【C++ Primer Plus】第六章：分支语句和逻辑运算符

悠悠 2023-09-24 18:54 56阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  第六章 分支语句和逻辑运算符
 *   *  6.1 字符函数库cctype
     *  6.2 ?:运算符
     *  6.3 读取数字的输入
     *  6.4 cin的处理过程
     *   *  char类型
         *  int
         *  double
         *  char数组
         *  使用char数组来存储输入
     *  6.5 写入到文本文件中
     *  6.6 读取文本文件
     *  6.7 总结

## 第六章 分支语句和逻辑运算符 ##

### 6.1 字符函数库cctype ###

C++从C语言继承了一个与字符相关的、非常方便的函数软件包，它可以简化诸如确定字符是否为大写字母、数字、标点符号等工作，这些函数的原型是在头文件cctype（老式的风格中为ctype.h）中定义的。  
例如，如果ch是一个字母，则isalpha（ch）函数返回一个非零值，否则返回0。同样，如果ch是标点符号（如逗号或句号），函数ispunct（ch）将返回true。（这些函数的返回类型为int，而不是bool，但通常bool转换让您能够将它们视为bool类型。）

使用这些函数比使用AND和OR运算符更方便。例如，下面是使用AND和OR来测试字符ch是不是字母字符的代码：

if((ch >= 'a' && ch <= 'z') || (ch >= 'A' && ch <= 'Z'))
 
 if(isalpha(ch))

具体地说，它使用isalpha( )来检查字符是否为字母字符，使用isdigits( )来测试字符是否为数字字符，如3，使用isspace( )来测试字符是否为空白，如换行符、空格和制表符，使用ispunct( )来测试字符是否为标点符号。

<table> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <td> 函数名称 </td> 
 <td> 返回值 </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> isalnum(); </td> 
 <td> 如果参数是字母数字，即字母或数字，该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> isalpha(); </td> 
 <td> 如果参数是字母，该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> iscntrl(); </td> 
 <td> 如果参数是控制字符，该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> isdigit(); </td> 
 <td> 如果参数是数字（0～9），该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> isgraph(); </td> 
 <td> 如果参数是除空格之外的打印字符，该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> islower(); </td> 
 <td> 如果参数是小写字母，该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> isprint(); </td> 
 <td> 如果参数是打印字符（包括空格），该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> ispunct(); </td> 
 <td> 如果参数是标点符号，该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> isspace(); </td> 
 <td> 如果参数是标准空白字符，如空格、进纸、换行符、回车、水平制表符或 者垂直制表符，该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> isupper(); </td> 
 <td> 如果参数是大写字母，该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> isxdigit(); </td> 
 <td> 如果参数是十六进制数字，即0～9、a～f或A～F，该函数返回true; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> tolower(); </td> 
 <td> 如果参数是大写字符，则返回其小写，否则返回该参数; </td> 
 </tr> 
 <tr> 
 <td> toupper(); </td> 
 <td> 如果参数是小写字符，则返回其大写，否则返回该参数; </td> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 6.2 ?:运算符 ###

C++有一个常被用来代替if else语句的运算符，这个运算符被称为条件运算符（?:），它是C++中唯一一个需要3个操作数的运算符。该运算符的通用格式如下：

expression1 ? expression2 : expression3

如果expression1为true，则整个条件表达式的值为expression2的值；否则，整个表达式的值为expression3的值。

continue跳过循环体剩余的部分，开始新一轮循环；

break跳过循环的剩余部分，到达下一条语句；

### 6.3 读取数字的输入 ###

**任务描述：** 假设要编写一个将一系列数字读入到数组中的程序，并允许用户在数组填满之前结束输入。

\*\*应用：\*\*假设要编写一个程序，来计算平均每天捕获的鱼的重量。这里假设每天最多捕获5条鱼，因此一个包含5个元素的数组将足以存储所有的数据，但也可能没有捕获这么多鱼。在程序清单6.13中，如果数组被填满或者输入了非数字输入，循环将结束。

#include <iostream>
 #include <cstring>
 //#include <iso646.h>
 using namespace std;
 const int Max = 5;
 
 int main() {
 	double fish[Max];
 	cout << "Please enter the weight of your fish:" << endl << "and "
 	 "you enter up to" << Max << "fiash<q to terminate>"<<endl;
 	cout << "fish #1:";
 	int i = 0;
 	while (i < Max && cin >> fish[i]) {
 		if (++i < Max) {
 			cout << "fish #" << i + 1 << ":";
 		}
 	}
 	double total = 0.0;
 	for (int j = 0; j < i; j++) {
 		total += fish[j];
 	}
 	if (i == 0) {
 		cout << "No fish!" << endl;
 	} else {
 		cout << total / i << " = average weight of " << i << " fish\n";
 	}
 	cout << "Done.\n";
 
 	return 0;
 }

如果cin位于测试条件中，则将被转换为bool类型。如果输入成功，则转换后的值为true，否则为false。如果表达式的值为false，则循环结束l,fish\[q\]不存在，因此输入失败。

