c++運(yùn)算的流程控制(2016.5.21)

0西安交通大學(xué)計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心

2013.9第3章運(yùn)算的流程控制C++程序設(shè)計(jì)教程內(nèi)容提要程序的執(zhí)行順序循環(huán)分支13.1程序的執(zhí)行順序C++程序從main函數(shù)開(kāi)始，按順序逐行執(zhí)行每一條語(yǔ)句。程序的執(zhí)行是有順序的從上到下，如果不是循環(huán)，執(zhí)行過(guò)的不會(huì)反復(fù)?。深愓Z(yǔ)句可以控制方向循環(huán)，可以有條件地重復(fù)執(zhí)行某些語(yǔ)句分支，可以有選擇地跨過(guò)某些語(yǔ)句23.2屢次加工——循環(huán)程序設(shè)計(jì)3.2.1次數(shù)的循環(huán)for(<變量>=<初始值表達(dá)式>;<循環(huán)條件>;<增量>){<循環(huán)體>}例如inti=0,n=10,sum=0;for(i=0;i<n;i++){sum=sum+i;}//結(jié)果？分程序，局部變量3for語(yǔ)句更一般的形式為：for(<表達(dá)式1>;<表達(dá)式2>;<表達(dá)式3>){<循環(huán)體>}表達(dá)式可以省略〔不推薦〕for〔；；〕{<循環(huán)體>}4【例3-1】計(jì)算兩個(gè)n維向量的夾角。設(shè)是兩個(gè)n維向量，計(jì)算它們的夾角。要求程序循環(huán)提示用戶輸入向量并進(jìn)行計(jì)算?！締?wèn)題分析】5【算法】計(jì)算向量的夾角。設(shè)向量用數(shù)組a[N]b[N]表示。①輸入兩個(gè)向量；②計(jì)算a,b的內(nèi)積innerproduct:innerproduct=0

