3 程序流程控制方法

課程內容#

if 語句、switch 語句#

（C 語言關係運算符）
- 0 → false；1 → true
- false 👉 0、NULL(null)、'\0'
- <= → =<
- ! 取非（關係運算符）
  - 要注意區分：位取反運算符～（位運算符）
  - ⭐!! 非非操作：邏輯上的歸一化
    - 將所有真值統一到 1，假值還是 0
順序結構
- 略
分支結構

IF 語句#

(表達式)
- 任何表達式都有邏輯返回值
- 對於賦值表達式 a = 123;
  - 返回值為 a 變量的值 123
{代碼段；}
- 了解什麼是一條語句？
  - 單語句：“;” 結尾的語句
    - int a = 1, b = 234; // 是一條語句，“,” 前後分為為一個表達式
  - 空語句：只有一個 “;”，沒有作用
  - 複合語句
    - 用花括號
    - 即代碼段👆
if else 語句
- 可以用問號表達式（三目運算符）來代替
  - ...? ...: ...;

SWITCH 語句#

變量 a 要有一個明確的唯一的整型值作為映射！
- 字母也有這樣的映射：ASCII 碼
進入 case 後，依次執行後續代碼
- 直到遇到break、continue 或結構末尾~
- 而不需要再判斷其後的 case 是否滿足
default 分支
- 當 case都不滿足時，會進入，相當於 if else 語句的 else

CPU 的分支預測#

從力扣題 -回文整數引出

船長超高時間效率代碼如下：

紅框處實現的就是 x<0
- 用來篩選小於 0 的整數，負數肯定不是回文整數
這段語句在操作系統內核裡出現：
!!(x) 邏輯歸一化，結果只會是 1 或 0
- 經常成立與否的情況會告訴正在處理程序的 CPU

⭐CPU 執行程序過程解析

C 語言程序執行過程：編譯後生成可執行文件→加載到內存裡→CPU 執行
cash 緩存
- 一級緩存：速度最快，而容量最小
CPU 指令執行方式對比
- 早期串行（取址、指令預解析、寫數據、執行、寫回內存）
- 當今並行
- 示意圖如下左右：
  - 對於 5 條指令
    - 串行方式需要 5 * 5 = 25 個時鐘周期
    - 並行方式只需要 5 + 4 = 9 個時鐘周期
  - 當指令非常多時，提高效率將近 5 倍
所以！CPU喜歡順序結構
- 討厭分支結構（要少用 if else 語句）
- 分支預測問題
- 對於並行的方式，CPU 不知道分支結構下一步是誰，该提前加載哪一步？
  - CPU 實際是隨機加載下一步
    - 所以，如果預測錯了，後面就白做了，此時又要返回重新處理
而__builtin_expect () 做的就是告訴CPU 哪種分支情況更易發生！！！

循環結構#

WHILE 語句
- while () {代碼塊；}
  - 先判斷，再執行
- do {代碼塊；} while (表達式); ←分號要注意！
  - 至少執行一次
FOR 語句
- for (初始化；循環條件；執行後操作) {代碼塊；}
- 讓循環變得很秀，由三部分組成
- 這三部分可以都不寫
  - 例如：for (; ;);，那就相當於 while (1);
  - 上面是一個死循環，啥都沒有

隨堂練習#

記得條件判斷冗餘檢查
輸入非法時（如 "q"）陷入死循環問題
- 解決方法及思考過程詳見下文：思考點 1
代碼
- 冗餘版
- ❗這裡 scanf 的 \n 是隱患！要去掉 \n，否則需要多讀一個數
  - 因為在輸入下個數時才讀到 \n
  - ⭐參考博客：用 "% d\n" 要多讀一個數？ —— scanf () 函數的那些坑
- 精簡版
①
②
- 熟悉 switch 語句結束的特性
- 代碼
代碼

對於 while 方式，如果首次判斷成立，則與 do...while 方式沒有區別

代碼

亮點筆記#

⭐對條件判斷語句進行冗餘檢查（剪裁），通常可以有更精簡的代碼
- 所有判斷表達式是否為 0 的情況，可以直接使用 if (! 表達式)
  - 對於 if (表達式) 單語句，可以利用邏輯與
    - (表達式) && 單語句
    - 比如 i && printf (" "); ，用來在除第一次循環中輸出空格
    - 單語句不能是 {代碼塊；}
- if...else 用三目運算符代替
一般將循環變量 i 定義在初始化部分：int i = 0
- 不需要提前放在前面
  - 更規範、簡明：用變量之前再定義，不要離的太遠
- 作用域問題
  - 只在循環裡用到該變量
++i 比 i++ 快？
- 能用 ++i 就用
  - 從函數棧的角度：👇
  - ++i 直接入棧 i+1 的值
  - 而 i++ 的話，先入棧 i 再入棧 i+1