在这个例子中，当用户输入的不是数字时，该程序将不再读取输入。下面来看一个继续读取的例子。

假设程序要求用户提供5个高尔夫得分，以计算平均成绩。如果用户输入非数字输入，程序将拒绝，并要求用户继续输入数字。可以看到，可以使用cin输入表达式的值来检测输入是不是数字。程序发现用户输入了错误内容时，应采取3个步骤：

1.  重置cin以接收新的输出；
2.  删除错误输入；
3.  提示用户再输入。

请注意，程序必须先重置cin，然后才能删除错误输入。

#include <iostream>
 #include <cstring>
 //#include <iso646.h>
 
 using namespace std;
 const int Max = 5;
 
 int main() {
 	int golf[Max];
 	cout << "Please enter you must enter 5 rounds: " << endl << "and "
 	 "you must enter " << Max << "rounds" << endl;
 	int i;
 	for (i = 0; i < Max; i++) {
 		cout << "round # " <> golf[i])) {
 			cin.clear();
 			while (cin.get() != '\n')
 				continue;
 			cout << "Please enter a number:";
 		}
 	}
 	double total = 0.0;
 	for (i = 0; i < Max; i++ ) {
 		total += golf[i];
 	}
 	cout << total / Max << " = average score " << Max << " rounds\n";
 	return 0;
 }

运行结果如下：

Please enter you must enter 5 rounds:
    and you must enter 5rounds
    round # 1:28
    round # 2:34
    round # 3:lv
    Please enter a number:er
    Please enter a number:23
    round # 4:34
    round # 5:t
    Please enter a number:23
    28.4 = average score 5 rounds
    
    --------------------------------
    Process exited after 27.28 seconds with return value 0
    请按任意键继续. . .

如果用户输入88，则cin表达式将为true，因此将一个值放到数组中；而表达式!(cin >> golf \[i\])为false，因此结束内部循环。然而，如果用户输入lv?，则cin表达式将为false，因此不会将任何值放到数组中；而表达式!(cin >> golf \[i\])将为true，因此进入内部的while循环。该循环的第一条语句使用clear( )方法重置输入，如果省略这条语句，程序将拒绝继续读取输入。接下来，程序在while循环中使用cin.get( )来读取行尾之前的所有输入，从而删除这一行中的错误输入。另一种方法是读取到下一个空白字符，这样将每次删除一个单词，而不是一次删除整行。最后，程序告诉用户，应输入一个数字。

### 6.4 cin的处理过程 ###

使用cin进行输入时，程序将输入视为一系列的字节，其中每个字节都被解释为字符编码。不管目标数据  
类型是什么，输入一开始都是字符数据——文本数据。然后，cin对象负责将文本转换为其他类型。

为说明这是如何完成的，来看一些处理同一个输入行的代码。

假设有如下示例输入行：

38.5  19.2

来看一下使用不同数据类型的变量来存储时，cin是如何处理该输入行的。

#### char类型 ####

char ch;
    cin >> ch;

输入行中的第一个字符被赋给ch。在这里，第一个字符是数字3，其字符编码（二进制）被存储在变量ch中。输入和目标变量都是字符，因此不需要进行转换。注意，这里存储的数值3，而是字符3的编码。执行上述输入语句后，输入队列中的下一个字符为字符8，如果有下一个输入，则下一个输入操作将对其进行处理。

#### int ####

int n;
    cin >> n;

在这种情况下，cin将不断读取，直到遇到非数字字符。也就是说，它将读取3和8，这样句点将成为输入队列中的下一个字符。cin通过计算发现，这两个字符对应数值38，因此将38的二进制编码复制到变量n中。

**注意：** 这里有的人认为是进行了强转，将一个输入的浮点型数据转换成了这种整型数据，这样理解是错误的。

#### double ####

double x;
    cin >> x;

在这种情况下，cin将不断读取，直到遇到第一个不属于浮点数的字符。也就是说，cin读取3、8、句点和5，使得空格成为输入队列中的下一个字符。cin通过计算发现，这四个字符对应于数值38.5，因此将38.5的二进制编码（浮点格式）复制到变量x中。

#### char数组 ####

char word[50];
    cin >> word;

