Читать книгу Лекции по C++ для начинающих - Сергей Николаевич Талипов - Страница 8
ТЕМА 2 – ПРОГРАММИРОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЯЮЩИХСЯ И ЦИКЛИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ
Оглавление1) ПРОГРАММИРОВАНИЕ РАЗВЕТВЛЯЮЩИХСЯ АЛГОРИТМОВ
Последовательность выполнения программы определяется ветвлениями. Ветвление – выбор одного из возможных направлений выполнения алгоритма в зависимости от значения некоторых условий. Для организации разветвлений в программах используются операторы перехода, условный и выбора.
ОПЕРАТОР ПЕРЕХОДА
Его можно представить в следующей форме: goto метка;
Метка – это любой идентификатор.
Например:
goto a2;
Оператор goto указывает, что выполнение программы необходимо продолжить, начиная с инструкции, перед которой записана метка. В программе обязательно должна быть строка, где указана метка, поставлено двоеточие и записана инструкция, к которой должен выполняться переход.
Например:
а2: к=5;
Метки в программе описывать не нужно. Применение оператора перехода в языке C++ является нежелательным, так как он нарушает структурную наглядность программы.
УСЛОВНЫЙ ОПЕРАТОР
Оператор if имеет вид:
if (проверка условия) {
инструкция 1
} else {
инструкция 2;
}
Если условие в скобках принимает истинное значение, выполняется инструкция 1, а если ложное – инструкция 2.
Например:
if (a > b) {
z=a;
} else {
z=b;
}
В операторе if слово else может отсутствовать. В этом случае, если условие в скобках принимает истинное значение, выполняется инструкция 1, а если ложное, то инструкция 1 пропускается и управление передается следующему оператору по тексту программы.
Например:
if (num>10) num = 2 * num;
printf("%d\n", num);
Оператор вывода будет выполняться всегда, а оператор присваивания только в том случае, если условие будет истинным.
Пример (EX1):
#include <stdio.h>
int main() {
int a, b;
puts("Введите значения а и b");
scanf("%d %d", &a, &b);
if (a > b) puts("a больше b");
else puts("a меньше или равно b");
if (a == b) puts("a равно b");
}
Если для выполнения программы ввести числа 5 и 3, то на экране появится строка: "а больше b". При введении чисел 5 и 5, на экране появится две строки: "а меньше или равно b" и "а равно b"
Иногда в условном операторе после ключевых слов if или else следует инструкция if, ее называют вложенной. Слово else всегда относится к ближнему предшествующему ему if. Также после ключевых слов if и else вместо одной инструкции может быть записано несколько инструкций, которые должны заключаться в фигурные скобки. В сложных конструкциях, содержащих много if и else, уместно вложенные if обрамлять фигурными скобками.
ПРИМЕР ЗАДАЧИ (EX2). Ввести целое число. Вывести сообщение существуется ли символ ASCII-таблицы под таким номером (от 0 до 31 расположены управляющие коды, затем от 32 до 256 – символы).
#include <stdio.h>
int main() {
int i;
char ch;
printf("Введите целое число:\n");
scanf("%d", &i);
if ((i > 31) && (i < 256)) {
printf("Такой символ существует");
} else {
printf("Taкoгo символа нет");
}
}
ПРИМЕР ЗАДАЧИ (EX3). Вычислить функцию
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main() {
float x, y;
printf("Введите исходное значение х\n");
scanf("%f", &x);
if (x > 0) {
y = log(x);
} else {
y = pow(cos(x), 2);
}
printf("y =%7.3f", y);
}
ПРИМЕР ЗАДАЧИ (EX4). Вычислить функцию
#include <stdio.h>
#include <math.h>
int main() {
float x, y, b;
printf("Введите исходные данные х, b \n");
scanf("%f%f", &x, &b);
if (x < 10) {
y = 1 + b * pow(x, 2);
} else {
if (x <= 15) {
y = log(x) + b;
} else {
y = sin(b * x);
}
}
printf("y = %7.3f", y);
}
ОПЕРАТОР ВЫБОРА
Оператор switch позволяет выбрать одну из нескольких альтернатив. Он записывается в следующем виде:
switch (выражение) {
case константа 1:
вариант 1;
break;
…
case константа n:
вариант n;
break;
default:
вариант n+1;
break;
}
В операторе switch вычисляется целое выражение в скобках (его называют селектором), и его значение сравнивается со всеми константами. При совпадении выполняется соответствующий вариант (одна или несколько инструкций). Все константы в записи оператора должны быть различными. Вариант с ключевым словом default (прочие) реализуется, если ни один другой вариант не подошел (если слово default отсутствует, а все результаты сравнения отрицательны, то ни один вариант не выполняется). Для прекращения последующих проверок после успешного выбора некоторого варианта используется оператор break, обеспечивающий немедленный выход из оператора switch.
