你好,我是胡光,咱们又见面了。不知道上一讲的内容,你自己做练习了么?你是否还觉得 C 语言枯燥无味呢?不管你有没有练习,我都还要啰嗦下,学习编程,就像是学骑自行车,你只看别人怎么骑,你只看自行车的原理,那永远也不可能学会骑自行车,对于你来说,唯一的捷径就是多练习,多思考。在上一讲小试牛刀之后,今天我将带你领略一下算法和逻辑层面的小惊喜。

今日任务

先来看看今天这 10 分钟我们要完成的任务。日期这个概念你肯定不陌生,生日对你我来说都很重要,如果你身边有2月29号过生日的小伙伴,恐怕最少4年,才能为他/她办一次生日宴。今天我们的这个任务,就和日期有关系。如果我给你一个由年月日组成的日期,再给你一个数字 X,你能否准确地让程序输出 X 天后的日期呢?

例如下面这个数据:

1989 11 20
20
1989 12 10

数据中给出了1989年11月20日这个日期,然后问你20天后的日期是多少,你的程序应该输出1989年12月10日。特别需要注意的是,在这个任务中,你需要考虑到闰年中2月份的特殊性,闰年的2月有29天。今天我们就学习,如何用计算机解决这类任务吧。

必知必会,查缺补漏

根据对任务的理解,我们可以分成两步来思考这个问题:

要解决这两个难题,我们需要讲讲 C 语言中的一些基础知识,其中包括了程序中用于逻辑分支判断的分支结构,以及可以重复做大量事情的循环结构。听着这些专业词汇,你可能有点懵,别怕,等我下面讲了它们是什么意思,你就会感觉这些其实很简单。

1.给代码添加判断能力:“if…else”语法结构

我们一起来读下这句话:如果隔壁商店有酱油,就买酱油,否则就买点儿醋回来。可以看到,这句话用了“如果……就”的假设关系关联词,“如果”后面接的是假设条件,“就”后面接的是条件成立后的结果,“否则”接的是条件不成立后的结果。

现在我们想把计算机变成我们的小帮手,就必须要有一种语法,能够表达 “如果……就……否则……”的逻辑,这种语法,就是接下来我要介绍给你的 “if…else”语法结构。

在这里,我将简单介绍“if…else”语法结构,主要目的是让你看懂今天我们这个任务的代码,后续在课程逐步展开的过程中,我还会逐步的引入这个语法结构的一些其他知识点。

我们先来看 “if…else”最基本的语法结构:

if (条件表达式) 一条语句1;
else 一条语句2;

简单来说,if 和 else 都是关键字,代表分支逻辑中的 “如果”和 “否则”。if 后面跟着的括号里面,需要放一个条件表达式,条件表达式如果成立,程序会执行 “语句1”,否则就会执行 “语句2”。下面我来举个例子,你就明白了:

#include <stdio.h>

int main() {
    int a, b;
    scanf("%d%d", &a, &b);
    
    if (a == b) printf("a is equal to b!\n");
    else printf("a is not equal to b!\n");
    
    return 0; 
}

这段程序中,首先定义了两个变量 a 和 b,然后通过输入函数(scanf)给变量 a、b 赋值。之后就是重点部分了,根据我们上面所说的,如果 if 后面的条件表达式成立,那么就会输出 “a is equal to b!\n”, 否则就会输出 “a is not equal to b!\n”。

最后,我就再带你理解两个概念,一是条件表达式是什么,二是怎样理解 if 后面跟一条语句,所谓一条语句的概念范围是什么。

回到上面的程序中,你会看到程序中的 if 后面跟着一个括号,括号里面放着一个表达式,这个就是我们所谓的条件表达式,而这个括号,是必不可少的。我们发现,这个条件表达式用两个等号连接 a 和 b,作用是判断 a 和 b 里面存储的值是否相等。可千万别跟赋值表达式的一个等号弄混了。

