C语言程序设计-分支语句：if语句及嵌套(if-else)、switch语句
目录
3.3 if语句
3.3.1 if语句的一般形式
3.3.2 if语句的嵌套
3.4 switch语句
传送门-上一节：C语言程序设计-关系运算符和关系表达式、逻辑运算符和逻辑表达式
传送门-下一节：C语言程序设计-if语句和switch语句的进阶、条件运算符和表达式
3.3 if语句
前面两章所介绍的程序都属于顺序结构，顺序结构程序中的所有语句都将被执行一次。但是在实际应用中，常常需要根据不同情况选择执行不同的语句，这时需要设计分支结构程序来实现，例如，学生成绩不低于60分就算通过，否则按不通过处理。在C语言中，通常用if语句、switch语句或条件表达式解决分支结构问题。本节将分别介绍if语句和switch语句，在3.6.2节中介绍条件表达式。分支结构逻辑性较强，使用时有一定的难度，希望读者认真学习本章介绍的所有内容，并自己动手编写程序，加强上机实践。
3.3.1 if语句的一般形式
if语句有两种形式。
1. 不带else的if语句
【例 3.4】任意输入两个整数存放在变量a、b中，输出时保证a中的值不比b中的值大。编写程序实现其功能。
#include
void main()
{
int a = 0, b = 0, t = 0;
printf("Input a,b:");
scanf("%d%d", &a, &b);
if (a > b) //如果a的值比b的值大，交换a和b的值
{
t = a;
a = b;
b = t;
}
printf("a=%d,b=%d\n", a, b);
} 第一次运行结果：（a和b的值不变）
Input a,b:2 5
a=2,b=5第二次运行结果：（a和b的值被交换）
Input a,b:5 2
a=2,b=5程序说明：
（1）从以上两次的运行情况可以看出，3条语句“t=a;a=b;b=t;”是if的子句，当表达式a>b为“真”时，要执行“t=a;a=b;b=t;”；为“假”时，不执行。
（2）由于3条语句“t=a;a=b;b=t;”是if语句的一部分，因此要求像本程序中那样，书写时缩进几个格，以此体现它们之间的隶属关系，提高程序的可读性，这一点对初学者十分重要。
（3）由于本题有两种可能，所以在得到第一次运行结果后还不能断定程序是否正确，必须通过第二批数据的测试。也就是说，如果程序中有多个分支的情况，必须对每一分支进行数据测试，才能确保程序无误。
不带else的if语句形式如下：
if(表达式)
{子句}
说明：
（1）if是关键字，if后面的表达式可以是任意合法表达式。例如，x>5、x==5、x=5、x+5、x、5等。不管是何种表达式，都要先计算该表达式的值，再根据其结果的非零或零来判断表达式是”真“还是”假“。
（2）x==0和x=0是两个不同的表达式，当x的值为0时，前一个表达式的值为1（表示为“真”），后一个表达式的值为0（表示为“假”），因此编写程序时一定要分清是用“==”还是用“=”。
（3）在if语句格式中将if子句用花括号括起来了，这是因为if子句语法上要求一条语句，而用花括号括起来的多条语句（称为复合语句），在语法上当作一条语句。当if子句只包含一条语句时，一对花括号可以省略。
（4）第一种if语句的执行过程是：先计算表达式的值，若表达式的计算结果为非零数，则执行if子句，否则跳过if子句（如图3.1所示）。
图3.1 不带else的if语句执行过程
【例 3.5】 编写输出如下分段函数值得程序，要求整数x的值从键盘输入。
【解】 编程点拨：
本例题需要根据x的4个不同取值范围找出相应的C语言表达式，然后使用4条if语句实现相应的功能。程序如下：
#include
void main()
{
int x = 0;
double y = 0.0;
printf("Input x:");
scanf("%d", &x);
if (x < 0) //如果x<0,执行y=x-2;否则跳过此语句
y = x - 2;
if (x == 0) //如果x=0,执行y=1.0;否则跳过此语句
y = 1.0;
if (x > 0 && x <= 3) //如果0 3) //如果x>3,执行y=x/3.0;否则跳过此语句
y = x / 3.0;
printf("x=%d,y=%lf\n", x, y);
}
第一次运行结果：
Input x:-5
x=-5,y=-7.000000第二次运行结果：
Input x:0
x=0,y=1.000000第三次运行结果：
Input x:2
x=2,y=4.000000第四次运行结果：
Input x:8
x=8,y=2.666667程序说明：
（1）运行程序时，通过输入4类数据分别对每一种情况进行了验证。
（2）上面的程序可改写为如下形式，但此时没把计算所得的函数值存起来：
#include
void main()
{
int x = 0;
printf("Input x:");
scanf("%d", &x);
if (x < 0) printf("x=%d,y=%lf\n", x, x - 2);
