第三章 分支程序设计

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关键考点总览

1. 关系运算符及其优先级
2. 逻辑运算符及其优先级
3. 短路求值规则
4. if语句的两种格式（有/无else）
5. if语句的嵌套与else配对原则
6. 条件表达式（?:运算符）
7. switch语句的格式与执行流程
8. break语句在switch中的作用
9. 随机数生成（rand/srand）

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详细知识点

3.1 关系表达式

定义/语法

• 关系运算：比较两个表达式的结果（如大小、是否相等）
  [来源：第3章 p6，关系表达式]

• 关系表达式的结果：返回 bool（true / false）；在需要数值时通常表现为 1 / 0
  [来源：第3章 p6，关系表达式]

• 关系运算符：>，>=，==，<=，<，!=
  [来源：第3章 p6，关系表达式]

规则/规范

• 优先级：关系/相等运算符低于算术运算符（+ - * / %）及移位运算符（<< >>），高于赋值运算符
  [来源：第3章 p6，关系表达式]

• 内部优先级：== 和 != 的优先级较低（低于 >、>=、<、<=）
  [来源：第3章 p6，关系表达式]

• 结合性：关系运算遵循左结合原则
  [来源：第3章 p6，Notes]

易错点与辨析

• ⚠️ 连续比较陷阱：9<m<100 不能用于判断 m 是两位数！
  • 实际执行：(9<m)<100，即先算 9<m 得到 0 或 1，再与 100 比较，结果恒为 true
  • 正确写法：m>9 && m<100
    [来源：第3章 p9，测验；p9 Notes]

例题结论

• 【执行结果分析】 3 == 3 > 0 的值为 0（false）

  • 执行顺序：先算 3 > 0 得 1，再算 3 == 1 得 0
    [来源：第3章 p6，示例]

• 【执行结果分析】 5 + 3 > 6 - 2 的值为 1（true）

  • 执行顺序：先算 5+3=8 和 6-2=4，再比较 8 > 4
    [来源：第3章 p6，示例]

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3.2 逻辑表达式

定义/语法

• 逻辑运算：对一个或两个操作数进行逻辑运算（操作数先转换为 bool），得到一个逻辑结果
  [来源：第3章 p8，逻辑表达式]

• 逻辑运算的操作对象：布尔型（非布尔型时：0 为假，非0 为真）
  [来源：第3章 p8，逻辑表达式]

• 逻辑运算的结果：返回 bool（true / false）；在需要数值时通常表现为 1 / 0
  [来源：第3章 p8，逻辑表达式]

• 逻辑运算符：&&（与）、||（或）、!（非）
  [来源：第3章 p8，逻辑表达式]

规则/规范

• 优先级顺序（从高到低）：! > 关系运算符 > && > ||
  [来源：第3章 p8，逻辑表达式]

• 短路求值：逻辑表达式执行时，先处理左边，如左边已能决定整个表达式的结果，则右边不执行
  [来源：第3章 p10，逻辑表达式须注意]

• 尽量避免在关系/逻辑表达式中写赋值（除非明确需要其副作用）；否则容易把 = 误写成 ==，且可能被短路规则跳过
  [来源：第3章 p8，逻辑表达式]

• 优化建议：

  • 在 && 表达式中，应把 false 可能性较大的条件放在左边
  • 在 || 表达式中，应把 true 可能性较大的条件放在左边
    [来源：第3章 p10，逻辑表达式须注意]

代码模式

• 判断整型变量 m 是否是两位数：

  m > 9 && m < 100

  [来源：第3章 p9，测验]

• 判断字符变量 a 是否为字母：

  a >= 'a' && a <= 'z' || a >= 'A' && a <= 'Z'

  （无需记编码数值；直接用字符字面量区间比较即可。65/90/97/122 仅在 ASCII/UTF-8 等编码中成立）
  [来源：第3章 p9，测验；p9 Notes]

• 判断整型变量 m 是否为奇数：

  m % 2 != 0

  [来源：第3章 p9，测验]

• x 不等于 2 或 3（两种等价写法）：

  x != 2 && x != 3
  !(x == 2 || x == 3)