说到这里,我要告诉你一个重要的事实,变量有变量对应的值,表达式也有表达式对应的值。那么例如上面代码中的条件表达式“a == b”所对应的值是什么呢?其实就是数字 1 或者 0,分别表示“条件成立”(a与b的值相等)和“不成立”(a与b的值不相等)。

延伸内容:
那么除了条件判等以外,还有哪些条件运算符呢?有判断不等于的“a != b”,大于的 “a > b”,小于的 “a < b”,大于等于的 “a >= b”,小于等于的 “a <= b”,逻辑非 “!(a > b)”,等价于 “a <= b”。同时多个条件表达式,还可以用逻辑 && 和 || 进行连接,这个后面我再跟你细说。

事实上,if 的括号里面,不仅可以放条件表达式,类似于 “a - b”这种的表达式,也是可以当做 if 的条件的。

当一般表达式作为条件的时候,if 是怎么执行的呢?很简单,记住:表达式的值,非 0 即为真。例如,下面两行代码,效果等价:

if (a != b) printf("a is not equal to b!\n");
if (a - b) printf("a is not equal to b!\n");

你会看到,第二行代码中,用 “a - b”代替 “a != b”,取得了同样的程序运行效果。因此,你只需要重点思考,表达式 “a - b” 什么时候结果非 0 即可,是不是当且仅当 “a != b”时,“a - b”的结果非 0,根据之前所说的非 0 即为真,那么 if 条件也就算是成立了。

最后,我们来讲一下怎么理解“if 后面跟一条语句”这个概念,其实指的是 if后面的条件成立时所执行的代码。这里,我们的重点是要理解一条语句都包含什么形式,大致可以分为如下几类。

第一种,空语句,就是什么都没有,单纯以一个分号结尾,例如下面这行代码,即使条件成立,也不会有任何实质上的操作。

if (a == 3) ;

第二种,单一语句,比空语句多了语句内容,以分号结尾,例如下面这行代码,当条件成立的时候,会输出 “hello geek!”。

if (a == 3) printf("hello geek!\n");

第三种,复合语句,被大括号包裹,中间是若干条语句,例如下面这段代码:

if (a == 3) {
    printf("hello geek1!\n");
    printf("hello geek2!\n");
    printf("hello geek3!\n");
}

当条件成立以后,程序会依次执行大括号里面的三条语句:

hello geek1!
hello geek2!
hello geek3!

第四种,结构语句,以 if,for,while 等开头的分支语句或循环语句,例如下面这段代码,首先会先判断 a==3,如果条件成立,才会执行下面第二条 if 分支语句,当第二条 if 分支语句的条件也成立的时候,才会输出 “hello geek!”。

if (a == 3) 
    if (b == 4) {
        printf("hello geek!\n");
    }

由此可以看到,if 后面所谓跟着的一条语句,还真是丰富多彩,你可以在后面跟上像上面代码中所写的 printf 函数调用的单一语句,也可以用一个大括号,里面放上若干条语句,亦或是 if 后面跟着另一个 if 也是可以的!你看这种组合能力,有没有点儿像乐高玩具?

至此,你就已经掌握了基础的将 “如果……就……否则……”这种逻辑结构转换成代码的能力了。你的计算机,终于有了“判断力”。

2.给程序添加重复执行功能:for和while语句

想想小的时候,你最讨厌什么事情?我最讨厌的就是被老师罚写汉字,错一个字,罚写100遍那种的,在我看来真的是在浪费时间。可当我学了程序以后,我发现,程序真的是特别擅长做这种重复的工作,而实现这种功能的语法结构就是 for 语句和 while 语句。

我们先来看语法结构较简单的 while 语句:

while (循环条件) 一条语句;

以 while 关键字开头,后面跟着循环条件,也就是一个条件表达式,然后是一条语句。while 循环,顾名思义,当循环条件成立时,就会执行一次后面的语句,之后就是再判断循环语句是否成立,如果成立就再执行,一直到循环条件不成立为止。