Например (EX5):
#include<stdio.h>
int main() {
char y;
scanf("%c", &y);
switch (y) {
case '1':
printf("Ветвь 1\n");
break;
case '2':
case '3':
printf("Ветвь 2 или 3\n");
break;
default:
printf("Bетви 1, 2, 3 не работают\n");
}
}
Оператор scanf вводит переменную у. Ее значение в операторе switch сравнивается со всеми константами операторов case. Если ввести символ 1, то на экране появится строка: "Ветвь 1".
По оператору break произойдет выход из переключателя switch и программа завершит свою работу. Если ввести символы 2 или 3 то на экран будет выведена строка: "Ветвь 2 или 3".
При вводе любого другого символа управление перейдет к ключевому слову default и на экране появится строка: "Ветви 1, 2, 3 не работают".
2) ПРОГРАММИРОВАНИЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ АЛГОРИТМОВ
Цикл – повторное выполнение операторов, завершаемое при выполнении некоторых условий. Однократное выполнение операторов цикла называется итерацией. Операторы и конструкции цикла также называются телом цикла.
Различают 3 вида оператора цикла: for, while и do-while.
ЦИКЛЫ С ПАРАМЕТРОМ
Описание: for (выражение 1; выражение 2; выражение 3) { … };
Действие: в круглых скобках содержится три выражения. Первое из них служит для инициализации счетчика. Она осуществляется только один раз – когда цикл for начинает выполняться. Второе выражение необходимо для проверки условия, которая осуществляется перед каждым возможным выполнением тела цикла. Когда выражение становится ложным, цикл завершается. Третье выражение вычисляется в конце каждого выполнения тела цикла, происходит приращение числа на шаг.
Комментарий: в операторе цикла for точка с запятой после закрывающейся круглой скобки не ставится. Любое из трех или все три выражения в операторе могут отсутствовать, однако разделяющие их точки с запятыми опускать нельзя. Если отсутствует выражение 2, имеем бесконечный цикл.
Если отсутствуют выражения 1 и 3, цикл становится эквивалентным while.
Например:
for (;а<20;) { … };
Каждое из выражений может состоять из нескольких выражений, объединенных операцией «запятая».
Например:
for (i=0, j=l; i<100; i++, j++) a[i] = b[j];
Пример (EX6):
#include <stdio.h>
int main() {
int i, j = 1, k;
for (i = 1; i <= 3; i++) {
printf("Acтана \t");
}
printf("\nУкажите число повторений цикла\n");
scanf("%d", &k);
for (i = 1; i <= k; i++) {
printf("%d", j);
}
j = i;
printf("\n");
for (i = 1; i <= k; i++) {
printf("%d ", j *= i);
}
}
Вывод:
Астана Астана Астана
Укажите число повторений цикла
5
11111
6 12 36 144 720
ПРИМЕР ЗАДАЧИ (EX7). Вычислить n-e число Фибоначчи. Числа Фибоначчи строятся следующим образом: F(0) = F(1) = 1; F(i + 1) = F(i) + F(i – 1) для i >= 1. Это пример вычислений по рекуррентным формулам.
#include<stdio.h>
int main() {
int a, b, c, i, n;
printf("Введите номер числа Фибоначчи ");
scanf("\n %d", &n);
a = 1; // a=F(0), а соответствует F(i-2)
b = 1; // b=F(1), b соответствует F(i-1)
for (i = 2; i <= n; i++) {
c = a + b; // с соответствует F(i)
// в качестве а и b берется следующая пара чисел
a = b;
b = c;
}
printf("%d-е число Фиббоначчи = %d", n, b);
}
ПРИМЕР ЗАДАЧИ (EX8). Вычислить 50 значений функции у = arctg(x2), где X изменяется от начального значения а с шагом h. Результаты вывести в виде таблицы значений X и У.