在这种情况下，cin将不断读取，直到遇到空白字符。也就是说，它读取3、8、句点和5，使得空格成为输入队列中的下一个字符。然后，cin将这4个字符的字符编码存储到数组word中，并在末尾加上一个空字符。这里不需要进行任何转换。

#### 使用char数组来存储输入 ####

char word[50];
    cin.getline(word,50);

在这种情况下，cin将不断读取，直到遇到换行符（示例输入行少于50个字符）。所有字符都将被存储到数组word中，并在末尾加上一个空字符。换行符被丢弃，输入队列中的下一个字符是下一行中的第一个字符。这里不需要进行任何转换。

即整数被转换为数字字符序列，浮点数被转换为数字字符和其他字符组成的字符序列（如284.53或  
−1.58E+06）。字符数据不需要做任何转换。

### 6.5 写入到文本文件中 ###

对于文件输入，C++使用类似于cout的东西。下面来复习一些有关将cout用于控制台输出的基本事实，为文件输出做准备。

* 必须包含头文件iostream。
 * 头文件iostream定义了一个用处理输出的ostream类。
 * 头文件iostream声明了一个名为cout的ostream变量（对象）。
 * 必须指明名称空间std；例如，为引用元素cout和endl，必须使用编译指令using或前缀std::。
 * 可以结合使用cout和运算符<<来显示各种类型的数据。

文件输出与此极其相似：

* 必须包含头文件fstream。
 * 头文件fstream定义了一个用于处理输出的ofstream类。
 * 需要声明一个或多个ofstream变量（对象），并以自己喜欢的方式。对其进行命名，条件是遵守常用的命名规则。
 * 必须指明名称空间std；例如，为引用元素ofstream，必须使用编译指令using或前缀std::。
 * 需要将ofstream对象与文件关联起来。为此，方法之一是使用open()方法。
 * 使用完文件后，应使用方法close( )将其关闭。
 * 可结合使用ofstream对象和运算符<<来输出各种类型的数据。
 * 可以使用ifstream对象和get( )方法来读取一个字符，使用ifstream对象和getline( )来读取一行字符。
 * 可以结合使用ifstream和eof( )、fail( )等方法来判断输入是否成功。
 * ifstream对象本身被用作测试条件时，如果最后一个读取操作成功，它将被转换为布尔值true，否则被转换为false。

注意，虽然头文件iostream提供了一个预先定义好的名为cout的ostream对象，但您必须声明自己ofstream对象，为其命名，并将其同文件关联起来。下面演示了如何声明这种对象：

ofstream outFile;
    ofstream fout;

下面演示了如何将这种对象与特定的文件关联起来：

outFile.open("fish.txt");
    char filename[50];
    cin>>filename;
    fout.open(filename);

方法open( )接受一个C-风格字符串作为参数，这可以是一个字面字符串，也可以是存储在数组中的字符串。

重要的是，声明一个ofstream对象并将其同文件关联起来后，便可以像使用cout那样使用它。所有可用于cout的操作和方法（如<<、endl和setf( )）都可用于ofstream对象（如前述示例中的outFile和fout）。

总之，使用文件输出的主要步骤如下：

1．包含头文件fstream。

2．创建一个ofstream对象。

3．将该ofstream对象同一个文件关联起来。

4．就像使用cout那样使用该ofstream对象。

下面的程序演示了这种方法。它要求用户输入信息，然后将信息显示到屏幕上，再将这些信息写入到文件中。读者可以使用文本编辑器来查看该输出文件的内容。

#include <iostream>
 #include <fstream>
 #include <cstring>
 
 using namespace std;
 
 int main() {
 	char automobile[50];
 	int year;
 	double a_price;
 	double d_price;
 
 	ofstream outFile;
 	outFile.open("carinfo.txt");//与文本文件建立联系
 	
 	cout << "Enter the make and model of automobile:";
 	cin.getline(automobile, 50);
 	
 	cout << "Enter the model year:";
 	cin >> year;
 	
 	cout<<"Enter the original asking price:";
 	cin >> a_price;
 	
 	d_price = 0.913 * a_price;
 
 	cout << fixed;//以普通方式输出，非科学计数法
 	cout.precision(2);//保留两位小数
 	cout.setf(ios_base::showpoint);
 	
 	cout << "Make and model: " << automobile << endl;
 	cout << "Year:" << year << endl;
 	cout << "Was asking $" << a_price << endl;
 	cout << "Now asking $" << d_price << endl;
 	
 	outFile << fixed;//以普通方式输出，非科学计数法
 	outFile.precision(2);//保留两位小数
 	outFile.setf(ios_base::showpoint);
 	
