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第3章 结构化程序设计

学习目标

? 理解算法的概念

? 能够使用流程图画出顺序、选择、循环三种语句的执行流程 ? 要求熟练使用if、switch语句判断各种选择情况以及嵌套使用 ? 熟练运用while、do-while、for三种循环结构的思想解决实际问题 ? 熟练应用break、continue、goto语句与循环语句的搭配使用

前面的章节一直在介绍C语言的基本语法知识，然而仅仅依靠这些语法知识还不能编写出完整的程序。在程序中，通常需要加入业务逻辑，并根据业务逻辑关系对程序的流程进行控制。本章将针对程序设计的灵魂——算法以及C语言中最基本的三种程序流程进行讲解。

3.1 算法——程序设计的灵魂

3.1.1 算法的概念

假如有一张对称的桌子和无限多大小相同的硬币，有两个人轮流往桌子上放硬币，规定硬币不可以重叠，但可以边贴边放置。最后谁放不下谁就输了。假设让你第一个放置，你如何做才能保证自己肯定赢呢？明确了“做什么”，接下来就是寻求解决办法。首先自己赢的话需要在自己没地方放硬币之前，对方就应该没有地方放硬币了，从这分析可以想到，我们的行为和对方的行为应该有一定的联系性。于是可以得到一个解决办法，首先在桌子中央，放置硬币，接下来等对方放置硬币后，只需要在他的对称位置放就可以了，只要他可以放，那么对称位置一定还有空间，直至他没地方放了，我们就赢了。

这是生活中一个运用智慧解决问题的例子，学习编程也是为了解决问题的。那么程序是什么？程序是为完成一项特定任务而用某种语言编写的一组指令序列。一个程序应当包含以下两方面的内容：

（1）对数据的描述：在程序中指定用到哪些数据以及这些数据的类型和数据的组织形式，这就是数据结构（data structure）。

（2）对数据操作的描述：即操作步骤，也就是算法（algorithm）。 著名计算机科学家沃思（Nikiklaus Wirth）提出了一个程序公式：

程序 = 数据结构 + 算法

其中算法是一个程序的灵魂，直到今天，这个公式对于过程化程序来说依然是适用的。

算法有三种种较为常用的表示方法：伪代码法、N-S结构化流程图和流程图法。在以后的学习中，本书较多地用到了流程图这种描述方法。

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3.1.2 流程图

流程图是描述问题处理步骤的一种常用图形工具，它是由一些图框和流程线组成的。使用流程图描述问题的处理步骤形象直观、便于阅读。画流程图时必须按照功能选用相应的流程图符号，常用的流程图符号如图3-1所示。

起止框输入/输出框判断框处理框

流程线连接点

图3-1 流程图符号

图3-1所示的流程图符号中，列举了四个图框、一个流程线和一个连接点，具体说明如下： ? 起止框用于表示流程的开始或结束；

? 输入/输出框用平行四边形表示，在平行四边形内可以写明输入或输出的内容；

? 判断框用菱形表示，它的作用是对条件进行判断，根据条件是否成立来决定如何执行后续

的操作；

? 处理框用矩形表示，它代表程序中的处理功能，如算术运算和赋值等；

? 流程线用实心单向箭头或直线表示，可以连接不同位置的图框，流程线的标准流向是从左

到右和从上到下，可用直线表示，非标准流向的流程线应使用箭头指示方向； ? 连接点用圆形表示，用于流程图的延续。

通过上面的讲解，读者对流程图符号有了简单的认识，接下来先来看一个简单的流程图，如图3-2所示。

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结束结束输入三个不同变量输入三个不同变量x,y,z x,y,z 的值的值YesYes判断判断x>yx>y是否成立是否成立NoNo判断判断y>zy>z是否成立是否成立判断判断x>zx>z是否成立是否成立YesYes最小数最小数是是zzNoNoYesYes最小数最小数是是yy最小数最小数是是zzNoNo最小数是x输出输出结束结束

图3-2 求三个数中的最小值

图3-2表示的是一个求三个数中的最小值的流程图，下面针对该流程图中的执行顺序进行说明，具体如下：

第1步：程序开始；

第2步：进入输入/输出框，输入三个变量值x,y,z；

第3步：进入判断框，判断x>y是否成立，如果是成立，则进入左边的判断框，继续判断y>z

是否成立；否则进入右边的判断框，判断x>z是否成立；

第4步：进入下一层判断框。如果进入的是左边的判断框，判断y>z是否成立，如果成立，则进入左边的处理框，得出最小值是z；如果不成立，则进入右边的处理框，得出最小值为y。 如果进入的是右边的判断框，则判断x>z是否成立，如果成立，则进入左边的处理框， 得出最小值是z；如果不成立，则进入右边的处理框，得出最小值是x。 第5步：进入输出框，输出结果； 第6步：进入结束框，程序运行结束。