if (x == 0) printf("x=%d,y=%lf\n", x, 1.0);
if (x > 0 && x <= 3) printf("x=%d,y=%lf\n", x, 2.0 * x);
if (x > 3) printf("x=%d,y=%lf\n", x, x / 3.0);
} 【例 3.6】输入3个整数，输出其中最大数。
【解】编程点拨：
先举一个例题。擂台赛：谁赢谁上奖台；只有一个人时，他自然就站在奖台上；来了第二个人，他需要跟奖台上的人进行比赛，谁赢谁上奖台；又来了第三个人，他又需要跟奖台上的人进行比赛，谁赢谁上奖台；以此类推，最终站在奖台上的一定是冠军。
图3.2 例3.6的流程图
本题的算法与上面思路类似，其算法用图3.2表示，其中max相当于奖台，a、b、c相当于3个人，最后max中存放3个数中的最大值。程序如下：
#include
void main()
{
int a = 0, b = 0, c = 0, max = 0;
printf("Input a,b,c:");
scanf("%d%d%d", &a, &b, &c);
max = a; //max内存放a的值
if (max < b)max = b; //max内存放a、b中较大的值
if (max < c)max = c; //max内存放a、b、c中较大的值
printf("a=%d,b=%d,c=%d,max=%d\n", a, b, c, max);
} 第一次运行结果：
Input a,b,c:3 5 7
a=3,b=5,c=7,max=7第二次运行结果：
Input a,b,c:9 5 7
a=9,b=5,c=7,max=9第三次运行结果：
Input a,b,c:3 8 7
a=3,b=8,c=7,max=8程序说明：
max是为存放最大值开辟的变量，变量名可以按照其命名规则随意起名，在本例中为了达到见名知意的效果，选择max为其变量名。
【例 3.7】输入3个不同的整数，分别存放在a、b、c中，再把这3个数按从小到大的顺序重新放入a、b、c，然后输出。
【解】编程点拨：
3个数从小到大顺序排列的算法类似于3个小孩由矮到高排队。本题可以按以下步骤进行：
（1）比较前两个数。如果后面的数比前面的小，两个数交换，否则不交换，如图3.4(a)所示。
（2）第二个数（前两个数中大者）与最后一个比大小。如果最后一个比第二个小，则这两个数交换，否则不交换，这时最后面的数是3个数中最大值（冒第一个泡7，如图3.4（b）所示）。
（3）前两个数进行比较。如果后面的数比前面的小，则两个数交换，否则不交换。这时中间的数次大（冒第二个泡6，如图3.4（c）所示），自然第一个数最小。
图3.4 3个数排序过程
这种算法被称为冒泡法。其程序如下：
#include
void main()
{
int a = 0, b = 0, c = 0, temp = 0;
printf("Input a,b,c:");
scanf("%d%d%d", &a, &b, &c);
printf("Before:a=%d,b=%d,c=%d\n", a, b, c);
if(a > b) //执行if语句后，b内存放a和b中较大数
{
temp = a; a = b; b = temp;
}
if (b > c) //执行if语句后，c内存放3数中最大数
{
temp = b; b = c; c = temp;
}
if (a > b) //执行if语句后，b内存放3数中次大数
{
temp = a; a = b; b = temp;
}
printf("After:a=%d,b=%d,c=%d\n", a, b, c);
} 运行结果：
Input a,b,c:7 6 5
Before:a=7,b=6,c=5
After:a=5,b=6,c=7程序说明：
（1）if子句语法上要求一条语句，如果语句多于一条，就用花括号把它们括起来。用花括号括起来的多条语句称为复合语句，复合语句在语法上当作一条语句。
（2）if语句“if(a > b) {temp = a; a = b; b = temp;}”是一条语句。如果将此语句写成“if(a > b) {temp = a; a = b; b = temp;};”即在花括号后面加一个分号，则变成两条语句：一条if语句和一条空语句，仅由分号构成的语句称为空语句。如果将上面if语句写成“if(a > b) ;{temp = a; a = b; b = temp;}”也变成两条语句：一条if语句（if子句为空语句）和一个复合语句。其作用是：如果a>b，则先执行空语句，再执行符合语句；否则，直接执行复合语句。由于空语句不产生任何效果，不管a的值是否比b的值大，都要执行复合语句，两种效果相同。这导致与原if语句作用不同。
（3）本程序只给出一种情况的运行结果，请读者自行测试其他各种情况，并建议用单步执行的方法观察程序中a、b、c的变化情况。
2. 带else的if语句
【例 3.8】输入一个整数，如果是偶数，则输出Even number;如果是奇数，则输出Odd number.