  [来源：第3章 p9，测验]

易错点与辨析

• ⚠️ 短路求值导致赋值未执行：

  (x = 3) || (b = 4)  // x 非零，b 不会被赋值

  [来源：第3章 p10，逻辑表达式须注意]

例题结论

• 【执行结果分析】 5 > 3 && 2 || 8 < 4 的值为 1

  • 执行顺序：(5>3)=1 → 1 && 2 = 1 → 1 || (8<4) = 1
    [来源：第3章 p8，示例]

• 【执行结果分析】 已知 a=1, b=2, c=2, d=4, m=1, n=1，执行 (m = a > b) && (n = c > d) 后，m 和 n 的值分别为？

  • 结果：m = 0，n = 1（n 保持原值，因短路求值未执行右侧）
  • 分析：a > b 为 0，赋给 m；左侧为 0，整个 && 已确定为假，右侧不执行
    [来源：第3章 p10，逻辑表达式须注意；p10 Notes]

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3.3 if 语句

定义/语法

• if 语句格式1（无 else）：

  if (条件测试) 语句

  [来源：第3章 p12，if语句]

• if 语句格式2（有 else）：

  if (条件测试) 语句1 else 语句2

  [来源：第3章 p12，if语句]

• then 子句：条件测试为 true（非零）时执行的程序块
  else 子句：条件测试为 false（零）时执行的程序块
  [来源：第3章 p12，if语句]

• 程序块：可以是一行语句，也可以是由大括号括起来的多行语句
  [来源：第3章 p12，Notes]

规则/规范

• 条件测试内容：条件会被“上下文转换”为 bool；常见写法是关系/逻辑表达式。语法上也允许算术或赋值表达式，但不推荐把赋值当条件（除非非常明确）
  [来源：第3章 p12，Notes]

• if-else 配对原则：遵循临近原则，else 与最近的 if 配对
  [来源：第3章 p14，if语句的嵌套；p14 Notes]

• 缩进规范：善用缩进可以清晰地表示层次，便于程序员阅读（虽然 C++ 不关心格式）
  [来源：第3章 p15，缩进对齐]

代码模式

• 基本 if-else 结构：

  if (grade >= 60) {
      cout << "passed" << endl;
      cout << "Congrats!" << endl;
  } else {
      cout << "failed" << endl;
      cout << "Sorry!" << endl;
  }

  [来源：第3章 p12，if语句]

• 判断闰年：

  result = (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0;
  if (result)
      cout << year << "是闰年" << endl;
  else
      cout << year << "不是闰年" << endl;

  （规则：4年一闰，百年不闰，四百年闰）
  [来源：第3章 p13，判断闰年的程序]

易错点与辨析

• ⚠️ 容易犯的错误：把赋值 = 当成等号 == 用
  [来源：第3章 p12，Notes]

• ⚠️ 嵌套 if 时，若不用大括号，else 与最近的 if 配对：

  if (x < 100)  if (x < 90)  语句1  else  语句2
  // else 与内层 if (x < 90) 配对

  [来源：第3章 p14，if语句的嵌套]

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3.4 条件表达式

定义/语法

• 条件表达式格式：

  (条件) ? 表达式1 : 表达式2

  [来源：第3章 p16，条件表达式]

• 问号冒号运算符：?:
  [来源：第3章 p16，条件表达式]

执行逻辑

• 首先计算条件值；如果条件结果为 true，则计算表达式1的值，并将它作为整个表达式的值；如果条件结果为 false，则整个表达式的值为表达式2的值
  [来源：第3章 p16，条件表达式]

代码模式

• 将 x 和 y 中值较大的一个赋值给 max：

  max = (x > y) ? x : y;

  [来源：第3章 p16，条件表达式]

• 求变量 m 的绝对值：

  (m > 0) ? m : -m

  [来源：第3章 p17，例题]

• 输出学生补考成绩是否通过：

  cout << (s >= 60 ? "passed" : "failed");

  [来源：第3章 p17，例题]