#include<stdio.h>
#include<math.h>
int main() {
float x, y, a, h;
int i;
printf("Введите исходные данные a, h \n");
scanf("%f %f", &a, &h);
x = a;
for (i = 1; i <= 5; i++) {
y = atan(pow(x, 2));
printf("x = %7.3f у = %7.3f \n", x, y);
x = x + h;
}
}
ПРИМЕР ЗАДАЧИ (EX9). Вычислить значение функции , если х изменяется с шагом h одновременно с i.
#include<stdio.h>
#include<math.h>
int main() {
float x, y, z, h;
int i, n;
printf("Введитe исходные данные h, n \n");
scanf("%f %n", &h, &n);
x = 0;
z = 0;
for (i = 1; i <= n; i++) {
y = sin(x) / sqrt(1 + x);
z = z + y;
x = x + h;
}
printf("x = %7.3f z = %7.3f", x, z);
}
ПРИМЕР ЗАДАЧИ (EX10). Вычислить сумму членов ряда, для заданных n и х.
#include<stdio.h>
#include<math.h>
int main() {
float x, s, p;
int k, n;
printf("Введите исходные данные х, n \n");
scanf("%f %d", &x, &n);
p = 1;
s = 0;
for (k = 1; k <= n; k++) {
p = p*x;
s = s + (p + k) / pow(k, 2);
}
printf("s = %7.3f", s);
}
ЦИКЛЫ С УСЛОВИЕМ
Оператор цикла while: while (выражение) { … };
Действие: Выполняется оператор до тех пор, пока значение выражения в скобках истинно. Проверка значения выражения происходит перед каждым выполнением оператора. Когда значение выражения ложно, цикл while заканчивается. Если выражение ложно с самого начала, оператор не выполняется ни разу.
Комментарий: Следует заметить, что после ключевого слова while и выражения, заключенного в круглые скобки, точка с запятой не ставится. Оператор иногда называется телом цикла. В теле цикла должны выполняться действия, в результате которых меняется значение управляющего выражения. В противном случае можем получить бесконечный цикл.
Пример (EX11):
#include<stdio.h>
int main() {
int i, s;
i = 1;
while (scanf("%d", &s)) {
printf("Введенное число %d\n", s);
i++;
};
}
Оператор цикла do-while: do { … } while (выражение);
Действие: В операторе do-while тело цикла выполняется по крайней мере один раз. Тело цикла будет выполняться до тех пор, пока выражение в скобках не примет ложное значение. Если оно ложно при входе в цикл, то его тело выполняется ровно один раз.
Комментарий: После слова while и выражения, заключенного в скобки, ставится точка с запятой. Если в теле цикла содержится более одной инструкции, то операторы цикла заключаются в фигурные скобки.
Например (EX12):
#include<stdio.h>
int main() {
int i, s;
i = 1;
do {
printf("Введенное число %d\n", s);
i++;
} while (scanf("%d", &s));
}
ОПЕРАТОР BREAK
Описание: break используется для прекращения выполнения цикла из-за обнаружения ошибки, для организации дополнения к условию в заголовке цикла, для прекращения бесконечного цикла. Например:
while (st > 0 && st < 25) {
if (st == 4||st == 8||st == 12) break;
}
Работа цикла полностью прекращается, как только условие в операторе if становится истинным.
ОПЕРАТОР CONTINUE
Действие. Этот оператор может использоваться во всех трех типах циклов. Как и в случае оператора break, он приводит к изменению характера выполнения программы. Однако вместо завершения работы цикла наличие оператора continue вызывает пропуск "оставшейся" части итерации и переход к началу следующей.
Например:
Заменим в предыдущей программе оператор break на continue.
while (st > 0 && st < 25) {
if (st == 4 || st == 8|| st == 12) continue;
}
При истинном условии в операторе if оператор continue вызывает пропуск идущих за ним операторов тела цикла и осуществляется переход к началу следующей итерации.
ПРИМЕР ЗАДАЧИ. Вычислить значение функции у = f(x) для для изменяющегося с шагом h, где