對(duì)i=0,...,n-1

計(jì)算innerproduct=innerproduct+a[i]*b[i]③計(jì)算a,b的模modea,modeb；④計(jì)算cosinetheta=innerproduct/modea/modeb⑤計(jì)算theta=arccosin(cosinetheta)⑥輸出theta⑦轉(zhuǎn)①6【源程序】#include<iostream> //包含需要的頭文件#include<cmath>//求數(shù)學(xué)需要的頭文件usingnamespacestd; //名字空間intmain() //主函數(shù){ constintN=100;//定義常量,表示數(shù)組能容納的最大元素?cái)?shù) constdoublePAI=3.1415926; //定義常量，表示圓周率doublea[N],b[N]; //定義數(shù)組，存放兩個(gè)向量 doublemodea,modeb;//定義變量，分別表示兩個(gè)向量的模 doubleinnerproduct,cosinetheta,theta;//定義變量，分別表示內(nèi)積、余弦，夾角 intn,i; //n表示向量的實(shí)際維數(shù)，i是循環(huán)變量7for(;;) //循環(huán)，不斷接受用戶輸入并計(jì)算向量的夾角 { cout<<"請(qǐng)輸入向量的維數(shù)(n>0):";//提示 cin>>n; //輸入向量的實(shí)際維數(shù) cout<<"請(qǐng)輸入向量a:"; //提示 for(i=0;i<n;i++) //輸入向量a，逐個(gè)輸入其元素 { cin>>a[i]; } cout<<"請(qǐng)輸入向量b:"; for(i=0;i<n;i++) //輸入向量b，逐個(gè)輸入其元素 { cin>>b[i]; }8 innerproduct=0; //變量賦初始值，開(kāi)始為0 modea=0; modeb=0; for(i=0;i<n;i++) //逐步求和，加n次 { innerproduct=innerproduct+a[i]*b[i];//內(nèi)積 modea=modea+a[i]*a[i]; //向量a的模的平方 modeb=modeb+b[i]*b[i]; //向量b的模的平方 } modea=sqrt(modea); //開(kāi)方，得a的模 modeb=sqrt(modeb); //開(kāi)方，得b的模 cosinetheta=innerproduct/modea/modeb; //夾角余弦 theta=acos(cosinetheta); //夾角弧度 theta=theta/PAI*180; //夾角度 cout<<"它們的夾角為:"<<theta<<endl; //顯示 } //會(huì)進(jìn)入下一循環(huán) return0;}9【思路擴(kuò)展】程序中最外面的循環(huán)是死循環(huán)，雖然實(shí)現(xiàn)了題目要求的功能，但不能算好程序。請(qǐng)思考，能否使用for循環(huán)，實(shí)現(xiàn)當(dāng)用戶輸入的維數(shù)是0或負(fù)數(shù)時(shí)退出循環(huán)，結(jié)束程序？103.2.2依據(jù)條件進(jìn)行循環(huán)1.當(dāng)型循環(huán)while(<循環(huán)條件>){<循環(huán)體>}2.直到型循環(huán)do{<循環(huán)體>}while(<循環(huán)條件>);11【例3-2】計(jì)算e的近似值。數(shù)學(xué)上，證明的極限是存在的，記為e。對(duì)函數(shù)ex作泰勒展開(kāi)，當(dāng)x=1時(shí)編程計(jì)算e的近似值，當(dāng)最后一項(xiàng)小于10-16時(shí)停止計(jì)算。輸出保存到小數(shù)點(diǎn)后16位。12【問(wèn)題分析】階乘如何計(jì)算？通項(xiàng)如何計(jì)算？如何求和？如何保存小數(shù)點(diǎn)后16位？13【算法】①用e表示“e”的近似值，u表示通項(xiàng)，n表示項(xiàng)的序號(hào)，初始時(shí)：e=1,u=1,n=1②計(jì)算新通項(xiàng)u=u/n;加到近似解e中：e=e+u;構(gòu)造下一項(xiàng)的分母n：n=n+1；③假設(shè)e>=1.0e-16，轉(zhuǎn)②。〔滿足某條件時(shí)轉(zhuǎn)到前面某步，就是循環(huán)〕④輸出e。14【源程序】#include<iostream> //包含需要的頭文件usingnamespacestd; //名字空間intmain() //主函數(shù){ doublee,u,n;//定義變量，表示e,通項(xiàng)，通項(xiàng)分母 e=1; //e的初始值 u=1; //通項(xiàng)初始值 n=1; //通項(xiàng)分母初始值 cout.setf(ios::fixed); //定點(diǎn)顯示 cout.precision(20); //精度,與上句結(jié)合,小數(shù)點(diǎn)后的數(shù)位15do { u=u/n; //構(gòu)造新通項(xiàng) e=e+u; //加到近似值中 n++; //新通項(xiàng)的分母 cout<<e<<endl; //顯示當(dāng)前的近似值 }while(u>1.0E-15); //不滿足精度時(shí)循環(huán) return0; }【思考題】上述循環(huán)可以用while,for嗎？如何用？163.3不同情況分別處理——分支3.3.1特殊情況特殊處理〔單路分支〕if(<條件>){<語(yǔ)句>}17條件語(yǔ)句塊truefalse【例3-3】用戶輸入一個(gè)四個(gè)字母的英文單詞，如果其中的小寫(xiě)字母轉(zhuǎn)換為大寫(xiě)字母，然后輸出該單詞?！舅惴ā竣佥斎?個(gè)字母的單詞；②對(duì)每一個(gè)字母c