下面呢,我们就用最简单的形式,利用 while 循环,输出前100个正整数:

int i = 0;
while (i++ < 100) printf("%d\n", i);

这段代码里面,出现了一个你之前没有见过的语法,就是 i++,这也是表达式,这个表达式的值等于 i 之前的值,当这条表达式执行完以后,i 会变成 i + 1 的值。例如,起初i = 2,i++ 表达式的值就等于 2,可表达式执行以后,你要是输出 i 的值,这时 i 实际等于 3。

上面代码中,我们是用 i++ 表达式的值和 100 进行比较,表达式的值会遍历 0 到 99所有的值,由于 printf 在 i++之后输出 i 的值,所以实际上每次输出的都是 i + 1之后的值,也就是说 printf 会输出 1~100 所有值。具体的你可以参考下面的这个程序流程图。

另外,顺便再问你个问题,你还记得上一节课里,我们学到的\n和%d分别代表什么意思嘛?如果不记得,记得回去再复习下。

有了 while 循环语句的加持之后,是不是重复做某件事,变得很方便了呢?不急,下面我要给你介绍的是功能更为强大的 for 语句。还是先来看一下 for 语句的结构吧:

for (初始化①;循环条件②;循环后操作③) 一条语句④;

正如你看到的,我把 for 语句的四部分已经给你标出来了,for 语句会按照 ①②④③②④③…循环,直到某一次循环条件②不成立了为止。

你会发现,①这一部分只在循环开始时执行了一次,真正所谓的循环,是以循环条件②,一条语句④以及循环后操作③组成的。

如果要是用 for 循环输出 1~100 所有值,会显得代码更清晰一些:

for (int i = 1; i <= 100; i++) printf("%d\n", i); 

上面这段代码,就是用 for 循环实现了和之前 while 循环相同的功能。

看了 for 循环和 while 循环以后,你可能会问,实际中哪种循环用的比较多,我个人经验来说,for 循环用的比较多,因为 for 循环每一部分都非常明确,对于比较复杂的循环控制过程,for 循环写出来以后,一般都会比 while 循环可读性强。

为了让你感受到 for 循环真正的威力,写一段代码,让你感受一下:

for (int i = 1, k = 0; i <= 48; i++, k += 2) printf("%d\n", k);

上面这段程序中,我们用到了两个同步信息变量,i 和 k,i 从 1 到 48,保证循环了48次;代码中“k+=2”表示k每次增加 2 ,也就是说,在这个过程中,i 遍历了 1 到 48 这 48 个整型值,而 k 同步地遍历了从 0 开始的前 48 个偶数。这段代码的意思其实就是打印出从0开始后的共48个偶数,即0、2、4……92、94。

如果用while来实现这个目的,知道怎么写吗?你可以自己在计算机上试一下。

一起动手,搞事情

思考题:打印乘法表

使用循环和条件判断,打印一个格式优美的66乘法表
要求1:输出内容及样式参照下面给出的样例
要求2:每两列之间用 \t 字符进行分隔,行尾无多余 \t 字符

1*1=1
1*2=2	2*2=4
1*3=3	2*3=6	3*3=9
1*4=4	2*4=8	3*4=12	4*4=16
1*5=5	2*5=10	3*5=15	4*5=20	5*5=25
1*6=6	2*6=12	3*6=18	4*6=24	5*6=30	6*6=36

“日期计算器”程序完成

准备完了所有的基础技能后,就让我们来完成开始说的那个任务吧,我们来思考一下哈,首先我们需要有一个循环,循环每一次,让计算机帮我们计算一次下一天的日期。每次在计算下一天日期的过程中,先让日子加1,判断是否跨月,如果跨过了一个月份,就让日子从1开始,让月份加1,再判断是否跨年,如果跨年了,就让月份从1开始,年份加1。

如上的过程中,有一个关键问题需要你注意,就是2月份的月份天数的计算方法,咱们来简单回顾一下闰年的规则,年份满足以下其中一条即为闰年:

如果把闰年的规则翻译成逻辑判断,应该是下面这个样子:

if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0) ...