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3.5 switch 语句

定义/语法

• switch 语句格式：

  switch (表达式) {
      case 整型常量表达式1: 语句1;
      case 整型常量表达式2: 语句2;
      ...
      case 整型常量表达式n: 语句n;
      default: 语句n+1;
  }

  [来源：第3章 p19，switch语句]

• default 子句可以省略：当表达式的值不等于任何 case 值时，直接跳出 switch 语句
  [来源：第3章 p19，switch语句]

执行逻辑

• 当 switch 表达式的值等于某个 case 标签常量时，从该 case 处开始执行；若缺少 break 会继续贯穿到后续 case/default，直到遇到 break / return / throw 或到达 switch 末尾
  [来源：第3章 p19，switch语句]

• 若没有任何 case 匹配：有 default 就从 default 开始执行；没有 default 就直接跳到 switch 末尾
  [来源：第3章 p19，switch语句]

规则/规范

• case 标签必须是整型/枚举的“常量表达式”（可用字面量、枚举值、const/constexpr 整型常量等）；不能是运行期变量或关系表达式
  [来源：第3章 p21，Notes]

• break 语句：用于从语句体中跳出，防止执行后续 case

  switch (表达式) {
      case 整型常量表达式1: 语句1; break;
      case 整型常量表达式2: 语句2; break;
      ...
      default: 语句n+1;
  }

  [来源：第3章 p20，break语句]

代码模式

• 多个 case 执行相同语句（利用无 break 的穿透特性）：

  switch (score / 10) {
      case 10:
      case 9:  cout << "A"; break;
      case 8:  cout << "B"; break;
      case 7:  cout << "C"; break;
      case 6:  cout << "D"; break;
      default: cout << "E";
  }

  [来源：第3章 p22，将百分制成绩转换成5级记分制]

易错点与辨析

• ⚠️ 错误写法：case 后使用变量或关系表达式

  // 错误！case 后必须是常量
  case score >= 90: cout << "A"; break;

  [来源：第3章 p21，将百分制成绩转换成5级记分制]

• ⚠️ 忘记 break 会导致所有后续 case 都被执行
  [来源：第3章 p20，Notes]

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3.6 随机数生成

定义/语法

• rand()：生成 [0, RAND_MAX] 之间的伪随机整数（包含两端）
  [来源：第3章 p23，计算机自动出四则运算计算题]

• 伪随机数序列：看似随机，实际有规律可循的序列
  [来源：第3章 p24，随机数的生成]

• srand()：设置随机数种子
  [来源：第3章 p24，随机数的生成]

• time(nullptr)：返回当前系统时间戳（秒）；常用作随机数种子
  [来源：第3章 p24，随机数的生成]

规则/规范

• 给定相同的随机数种子，每次生成的随机数序列相同
  [来源：第3章 p24，随机数的生成]

• 使用系统时间作为种子可让每次运行生成不同的随机数序列
  [来源：第3章 p24，随机数的生成]

代码模式

• 生成 0-9 之间的随机数：

  rand() % 10

  [来源：第3章 p23，计算机自动出四则运算计算题]

• 另一种方法（需注意边界/溢出问题）：

  static_cast<int>((static_cast<long long>(rand()) * 10) / (static_cast<long long>(RAND_MAX) + 1))

  [来源：第3章 p23，计算机自动出四则运算计算题]

• 初始化随机数种子：

  #include <cstdlib>  // 包含伪随机数生成函数
  #include <ctime>    // 包含取系统时间的函数
  
  srand(static_cast<unsigned>(time(nullptr)));  // 随机数种子初始化（通常只需调用一次）

  [来源：第3章 p25，计算机自动出四则运算计算题]

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本章总结（来源：第3章 p27）

本章主要介绍了计算机实现逻辑思维的机制，包括两个方面：

1. 如何表示一个逻辑判断：

   • 关系表达式
   • 逻辑表达式
   • ⚠️ 需熟练掌握！

2. 如何根据逻辑判断的结果执行不同的处理：

   • if 语句
   • switch 语句

[来源：第3章 p27，总结；p27 Notes]