【解】程序如下：
#include
void main()
{
int a = 0;
printf("Input a : ");
scanf("%d", &a);
if (a % 2 == 0) //如果a的值是偶数
printf("Even number\n"); //输出Even number
else //否则
printf("Odd number\n"); //输出Odd number
} 第一次运行结果：
Input a : 16
Even number第二次运行结果：
Input a : 5
Odd number程序说明：
如果a的值是偶数，则表达式a%2==0的值为1，是非0值，因此执行语句“printf("Even number\n");”，如果a的值是奇数，则表达式a%2==0的值为0，因此执行语句“printf("Odd number\n");”。
if-else的语句形式如下：
if(表达式)
{ if子句 }
else
{ else子句 }
说明：
（1）if和else都是关键字，else必须与if配对使用。if子句和else子句都用花括号括起来当作一条语句，当if子句或else子句只包含一条语句时，可将对应的花括号省略。
（2）if-else语句的执行过程是：先计算表达式的值，若表达式的结果为非零值，则执行if子句，否则执行else子句（如图3.5所示）。
图3.5 带else的if语句执行过程
（3）使用if语句时，不要随意加分号，否则会产生错误语法或导致语句作用不同。例如若将本例中的if语句写成
if (a % 2 == 0); //多加了分号，所以if语句到此结束
printf("Even number\n"); //此语句变成了if语句的下一条语句
else //没有配对的if
printf("Odd number\n");
则导致语法错误；若改写成
if (a % 2 == 0)
printf("Even number\n");
else； //多加了分号，所以if语句到此结束
printf("Odd number\n"); //此语句变成了if语句的下一条语句
则虽然没有语法错误，但语句作用不同。
3.3.2 if语句的嵌套
在if语句或else子句中还可以包含另一个if语句，这样的if语句称为嵌套的if语句。
【例 3.9】编写含有嵌套if语句的程序。
【解】程序如下：
#include
void main()
{
int a = 3, b = 3;
if (a > 5) //外层if语句
if (a < 10)a++; //内嵌if语句
else a--;
if (b > 5) //外层if语句
{ if (b < 10)b++; /*内嵌if语句*/ }
else b--;
printf("a=%d,b=%d\n", a, b);
} 运行结果：
a=3,b=2程序说明：
（1）本程序由于书写不规范，给阅读和分析带来了困难。C语法规定，在分支结构中，else总是与前面最近的不带else的if相结合。根据这个原则，程序中的第一个else应该与if(a<10)配对，作为一个完整的if-else语句内嵌在外层if(a>5)中。第二个else应该与if(b>5)配对，原因是语句"if(b<10) b++;"在用一对花括号括起来之后，已作为if(b>5)的子句内嵌在其中。
（2）为了增强程序的可读性，应将本程序中内嵌if语句往右缩进几个格。
上面的例题都是在if子句中内嵌if语句，当内嵌层数较多时，else与if的配对关系往往不好确定，如果在else子句中内嵌if语句，配对关系比较明确。下面举例说明，请读者比较。
【例 3.10】编写求下面分段函数值的程序，其中x的值从键盘输入。
【解】当x小于0时，通过关系式“y=0”计算函数值，否则（则x>=0），还垚判断x是否小于10，若满足，说明x在[0,10)之内，因此用关系式y=x^3+5计算函数值，若不满足（即x>=10），则在判断x是否小于20，以此类推，在每次的判断中只要满足条件，就选对应的关系式计算，不满足时继续判断。所以本程序属于else子句包含另一个if语句的情况，应采用嵌套的if语句，其程序如下：
#include
void main()
{
double x = 0, y = 0;
printf("Input data:");
scanf("%lf", &x);
if (x < 0) y = 0;
else
if (x < 10) y = x * x * x + 5;
else
if (x < 20)y = 2 * x * x - x - 6;
else
if (x < 30)y = x * x + 1;
else y = x + 3;
printf("x=% lf,y=%lf\n", x, y);
} 调试本程序时，应至少验证具有代表性的5个数据，例如，当输入0、5、15、25、35时，相应的函数值应分别为5.000000、130.000000、429.000000、626.000000、38.000000。
程序说明：
（1）程序中if语句只在else子句中不断包含另外if语句，其好处是if与else的配对关系一目了然，不容易出错。因此，建议读者尽量使用else子句中包含if语句的形式。
本例中的if语句常用下面的简单形式表示：
if (x < 0) y = 0;
else if (x < 10) y = x * x * x + 5;
else if (x < 20)y = 2 * x * x - x - 6;
else if (x < 30)y = x * x + 1;
else y = x + 3;