如果c<=122&&c>=97c=c-32;③輸出單詞。18【源程序】#include<iostream> //包含需要的頭文件usingnamespacestd; //名字空間intmain() //主函數(shù){ charword[20];//定義字符數(shù)組存放字符。 inti; cin>>word;//輸入單詞 i=0;19while(word[i]!=’\0’) { if(word[i]<122&&word[i]>97)//判斷字符是否在[97,122]之間 { word[i]=word[i]-32; //如果是，那么轉(zhuǎn)大寫(xiě) } i++; } cout<<word<<endl;; //輸出單詞 return0;}20【程序測(cè)試】運(yùn)行上述程序，輸入不同長(zhǎng)度單詞，看有無(wú)問(wèn)題。請(qǐng)找一個(gè)含a或z的單詞，試試看。這個(gè)程序有錯(cuò)誤嗎？213.3.2不同情況分別處理〔兩路分支〕【例3-4】解一元二次方程。輸入一元二次方程的a,b,c三個(gè)系數(shù)，解一元二次方程ax2+bx+c=0;輸出兩個(gè)根〔含復(fù)根〕?！締?wèn)題分析】22Δ>0?Δ<0?二路分支if(<條件>){<if塊>}else{<else塊>}23條件if塊truefalseelse塊【算法】輸入a,b,c；如果a=0,如果b=0,輸出“輸入的系數(shù)不構(gòu)成方程”；否那么〔即b≠0〕計(jì)算單根x=-c/b輸出單根x

24否那么〔即a≠0〕計(jì)算delta=b*b-4*a*c如果delta>0delta=sqrt(delta)輸出x1=(-b+delta)/2a和x2=(-b-delta)/2a否那么delta=sqrt(-delta)輸出f復(fù)根：x1=-b/2a+j*delta/2a;x2=-b/2a-j*delta/2a(注意j是虛數(shù)單位)結(jié)束25【源程序】#include<iostream> //包含需要的頭文件#include<cmath>//求根函數(shù)sqrt需要的頭文件usingnamespacestd; //名字空間intmain() //主函數(shù){doublea,b,c;//定義變量保存系數(shù) doubledelta;//表示根的判別式 doublex,x1,x2;//表示根 cout<<"請(qǐng)輸入一元二次方程的三個(gè)系數(shù)a,b,c:";//顯示提示信息 cin>>a>>b>>c;//輸入一元二次方程的系數(shù)26if(a==0)//二次項(xiàng)系數(shù)等于0 { if(b==0)//一次項(xiàng)系數(shù)也等于0，不是方程 { cout<<"輸入的系數(shù)不構(gòu)成方程"<<endl; } else//二次項(xiàng)系數(shù)等于0，一次項(xiàng)系數(shù)不為0，一次方程 { x=-c/b;//計(jì)算單根 cout<<"實(shí)際為一元一次方程，根為"<<x<<endl;// } }27else//二次項(xiàng)系數(shù)不為0 { delta=b*b-4.0*a*c;//計(jì)算判別式的值

if(delta>=0)//判別式大于等于0，有實(shí)根 { delta=sqrt(delta);//判別式開(kāi)方 x1=(-b+delta)/2.0/a;//根1 x2=(-b-delta)/2.0/a;//根2 cout<<"方程有實(shí)根，它們是:"<<endl;//顯示根 cout<<"x1="<<x1<<",x2="<<x2<<endl;// }28

