例子中，x < y && y != 0的条件为真，因此z的值为x + y，即15。

更复杂的混合运算示例

在实际编程中，不同运算符的优先级会影响运算结果，因此理解优先级非常重要。以下是一些混合运算的例子：

示例 1：逻辑运算与算术运算的结合

int a = 4, b = 3, c = 2;
int result = a + b * c > 10 || b - c < 1;
printf("The result is %d\n", result);

在这个例子中，优先级的顺序是：

1. 先进行乘法 b * c，得到 3 * 2 = 6。

2. 然后进行加法 a + 6，得到 4 + 6 = 10。

3. 判断 10 > 10，结果为假。

4. 接下来计算 b - c，得到 3 - 2 = 1。

5. 判断 1 < 1，结果为假。

6. 最后使用逻辑或 || 进行判断，两个条件均为假，结果为 0。

因此，程序会输出 The result is 0。

示例 2：赋值运算与条件运算结合

int x = 5, y = 10;
int result = (x > y) ? (x = y + 2) : (y = x + 3);
printf("x = %d, y = %d, result = %d\n", x, y, result);

在这个例子中，x > y 为假，因此执行 y = x + 3，得到 y = 8，并将 8赋值给 result。程序会输出 x = 5, y = 8, result = 8。

示例 3：混合算术、逻辑和条件运算

int a = 3, b = 4, c = 5;
int result = (a + b > c) && (b - c < a) ? (a * b) : (c / a);
printf("The value of result is %d\n", result);

在这个例子中：

1. 先计算 a + b，得到 3 + 4 = 7。

2. 判断 7 > c，即 7 > 5，结果为真。

3. 然后计算 b - c，得到 4 - 5 = -1。

4. 判断 -1 < a，即 -1 < 3，结果也为真。

5. 逻辑与 &&的结果为真，因此执行 (a * b)，得到 3 * 4 = 12。

最终，程序输出 The value of result is 12。

运算符优先级的影响

在C语言中，不同运算符有不同的优先级，这些优先级会直接影响表达式的计算顺序。下表列出了常见运算符的优先级，按照从高到低的顺序：

优先级	运算符	描述
1	()	括号，明确运算顺序
2	!	逻辑非
3	*, /, %	乘、除、取余
4	+, -	加、减
5	<, <=, >, >=	关系运算符
6	==, !=	等于、不等于
7	&&	逻辑与
8	||	逻辑或
9	? :	条件运算符（三目运算）
10	=, +=, -=, *=等	赋值运算符

示例 4：优先级问题的详细分析

int x = 2, y = 3, z = 4;
int result = x + y > z && y * z < 20 || x - y > 0;
printf("The value of result is %d\n", result);

在这个例子中，计算顺序如下：

1. 先计算 x + y，得到 2 + 3 = 5。

2. 判断 5 > z，即 5 > 4，结果为真。

3. 计算 y * z，得到 3 * 4 = 12。

4. 判断 12 < 20，结果为真。

5. 使用逻辑与 &&，两个条件都为真，因此结果为真。

6. 接下来计算 x - y，得到 2 - 3 = -1。

7. 判断 -1 > 0，结果为假。

8. 最后使用逻辑或 ||，由于前面的逻辑与结果为真，因此整个表达式的结果为真，result 为 1。

程序会输出 The value of result is 1。

4. if 语句

if语句是最基本的选择结构，用于根据条件是否成立来执行不同的代码块。其基本形式如下：

if (condition) {// 当条件为真时执行的代码
} else {// 当条件为假时执行的代码
}

if 语句的多种变形

• 简单 if 语句

  int num = 5;
  if (num > 0) {printf("Positive number\n");
  }

  如果num大于0，程序将输出Positive number。

• if-else 语句

  int score = 85;
  if (score >= 90) {printf("Excellent\n");
  } else {printf("Not excellent\n");
  }

  在这个例子中，如果score大于等于90，输出Excellent，否则输出Not excellent。

• if-else if-else 语句

  int score = 85;
  if (score >= 90) {printf("Excellent\n");
  } else if (score >= 60) {printf("Pass\n");
  } else {printf("Fail\n");
  }

  根据score的值，程序会输出相应的结果。

• 嵌套 if 语句

  int a = 5, b = 10;
  if (a > 0) {if (b > a) {printf("b is greater than a, and a is positive\n");}
  }

  在这个例子中，if语句是嵌套的，只有当a > 0且b > a时，程序才会输出结果。

5. switch 语句

switch语句通常用于多个可能值的情况选择，尤其是当你有很多if-else分支时，switch语句会使代码看起来更简洁。switch语句的基本结构如下：

switch (variable) {case value1:// 当 variable 等于 value1 时执行的代码break;case value2:// 当 variable 等于 value2 时执行的代码break;default:// 当没有匹配的值时执行的代码break;
}

详细分析：

• switch 语句中，variable必须是一个整数类型或字符类型。

• 每个 case 分支后需要使用break语句来防止程序继续执行后续的case。

• default部分是可选的，用于处理所有不符合已定义情况的输入。

示例：

char grade = 'B';
switch (grade) {case 'A':printf("Excellent\n");break;case 'B':printf("Good\n");break;case 'C':printf("Average\n");break;case 'D':printf("Below Average\n");break;case 'F':printf("Fail\n");break;default:printf("Invalid grade\n");break;
}

在这个例子中，程序会根据grade的值执行相应的分支。如果grade的值是B，程序将输出Good。default部分用于处理所有不符合已定义情况的输入。

6. 易错点总结

• 条件运算符和逻辑运算符的混淆：要注意条件运算符（如>、<、==等）与逻辑运算符（如&&、||）的区别和使用场景。

• 缺少break语句：在switch语句中，忘记写break会导致程序继续执行后续的case，即“贯穿效应”。

• if语句中的赋值错误：在if条件中，使用=而不是==可能会导致逻辑错误。

  int a = 5;
  if (a = 10) {  // 错误：这里应该使用 ==printf("a is equal to 10\n");
  }

  这段代码会将a赋值为10，然后判断条件是否为真，容易导致意想不到的行为。

• 逻辑运算的短路效应：当使用&&或||时，要注意短路效应。例如，在a != 0 && b / a > 2中，如果a为0，第二个条件将不会被执行，这样可以避免除以零的错误。

小结

在C语言中，选择结构让程序具有更大的灵活性，使其能够根据不同的条件执行不同的操作。通过学习条件运算符、逻辑运算、if语句和switch语句，你可以编写出更加智能和复杂的程序。