 	outFile << "Make and model:" << automobile << endl;
 	outFile << "Year:" << year << endl;
 	outFile << "Was asking $" << a_price << endl;
 	outFile << "Now asking $" << d_price << endl;
 
 	outFile.close();
 	return 0;
 }

注意，方法close( )不需要使用文件名作为参数，这是因为outFile已经同特定的文件关联起来。如果您忘记关闭文件，程序正常终止时将自动关闭它。

outFile.open("carinfo.txt");//与文本文件建立联系

在这里，该程序运行之前，文件carinfo.txt并不存在。在这种情况下，方法open( )将新建一个名为carinfo.txt的文件。如果在此运行该程序，文件carinfo.txt将存在，此时情况将如何呢？默认情况下，open( )将首先截断该文件，即将其长度截短到零——丢其原有的内容，然后将新的输出加入到该文件中。

> 打开已有的文件，以接受输出时，默认将它其长度截短为零，因此原来的内容将丢失。

打开文件用于接受输入时可能失败。例如，指定的文件可能已经存在，但禁止对其进行访问。因此细心的程序员将检查打开文件的操作是否成功。

### 6.6 读取文本文件 ###

接下来介绍文本文件输入，它是基于控制台输入的。控制台输入涉及多个方面，下面首先总结这些方面。

*  必须包含头文件iostream。
 *  头文件iostream定义了一个用处理输入的istream类。
 *  头文件iostream声明了一个名为cin的istream变量（对象）。
 *  必须指明名称空间std；例如，为引用元素cin，必须使用编译指令using或前缀std::。
 *  可以结合使用cin和运算符>>来读取各种类型的数据。
 *  可以使用cin和get( )方法来读取一个字符，使用cin和getline( )来读取一行字符。
 *  可以结合使用cin和eof( )、fail( )方法来判断输入是否成功。
 *  对象cin本身被用作测试条件时，如果最后一个读取操作成功，它将被转换为布尔值true，否则被转换false。

注意，虽然头文件iostream提供了一个预先定义好的名为cin的istream对象，但您必须声明自己的ifstream对象，为其命名，并将其同文件关联起来。下面演示了如何声明这种对象：

ifstream inFile;
    ifstream fin;

下面演示了如何将这种对象与特定的文件关联起来：

inFile.open("bowling.txt");
    char filename[50];
    cin>>filename;
    fin.open(filename);

注意，方法open( )接受一个C-风格字符串作为参数，这可以是一个字面字符串，也可以是存储在数组中的字符串。

下面演示了如何使用这种对象：

double wt;
    inFile >> wt;
    char line[81];
    fin.getline(line,81);

声明一个ifstream对象并将其同文件关联起来后，便可以像使用cin那样使用它。所有可用于cin的操作和方法都可用于ifstream对象。

如果试图打开一个不存在的文件用于输入，情况将如何呢？这种错误将导致后面使用ifstream对象进行输入时失败。检查文件是否被成功打开的首先方法是使用方法is\_open( )，为此，可以使用类似于下面的代码：

inFile.open("bowling.txt");
    if(！inFile.isopen){
    	exit(EXIT_FAILURE);
    }

如果文件被成功地打开，方法is\_open( )将返回true；因此如果文件没有被打开，表达式!inFile.isopen( )将为true。函数exit( )的原型是在头文件cstdlib中定义的，在该头文件中，还定义了一个用于同操作系统通信的参数值EXIT\_FAILURE。函数exit( )终止程序。

下面的程序打开用户指定的文件，读取其中的数字，然后指出文件中包含多少个值以及它们的和与平均值。正确地设计输入循环至关重要。

#include <iostream>
 #include <fstream>
 #include <cstdlib>
 
 using namespace std;
 const int SIZE = 60;
 
 int main() {
 	char filename[SIZE];
 	ifstream inFile;
 
 	cout << "Enter name of data file:";
 	cin.getline(filename, SIZE);
 	inFile.open(filename);
 	if (!inFile.is_open()) {
 		cout << "Could not open the file " << filename << endl;
 		cout << "Program terminating.\n";
 		exit(EXIT_FAILURE);
 	}
 	double value;
 	double sum = 0.0;
 	int count = 0;
 
 	inFile >> value;
 	while (inFile.good()) {//while input good and not at EOF
 		++count;
 		sum += value;
 		inFile >> value;
 	}
 	if (inFile.eof()) {
 		cout << "End of file reached." << endl;
 	} else if (inFile.fail()) {
 		cout << "Input terminated by data mismatch." << endl;
 	}else{
 cout<<"Input terminated for unknow reason."<<endl;
 }
 
 	if (count == 0) {
 		cout << "No data processed" << endl;
 	} else {
 		cout << "Item read:" << endl;
 		cout << "Sum:" << sum << endl;
 		cout << "Average: " << sum / count << endl;
 	}
 	inFile.close();
 	return 0;
 }

文件“scores.txt"文本内容如下：

18  19  18  14  14 
    16  20  20 8  12  29
    17

输出结果如下：

Enter name of data file:scores.txt
    End of file reached.
    Item read:
    Sum:188
    Average: 17.0909
    
    --------------------------------
    Process exited after 7.936 seconds with return value 0
    请按任意键继续. . .