else//判別式小于0，有復(fù)根 { delta=sqrt(-delta);//判別式變號(hào)開(kāi)方 x1=-b/2.0/a;//實(shí)部 x2=delta/2.0/a;//虛部 cout<<"方程有復(fù)根，它們是:"<<endl;// cout<<"x1="<<x1<<"+j"<<x2<<",x2="<<x1<<"-j"<<x2<<endl;//打印復(fù)根 } } return0; }29【程序測(cè)試】要檢驗(yàn)程序的正確性，還應(yīng)設(shè)計(jì)哪些測(cè)試用例？303.3.3多種情況分類處理〔多重分支switch〕有一批考試成績(jī)數(shù)據(jù)保存在文件score.txt中，每行的格式是：編號(hào)、姓名和成績(jī)，各項(xiàng)之間用空格隔開(kāi)，每個(gè)人是一行。請(qǐng)編程統(tǒng)計(jì)90-100、80-89、70-79、60-69及不及格的人數(shù)，統(tǒng)計(jì)平均成績(jī)。文件的內(nèi)容如下所示：9070201 陳壓蕾 759070202 李云 459070203 李琴靜 459070204 陸蘭春 689070205 胡燕貞 75......這個(gè)問(wèn)題的求解有兩個(gè)關(guān)鍵，一是讀取文件中的數(shù)據(jù)；二是統(tǒng)計(jì)311.文件的讀?、僭诔绦蛭募_(kāi)頭包含頭文件<fstream>②在程序中使用以下各式定義文件對(duì)象〔相當(dāng)于變量〕：ifstream<文件對(duì)象名>;//例如：ifstreamin;③翻開(kāi)文件，格式：<文件對(duì)象名>.open(<文件名>);//例如：in.open(“score.txt”);④讀取文件的內(nèi)容。<文件對(duì)象名>>>變量;//例如：in>>number;⑤關(guān)閉文件。<文件對(duì)象名>.close();32讀取文件時(shí)，系統(tǒng)中有一個(gè)隱形的“指針”，翻開(kāi)文件后，指針指向文件內(nèi)容的開(kāi)頭，每讀取一個(gè)數(shù)據(jù)，指針就向后移動(dòng)一個(gè)數(shù)據(jù)單位，指向剛讀數(shù)據(jù)的下一個(gè)字符。例如：number,name為字符數(shù)組，score為雙精度變量，那么in>>number;//讀取第1行的學(xué)號(hào)in>>name;//讀取第1行的姓名in>>score;//讀取第1行的分?jǐn)?shù)。如果將上述三行再重復(fù)一次，讀取的就是第2行的數(shù)據(jù)。如果用循環(huán)，就可以逐步讀取假設(shè)干行數(shù)據(jù)。33C++還提供一個(gè)函數(shù)eof()來(lái)測(cè)試是否到達(dá)文件末尾，如果是函數(shù)結(jié)果為true，否那么為false。可以依此作為是否繼續(xù)讀取的條件，使用格式如下：<文件對(duì)象>.eof()例如：in.eof()，它一般不單獨(dú)作為語(yǔ)句，常作為if、while語(yǔ)句的條件。342.分段成績(jī)的統(tǒng)計(jì)score表示成績(jī)，grade[i],i=0-4表示90,80,...,各段成績(jī)的人數(shù),初始均為0if(score>=90)grade[0]++;elseif(score>=80)grade[1]++;elseif(score>=70)grade[2]++;elseif(score>=60)grade[3]++;elsegrade[4]++;

35switch(score/10){case100: case9: grade[0]++;break; case8: grade[1]++;break; case7: grade[2]++;break; case6: grade[3]++;break; default:grade[4]++; }2.分段成績(jī)的統(tǒng)計(jì)switch(<整型表達(dá)式>){case<常量表達(dá)式1>:<case塊1>case<常量表達(dá)式2>:<case塊2>...case<常量表達(dá)式n>:<case塊n>default:<默認(rèn)case塊>}36【算法】

①number表示學(xué)號(hào)，name表示姓名，score表示成績(jī)，sum表示總成績(jī)，average表示平均成績(jī)，count表示人數(shù)。開(kāi)始sum=0,count=0。c9,c8,c7,c6,c5分別表示五個(gè)成績(jī)段的人數(shù)，開(kāi)始時(shí)它們均為0。②翻開(kāi)文件。③如果是文件結(jié)束，轉(zhuǎn)⑧；否那么執(zhí)行下一步。④讀取學(xué)號(hào)、姓名和成績(jī)至number、name和score⑤sum=sum+score，count=count+1。37⑥計(jì)算score/10按結(jié)果各成績(jī)段人數(shù)變量加1：10,9——c9++8——c8++7——c7++6——c6++