代碼演示#

分支結構（6.struct_program.cpp）#

a - b 可以代替 a == b 判等
if else 可以用三目運算符代替
輸出 1：false
- a++ 和 && 的運算優先級？
  - ++ 優先級大於 &&
  - a++ 外面的 () 為什麼沒有把 ++ 的運算優先級提高到比 && 先加呢？
    - 是優先的
    - 這裡輸出 false 與此無關～
      - 應該對於 if 判斷來說，先判斷 a，再去 ++
      - a++ 表達式的值是沒有 ++ 的 a
輸出 2：a = 1， b = 0
- ⭐邏輯與 -- 短路規則
  - 只要前面有假值，就不會往後走了【聰明人的做法】
（接上 a = 1, b = 0）
輸出 1：true
輸出 2：a = 2， b = 0
- ⭐邏輯或 -- 長路規則
  - 只要前面有一個真值，就不用了往後走了
  - 要想執行後面的表達式，必須前面的表達式均為假值
以空格為間隔（末尾無空格）的輸出方式參考
- 方式一：如果不是第一次循環，輸出前空格
  - 首次更好得到：i == 0
  - 可優化第 43 行：i && printf(" ");
- 方式二：如果不是最後一次循環，輸出後空格
rand()
- 需引入 <stdlib.h>
- 輸出的是隨機的無符號數
  - rand () % 100 可以隨機輸出 0-99 的數
- ⭐其實是固定的隨機
  - 通過 srand() 設定隨機種子
    - srand(time(0))
      - time(0)
        
        獲取當前的時間，需引入 <time.h>
        
        精確到 s，1970.1.1 至今的秒數
    - 可以看出值是變化的了，但計算機中沒有真正意義上的隨機
優化版
- 上述代碼有三處可以簡化！兩個 if 都可以去掉
- ⭐~
  1. 位運算與取餘的轉換：% 2 等價於 & 1
    - % (2 ^ n) 等價於 & (2 ^ n - 1)
  2. +1 與真值 1 的等價
  3. 邏輯與的短路規則

循環結構（7.cpp）#

判斷回文整數（十進制）

記得對負數做特判！
如果想判斷二進制下的回文整數呢？
- 將圓圈處都改成 2 即可
  - 計算機底層其實都是以二進制存儲數據的
  - 不管什麼進制下，都可以判斷回文
- base 進制下回文整數判斷

計算整數位數（十進制）

while 循環和 do...while 循環的細微區別比較
- 關鍵在於第一次循環的條件是否成立～
  - 當輸入非 0 數字時，digit 和 digit2 沒有區別
- 當輸入數字 0 時，有區別
  - 所以有 0 的情況判斷位數
    * 用 do...while
    * 或者特判

附加知識點#

switch 語句
- case 後面不允許聲明變量
- default 的末尾也要加 break 嗎
  - 可有可無，加 break 是為了統一風格
- Python 不支持 switch 語句
C 語言中，如果 main 函數的末尾沒有 return 語句將會有什麼影響？
- C99 開始，基本沒影響，標準要求等價於自動補上return 0;
- 而 C99 之前，如果控制抵達 main 函數結尾而沒有 return，則為行為未定義。
浮點數判等
- 不直接用 ==，會不準確，利用差值是否小於某個極小值來判等
__builtin_expect () 還有 6 + 個兄弟
位權決定左移右移的倍數
- 十進制，左移一位，*10
- 二進制，左移一位，*2

思考點#

💡（解決）對於 5.if.cpp，即隨堂練習 1。輸入非法值，如字母‘q’，會陷入無限循環
- 與‘q’的 ASCII 碼有關嗎？
  - 無關～
  - 以 % d 形式輸出‘q’，看起來是一個地址，單次運行是固定的，應該是初始化 n 時隨機分配的一個值
    - 如果輸入正常值再輸入錯誤值，此時該值就是之前的 n 值
    - 因為其實沒有讀入值來改變 n
- 讀不進‘q’值
  - scanf 的返回值為 0
  - 但是也不會移向下個輸入，類似第一講裡的 %[^\n] 遇到 \n 無限循環事件
- ⭐當然！ 同樣可以使用 getchar () 吞掉這個非法值
  - 輸入 qw 屬於非法嗎
    - 是的，需要 getchar () 吞兩次
- 改後代碼
  - getchar () 放在 if (!ret) 裡更好，只有在讀入非法字符時才吞字符
    - 上圖的代碼：getchar會吞空白符和非法字符
    - 下圖的代碼：只會吞非法字符
      - 為了演示吞掉的字符沒有空白符只有非法字符，這裡加了 printf 函數
💡同樣，對於 5.if.cpp（有循環，需手動停止），用 > output 將標準輸出重定向時，會遇到輸出不寫入重定向的文件的問題
- 具體情況已在海賊 QA 提問，期待探討：輸出重定向在什麼條件下才將輸出寫入文件呢？（stdout、./a.out > output、Ctrl+C/Ctrl+D）
- Ctrl+C 不寫入，Ctrl+D 寫入

Ctrl+C：Linux 下默認的中斷鍵，當鍵入此鍵時，系統會發送一個中斷信號給正在運行的程序和 shell。
Ctrl+D：Linux 下標準輸入輸出的EOF。在使用標準輸入輸出的設備中，遇到該符號，程序會認為讀到了文件的末尾，因此結束輸入或輸出。

如果有非法輸入導致有大量輸出時，Ctrl+C 也可以寫入
- 疑問：這是因為緩存不夠，提前強制輸出到 output 文件了嗎？
  - 是這樣理解
- 疑問：那麼這部分寫入 output 文件的輸出僅僅是緩存溢出的輸出，還是 Ctrl+C 前的所有輸出呢？
  - 溢出的
代碼 5.switch.cpp：為啥輸入字母之類的會無限循環？
- 同 5.if.cpp，見思考點 1

Tips#

OJ 做題方式
- 在 vim 裡編寫代碼
- cat 顯示代碼複製出來
- 提交
經典題：已知年月日判斷是否合理
- 有沒有必要用那麼多的 if else？
- 可以用空間換時間：把每月的天數用數組存起來
參考工具書第 6 章 6.4 節