（2）程序中第一个else隐含了x>=0，所以在其后if的判断表达式中不必写成“x>=0&&x<10”，后面if的情况也相同。
3.6.1节中将更详细地介绍嵌套if语句。
3.4 switch语句
前面介绍的if语句只有两个分支，如果要用if语句解决多分支问题，只能使用嵌套if语句，如果分支很多，则嵌套层次多，编程时容易出错，阅读程序也会混淆。用switch语句可以方便地解决多分支问题。
【例 3.11】switch语句的示例。从键盘输入一个整数放在a中，当输入的值为1时，屏幕上显示A，输入2时显示B，输入3时显示C，输入其他整数时显示D。
【解】程序如下：
#include
void main()
{
int a = 0;
scanf("%d", &a);
switch (a) //根据a的值选择分支
{
case 1: printf("A\n"); break; //a的值为1时
case 2: printf("B\n"); break; //a的值为2时
case 3: printf("C\n"); break; //a的值为3时
default: printf("D\n"); break; //a的值为1、2、3以外的数时
}
} 运行结果：
3
C程序说明：
（1）switch、case和default都是关键字，不能作为标识符。
（2）当a的值为1或2或3时，执行相应case后面的语句，遇到break语句，立即结束switch语句的执行。如果a的1值为1、2、3以外的整数，则执行default后面的语句。
switch语句的一般形式为：
switch (表达式)
{
case 常量表达式1: 语句组1 break;
case 常量表达式2: 语句组2 break;
...
case 常量表达式n: 语句组n break;
default: 语句组n+1 break;
}
说明：
（1）switch后面的表达式和常量表达式k(=1,2,...,n)可以是整型或字符型。
（2）case后面不能出现变量或含变量的表达式，只能出现常量表达式，而且每个常量表达式的值不能相等。
（3）switch语句的执行过程是先用表达式的值逐个与常量表达式的值比较，在找到值相等的常量表达式时，执行其后的语句组，否则执行default后面的语句组。在执行case或default后面的语句组时，遇到break语句，则退出switch语句体，否则继续执行其下面的语句。例如：
#include
void main()
{
int a = 0;
scanf("%d", &a);
switch (a)
{
case 1: printf("A\n");
case 2: printf("B\n");
case 3: printf("C\n"); break;
default: printf("D\n");
}
} 执行上面程序段时分别输入1、2、3、4，则程序运行结果分别是：
1 2 3 4
A B C D
B C
C（4）在switch语句体中可以没有default分支，这时如果找不到对应的case分支，那么流程将不进入switch语句。例3.11的流程图参见图3.6。
图3.6 switch语句的执行过程
switch语句常用于处理键盘命令 。
在解决实际问题时，经常希望将某一限定范围作为case后的常量表达式，这是应先将该范围转成整数或字符，然后再通过switch语句进行处理，请看例3.12。
【例 3.12】输入一个百分制成绩，输出成绩等级A、B、C、D、E。输入的数据在90~100分为A，80~89分为B，70~79分为C，60~69分为D，0~59分为E，否则显示出错误信息。
【解】编程点拨：
本程序属于多分支问题，因此用switch语句解决，但因为要将每个分数段作为一个分支处理，所以必须把分数段转换成某一分支。可以用表达式“成绩/10”进行转换，例如，对于80~89之间的成绩，通过“成绩/10”的计算值都是8，即将一个分数段转化为一个整数。用10除是因为分数段的间隔是10。程序如下：
#include
void main()
{
int score = 0, temp = 0;
printf("Input score:");
scanf("%d", &score);
if (score < 0 || score>100)
printf("Error!\n");
else
{
temp = score / 10; //把范围转换成整数
switch (temp)
{
case 10: //可以没有语句组
case 9:printf("A\n"); break;
case 8:printf("B\n"); break;
case 7:printf("C\n"); break;
case 6:printf("D\n"); break;
default:printf("E\n"); break;
}
}
} 第一次运行结果：
Input score:89
B第二次运行结果：
Input score:105
Error!其他情况请读者自行尝试。
程序说明：
（1）本程序在else子句中包含了switch语句，这在C语言中是允许的。
（2）case后面可以没有语句组。如在本程序中case10和case9的情况，都需要执行相同的语句组，这时case10后面的语句组可以省略。
（3）希望读者利用本例题中的程序，体会程序的书写格式。
switch语句的进一步讨论参见3.6.1节。
传送门来喽~
传送门-上一节：C语言程序设计-关系运算符和关系表达式、逻辑运算符和逻辑表达式
传送门-下一节：C语言程序设计-if语句和switch语句的进阶、条件运算符和表达式
A good medicine tasks bitter.