其他——c5++⑦轉(zhuǎn)③。

⑧關(guān)閉文件，average=sum/count。

⑨打印c9,c8,c7,c6,c5及average。38【源程序】#include<iostream> //包含需要的頭文件#include<fstream> //文件操作需要的頭文件#include<cmath>//求數(shù)學(xué)需要的頭文件usingnamespacestd;//名字空間intmain(){ charnumber[10],name[10];//字符數(shù)組存放學(xué)號(hào)、姓名 doublescore,sum,average;//表示成績(jī)、總成績(jī)、平均成績(jī) intcount; //人數(shù) intc9=0,c8=0,c7=0,c6=0,c5=0;//各成績(jī)段人數(shù) count=0; //人數(shù)初始值0 sum=0; //總成績(jī)初始值039ifstreamin; //定義文件操作對(duì)象 in.open("score.txt"); //翻開(kāi)文件 while(!in.eof()) //未到文件末尾循環(huán) { in>>number>>name>>score;//讀學(xué)號(hào)、姓名、成績(jī)〔一行數(shù)據(jù)〕 sum=sum+score; //加到總成績(jī)中 count++; //人數(shù)加140 switch((int)score/10) //按成績(jī)的十位百位分情況處理 {case10: //百分 case9: //十位9，九十分段 c9++; //九十分段人數(shù)加1 break; //中斷switch case8: //十位8，八十分段 c8++; break; case7: //十位7，七十分段 c7++; break; case6: //十位6，六十分段 c6++; break; default: //其他，不及格段 c5++; break;//這個(gè)break可以沒(méi)有

} }//endofwhile41in.close(); //關(guān)閉文件 average=sum/count; //計(jì)算平均成績(jī) cout<<"總?cè)藬?shù)\t90-100\t80-89\t70-79\t60-69\t不及格\t平均成績(jī)"<<endl; //顯示提示信息 cout<<count<<"\t"<<c9<<"\t"<<c8<<"\t"<<c7<<"\t"<<c6<<"\t"<<c5<<"\t"<<average<<endl;//顯示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) return0; }//endofproggram42【程序測(cè)試】①在集成環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，文本文件score.txt應(yīng)保存在工程文件夾下。單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，score.txt應(yīng)和運(yùn)行文件在同一個(gè)文件夾下。②文本文件的格式應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的格式保存，否那么可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。每行三項(xiàng)，兩個(gè)中間無(wú)空格的字符串和一個(gè)數(shù)，各項(xiàng)之間可以有多個(gè)空格。文件可以有多行，中間可以有空行，但最后不能有空行，最后不能有空格while(in),if(in)改為while(!in.eof()),if(in.eof())//in是文件操作對(duì)象{....}433.4綜合實(shí)例有趣的數(shù)字一個(gè)n位正整數(shù)，各位數(shù)字的n次方的和加起來(lái)還等于這個(gè)數(shù)，數(shù)學(xué)家稱這樣的數(shù)為自冪數(shù)，也叫自戀數(shù)自冪數(shù)，也叫自戀數(shù)。n為1時(shí)，自冪數(shù)稱為單身，因?yàn)?,1,2,3，4,5,6,7,8,9都是自冪數(shù)。n為2時(shí)，沒(méi)有自冪數(shù)。n為3時(shí)，自冪數(shù)稱為水仙花數(shù)，153就是一個(gè)水仙花數(shù)。n=4,四葉玫瑰數(shù) n=5,五角星數(shù)n=6,六合數(shù) n=7,北斗七星數(shù)n=8,八仙數(shù) n=9,九九重陽(yáng)數(shù)44【例3-6】尋找自冪數(shù)。用戶輸入位數(shù)n，找出并顯示出所有n位的自冪數(shù)?！締?wèn)題分析】別離各位45【算法】①輸入位數(shù)n。②計(jì)算n位數(shù)的起始值和終止值start=10n-1，end=10n-1i=start③如果i>end轉(zhuǎn)⑨。④m=i，sum=0⑤如果m=0,轉(zhuǎn)⑦。⑥d=m%10,sum=sum+dn，m=m/10

轉(zhuǎn)⑤⑦如果sum=i,顯示i。⑧i=i+1，轉(zhuǎn)③⑨結(jié)束。46【源程序】#include<iostream> //包含需要的頭文件#include<cmath>//數(shù)學(xué)函數(shù)需要的頭文件usingnamespacestd;//名字空間intmain(){ intn; //表示數(shù)的位數(shù) intstart,end; //表示n位數(shù)的起始值和終止值 intm; //待分解各位的數(shù)，即待判斷的數(shù) intdigit; //某個(gè)數(shù)位的值 intsum;//各位數(shù)的n次方的和,檢驗(yàn)開(kāi)始前要賦0 inti; //循環(huán)變量，待檢驗(yàn)的數(shù)