Windows文本文件的每行都以回车字符和换行符结尾；通常情况下，C++在读取文件时将这两个字符转换为换行符，并在写入文件时执行相反的转换。有些文本编辑器（如MetrowerksCodeWarrior IDE编辑器），不会自动在最后一行末尾加上换行符。因此，如果读者使用的是这种编辑器，请在输入最后的文本后按下回车键，然后再保存文件。

读者需要特别注意的是文件读取循环的正确设计。读取文件时，有几点需要检查。首先，程序读取文件时不应超过EOF。如果最后一次读取数据时遇到EOF，方法eof( )将返回true。其次，程序可能遇到类型不匹配的情况。例如，程序清单6.16期望文件中只包含数字。如果最后一次读取操作中发生了类型不匹配的情况，方法fail( )将返回true（如果遇到了EOF，该方法也将返回true）。最后，可能出现意外的问题，如文件受损或硬件故障。如果最后一次读取文件时发生了这样的问题，方法bad( )将返回true。不要分别检查这些情况，一种更简单的方法是使用  
good( )方法，该方法在没有发生任何错误时返回true：

while(inFile.good()){
    	...
    }

if (inFile.eof()) {
 		cout << "End of file reached." << endl;
 	} else if (inFile.fail()) {
 		cout << "Input terminated by data mismatch." << endl;
 	}else{
 cout<<"Input terminated for unknow reason."<<endl;
 }

这些代码紧跟在循环的后面，用于判断循环为何终止。由于eof( )只能判断是否到达EOF，而fail( )可用于检查EOF和类型不匹配，因此上述代码首先判断是否到达EOF。这样，如果执行到了else if测试，便可排除EOF，因此，如果fail( )返回true，便可断定导致循环终止的原因是类型不匹配。

方法good( )指出最后一次读取输入的操作是否成功，这一点至关重要。这意味着应该在执行读取输入的操作后，立刻应用这种测试。为此，一种标准方法是，在循环之前（首次执行循环测试前）放置一条输入语句，并在循环的末尾（下次执行循环测试之前）放置另一条输入语句：

inFile >> value;
    while(inFile.good()){
        inFile>>value;
    }

鉴于以下事实，可以对上述代码进行精简：

*  表达式inFile >> value的结果为inFile;
 *  而在需要一个bool值的情况下，inFile的结果为inFile.good( )，即true或false。

因此，可以将两条输入语句用一条用作循环测试的输入语句代替。也就是说，可以将上述循环结构替换为如下循环结构：

while(inFile>>value){
    //loop body goes here
    }

这种设计仍然遵循了在测试之前进行读取的规则，因为要计算表达式inFile >> value的值，程序必须首先试图将一个数字读取到value中。

### 6.7 总结 ###

1.  使用引导程序选择不同操作的语句后，程序和编程将更有趣。C++提供了if语句、ifelse语句和switch语句来管理选项。if语句使程序有条件地执行语句或语句块，也就是说，如果满足特定的条件，程序将执行特定的语句或语句块。if else语句程序选择执行两个语句或语句块之一。可以在这条语句后再加上if else，以提供一系列的选项。switch语句引导程序执行一系列选项之一。
2.  C++还提供了帮助决策的运算符。第5章讨论了关系表达式，这种表达式对两个值进行比较。if和if else语句通常使用关系表达式作为测试条件。通过使用逻辑运算符（&&、||和!），可以组合或修改关系表达式，创建更细致的测试。条件运算符（?:）提供了一种选择两个值之一的简洁方式。
3.  cctype字符函数库提供了一组方便的、功能强大的工具，可用于分析字符输入。
4.  对于文件I/O来说，循环和选择语句是很有用的工具；文件I/O与控制台I/O极其相似。声明ifstream和ofstream对象，并将它们同文件关联起来后，便可以像使用cin和cout那样使用这些对象。
5.  使用循环和决策语句，便可以编写有趣的、智能的、功能强大的程序。