学习画流程图可以有效的进行结构化程序设计，基本的流程结构有3种，即顺序结构、选择结构和循环结构。它们可以编写各种复杂程序。在接下来的小节中，将分别讲解这3种基本流程结构，而流程图可以更好的理解和学习这些流程结构语句。

3.2 C语言的基本语句

经过图3-2的流程分析，理清了思路，那么编程就是信手拈来，但是，再简单的程序也得一句一句的写出。如果把写程序和写小说类比，变量常量等可以看成是字和词，函数可以看成是一个段落，运算符等可以看作是字词的组合方式（规则），那么，字词组成的句子就是小说的最小独立单元，表达了一定的意思，同样，程序的最小独立单元也是“语句”，每个语句表达出完整的意义。小说中有感叹句、疑问句等。同样，程序中也有各种各样的语句。C语言的语句类型如图3-3所示。

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图3-3 C语言的语句类型

接下来针对图3-3中的几个语句作简单介绍，具体如下：

? 表达式语句：在各种表达式的后面加上一个分号，就构成了表达式语句；如a = 5;就是一

个赋值表达式语句。

? 空语句：仅有一个分号构成的语句就是空语句。

? 流程控制语句：在程序中完成特定的控制功能的语句就是流程控制语句。其分类如图3-3。 ? 块语句：用一对{}括起来的若干语句称为块语句，也叫作复合语句。

在这些语句中，最重要的是流程控制语句，它是编写程序要掌握的最基本也最重要的语句类型。 接下来的几个小节就陆续学习这几种流程控制语句。

3.3 顺序结构语句

前面章节讲解的程序都有一个共同的特点，即程序中的所有语句都是从上到下逐条执行的，这样的程序结构称为顺序结构。顺序结构是程序开发中最常见的一种结构，它可以包含多种语句，如变量的定义语句、输入输出语句、赋值语句等。顺序结构流程图如图3-4所示。

处理语句1处理语句2处理语句3

图3-4 顺序语句流程图

顺序结构语句中，语句从上至下一句一句的执行，是最简单的一种结构语句。接下来通过 打印“我爱C语言”这句话为例来讲解顺序结构语句，如例3-1所示。

例3-1

1 #include 2 void main() 3 { 4 5 6

printf(\我\\n\printf(\爱\\n\printf(\

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7 8 9 }

printf(\语\\n\printf(\言\\n\

运行结果如图3-5所示。

图3-5 运行结果

在例3-1中，使用了5个printf()语句，从上往下依次输出字符“我、爱、C、语、言”。从运行结果可以看出，程序是按照语句的先后顺序依次执行的，这就是一个顺序结构的程序。

3.4 选择结构语句

在实际生活中做什么事情都不是一帆风顺的，经常需要对一些情况做出判断，比如开车来到一个十字路口，这时需要对红绿灯进行判断，如果前面是红灯，就停车等候，如果是绿灯，就通行。同样，在C语言中也经常需要对一些条件做出判断，从而决定执行哪一段代码，这时就需要使用选择结构语句。选择结构语句又可分为if条件语句和switch条件语句，本节将对它们进行详细地讲解。

3.4.1 if条件语句

if条件语句有三种语法格式，每一种格式都有其自身的特点，我们分别来学习。 1、if语句——单分支结构

if语句是指如果满足某种条件，就进行相应的处理。例如，小明妈妈跟小明说“如果你考试得了100分，星期天就带你去游乐场玩”，这句话可以通过下面的一段伪代码来描述。

如果小明考试得了100分 妈妈星期天带小明去游乐场

在上面的伪代码中，“如果”相当于C语言中的关键字if，“小明考试得了100分”是判断条件，需要用()括起来，“妈妈星期天带小明去游乐场”是执行语句，需要放在{}中。修改后的伪代码如下：

if (小明考试得了100分) {

妈妈星期天带小明去游乐场 }

上面的例子描述了if语句的用法，在C语言中，if语句的具体语法格式如下：

if (判断条件) { }

代码块

上述语法格式中，判断条件的值只能是0或非0，若判断条件的值为0，按“假”处理，若判断

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