47cout<<"求n位自冪數(shù)，請(qǐng)輸入位數(shù):";//提示信息

cin>>n; //輸入位數(shù) while(n>0) //大于0時(shí)計(jì)算 { start=pow(10,n-1); //n位數(shù)的起始值 end=pow(10,n)-1; //n位數(shù)的終止值 cout<<n<<"位自冪數(shù):"; //輸出說(shuō)明信息48for(i=start;i<=end;i++)//從“起始值”到“終止值”逐個(gè)檢驗(yàn) { m=i; //

sum=0; //各位數(shù)的n次方和，檢驗(yàn)前賦0 while(m!=0)//m不為0時(shí)檢驗(yàn)， { digit=m%10;//取最低位數(shù)字， sum=sum+pow(digit,n);//n次方，再求和 m=m/10; //去掉個(gè)位 }49 if(sum==i) //為true時(shí)，表示是自冪數(shù) { cout<<i<<"";//顯示該數(shù) } }//endoffor cout<<endl; //換行 cout<<"求n位自冪數(shù)，請(qǐng)輸入位數(shù):";//顯示提示信息

cin>>n; //再輸入一個(gè)n表示位數(shù) } //endofwhile循環(huán) cout<<endl; return0; }//endofprogram503.4.2向量、矩陣的運(yùn)算【例3-7】用消元法解線性方程組。設(shè)線性方程組Ax=b的系數(shù)矩陣A的對(duì)角元均不為0，且方程組有唯一解，編程解線性方程組。要求系數(shù)矩陣和右端向量由用戶輸入?！締?wèn)題分析】設(shè)線性Ax=b的系數(shù)和右端向量如下所示51akk≠0(k=1,...,n)。那么第1次消元，消去a21的方法是將第1個(gè)方程乘以-a21/a11加到第2個(gè)方程上那么消去ai1的方法是將第1個(gè)方程乘以-ai1/a11加到第i個(gè)方程上〔i=2，...,n〕。對(duì)第k次消元，消去aik的方法是將第k個(gè)方程乘以-aik/akk加到第i個(gè)方程上〔k=1,2,...,n-1,i=k+1,...,n〕。52回代xn=bn/ann53【算法】①輸入線性方程組的元數(shù)，按行輸入系數(shù)矩陣，輸入右端向量。②二消元

對(duì)k=1,2，...,n-1//n-1次消元i從k+1，到n//消k以下各行54③回代:xn=bn/ann

對(duì)i=n-1,...,1【源程序】#include<iostream> //包含需要的頭文件#include<cmath>//求數(shù)學(xué)需要的頭文件usingnamespacestd;//名字空間intmain(){ doublea[20][20],b[20],x[20];//分別表示系數(shù)矩陣、右端向量和解向量 intn=0; //將表示實(shí)際的元數(shù) inti,j,k; //循環(huán)變量 cout<<"請(qǐng)輸入線性方程組的元數(shù):"<<endl;//提示信息 cin>>n; //輸入元數(shù)55 while(n>0) //元數(shù)小于等于0結(jié)束〔大于0才繼續(xù)〕 { for(i=0;i<n;i++) //輸入第i行，共n行 { cout<<"請(qǐng)輸入第"<<i<<"行:"; //提示 for(j=0;j<n;j++)//輸入第i行的每個(gè)元素，j表示列 { cin>>a[i][j]; //輸入i行j列元素〔從0開(kāi)始〕 } }//endoffor cout<<"請(qǐng)輸入右端向量:"; //提示信息 for(i=0;i<n;i++) //輸入右端向量的每個(gè)元素,n個(gè)元素 { cin>>b[i]; //輸入第i個(gè)元素〔0到n-1〕 }//endoffor56 //消元 for(k=0;k<n-1;k++) //第k次消元，共n-1次 { for(i=k+1;i<n;i++) //消第i行〔從i+1到n-1〕 { doubletmp=-a[i][k]/a[k][k];//計(jì)算第k行要乘的數(shù)值