下面就让我们把思路过程转换成程序过程:

#include <stdio.h>

int main() {
    int y, m, d, X; // 定义存储 年月日 和 X 的变量
    scanf("%d%d%d", &y, &m, &d); // 读入年月日
    scanf("%d", &X); // 读入 X 值
    for (int i = 0; i < X; i++) { // 循环 X 次,每次向后推一天
        d += 1;
        switch (m) {
            case 1:
            case 3:
            case 5: { // 第一部分逻辑
                if (d > 31) d = 1, m += 1;
                if (m == 13) m = 1, y += 1;
            }; break;
            case 4:
            case 6: { // 第二部分逻辑 
                if (d > 30) d = 1, m += 1;
            } break;
            case 2: { // 第三部分逻辑
                if ((y % 4 == 0 && y % 100 != 0) || y % 400 == 0) {
                    if (d > 29) d = 1, m += 1;
                } else if (d > 28) {
                    d = 1, m += 1;
                }
            } break;
        }
    }
    printf("%d %d %d\n", y, m, d);
    return 0;
} 

上面这段程序是个半成品,只处理了前6个月的情况,并且用到了switch…case 的分支结构,与 if 结构类似,都是用于做逻辑分支判断的。关于这部分的内容,给你留个小作业,自学一下 switch…case 分支结构,然后按照自己的理解,补全上述程序,使得上述程序可以处理一年中12个月的全部情况。

虽然这个程序中有一部分内容需要你进行自学,可你也不要担心,我还是会跟你详细解释上述程序设计的思路。读入部分的代码,相信你现在已经可以很好的掌握了,这一部分就不展开解释了。程序整体设计中,是用 for 循环包裹了 switch…case 结构,for 循环负责循环 X 次,每次在循环内部,都将对日子变量 d 进行加 1 操作,而在 switch…case 结构内部,主要是处理跨月和跨年的问题。

你会看到 switch…case 结构中,主要分成三部分逻辑,第一部分逻辑,主要处理天数为31天的月份,由于12月也是31天,所以当本月是12月,并且发生了跨月,变成了13月,说明是到了下一年的 1 月,需要将年份 +1,月份置为 1 月。第二部分逻辑,主要处理天数为30天的月份。第三部分逻辑,主要处理 2 月份的情况,在这里,程序中分成两种情况来讨论,闰年和非闰年,闰年的时候,判断日子是否超过29天,非闰年,判断日子是否超过28天。

我保证,在你尝试补全上述程序的过程中,你会发现,上述程序易于修改和补全,你要是能试着将上述程序修改成 if 分支结构,那就更好了。这样你将对上述程序结构的美,会感受的更深刻。

课程小结

最后呢,来总结一下今天所学的重点。今天呢,我们主要学习了两种程序流程控制结构,一种分支结构,主要以 if 语句为代表,另一种循环结构,以 for 循环和 while 循环为代表。如果说你只想记住几点的话,那么应该是以下几点:

  1. 熟练掌握分支和循环结构的执行顺序,这一点很重要。
  2. if 语句,首先判断条件表达式的真假,如果为真,则执行 if 里面的语句。
  3. for 循环,分成四部分,其中②④③部分,构成了一个循环,第①部分是用做初始化的。
  4. 所谓一条语句的概念,包括了空语句,单一语句,复合语句和结构语句。

以上这 4 点要牢记哦,尤其是其中的分支和循环结构的执行顺序,因为掌握和理解了程序的执行顺序,才是分析程序,理解程序的第一步。

好了,今天就到这里了,下期我将带你来做一个小总结,我将带你学习一个有趣的圆周率的计算方法,我是胡光,我们下期见。

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