C語言分支結構詳解

1. if 語句

在本篇部落格文章中，我們將深入探討C語言中的if語句及其相關用法。if語句是一種用於條件判斷的分支語句，它允許我們根據條件的真假來執行不同的程式碼塊。

1.1 if 語句的基本語法和用法

if語句的基本語法如下所示：

if (條件) {
    // 條件為真時執行的程式碼塊
}

在這個語法結構中，條件是一個布林表示式，如果條件的值為真（非零），則執行if語句塊中的程式碼。

1.2 else 語句和 else if 語句的使用

除了 if 語句，我們還可以使用 else 語句和 else if 語句來處理條件的不同情況。else 語句在 if 條件以及 else if 條件（假設存在）均為假時執行，而 else if 語句用於在多個條件之間進行判斷。

if 與 else if 均需條件，從 if 往下遍歷條件，若所有條件不符合，執行 else 後的程式碼。

int num = 10;

if (num > 0) {
    printf("數位是正數\n");
} else if (num < 0) {
    printf("數位是負數\n");
} else {
    printf("數位是 0\n");
}

在這個範例中，我們根據 num 的值輸出不同的結果。如果 num 大於0，我們列印"數位是正數"；如果 num 小於0，我們列印"數位是負數"；如果 num 等於0（不大於0且不小於0，就是0），因此我們列印"數位是 0"。

1.3 if 語句的巢狀和多重條件判斷

在C語言中，我們可以巢狀if語句，這意味著在一個 if 語句塊內部包含另一個if語句塊。這樣可以實現更復雜的條件判斷邏輯。

int num = 10;

if (num > 0) {
    if (num % 2 == 0) {
        printf("數位是正偶數\n");
    } else {
        printf("數位是正奇數\n");
    }
} else if (num < 0) {
    printf("數位是負數\n");
} else {
    printf("數位是 0\n");
}

在這個範例中，我們首先判斷num是否大於0，如果是，則進一步判斷num是否為偶數或奇數。根據條件的不同，我們輸出相應的結果。

1.4 懸空 else 問題及其解決方法

在C語言中，else 語句總是與最近的 if 語句配對，這就導致了一個被稱為"懸空 else"的問題。當我們有多個巢狀的if語句時，可能會出現 else 語句與我們預期的 if 語句不匹配的情況。

為了解決懸空 else 問題，可以使用花括號（程式碼塊）來明確 if 語句的範圍，從而避免 else 語句與錯誤的 if 語句配對。

首先請看這個範例，初學者可能發現預期的輸出和實際的輸出有出入。

int num = -10;

if (num > 0)
    if (num % 2 == 0)
        printf("數位是正偶數\n");
else
    printf("數位是負數\n");

在這個範例中，初學者會下意識的根據縮排格式來判斷，理所當然的認為上述程式碼列印"數位是負數"，實際情況是什麼都不會列印！！！因為else 語句總是與最近的 if 語句配對。

我們使用了花括號將 if 語句的範圍明確標記出來，從而避免了懸空 else 問題。

int num = -10;

if (num > 0) {
    if (num % 2 == 0) {
        printf("數位是正偶數\n");
    }
} else {
    printf("數位是負數\n");
}

2. 關係操作符

在本節中，我們將介紹C語言中常用的關係操作符。在C語言中，任何非零值都被視為真（true），而零值被視為假（false）。關係運算子的結果大致上可以認為返回的是 bool 型別的 true 或者 false，但是，嚴格來說是int型別的1（表示真）或0（表示假）。

2.1 關係操作符的種類和用法

C語言中的關係操作符包括以下幾種：

• ==：等於
• !=：不等於
• >：大於
• <：小於
• >=：大於等於
• <=：小於等於

我們可以使用這些操作符在條件判斷中比較兩個值的大小關係。

2.2 關係操作符的返回值型別

關係操作符的返回值型別是布林型別，即 int 型的0或1。當關系成立時，返回1（真），否則返回0（假）。

2.3 關係操作符在條件判斷中的應用

關係操作符常常用於條件判斷語句中，例如 if 語句、while 迴圈等。通過比較兩個值的大小關係，我們可以根據條件的真假來執行不同的程式碼塊。

下面是一個使用關係操作符的範例：

int a = 5, b = 10;

if (a == b) {
    printf("a 與 b 相等\n");
} else if (a < b) {
    printf("a 比 b 小\n");
} else {
    printf("a 比 b 大\n");
}

在這個範例中，我們比較了變數a和b的值，並根據比較結果輸出不同的結果。

3. 條件操作符

條件操作符（也稱為三元運運算元、三目運運算元）是C語言中一種簡潔的條件表示式。它允許我們根據條件的真假選擇不同的值。

3.1 條件操作符的語法和用法

條件操作符的語法如下所示：

條件 ? 表示式1 : 表示式2

如果條件為真，則返回表示式1的值；如果條件為假，則返回表示式2的值。

通常來講，是可以支援多條三元運算巢狀的，然而在我看來這並不是寫程式碼的良好習慣，可讀性太差！

3.2 條件操作符與if語句的對比

條件操作符提供了一種簡潔的條件判斷方式，它可以替代簡單的 if 語句。使用條件操作符可以使程式碼更加簡潔和易讀。

下面是一個使用條件操作符的範例：

int age = 18;
char* result = (age >= 18) ? "你是成年人" : "你是未成年";

printf("%s\n", result);

在這個範例中，我們根據年齡的值選擇不同的結果。如果年齡大於等於18歲，我們輸出"你是成年人"；否則，我們輸出"你是未成年"。

4. 邏輯操作符

邏輯操作符用於在條件判斷中組合多個條件，並根據邏輯關係的真假進行邏輯運算。

4.1 邏輯操作符的種類和用法

C語言中常用的邏輯操作符包括以下幾種：

• &&：邏輯與（AND）
• ||：邏輯或（OR）
• !：邏輯非（NOT）

邏輯與操作符（&&）在兩個條件都為真時返回真，邏輯或操作符（||）在兩個條件中至少一個為真時返回真，邏輯非操作符（!）用於取反。

4.2 邏輯操作符的短路運算特性

邏輯操作符具有短路運算的特性，即在某個條件已經確定的情況下，將不再計算後續的條件。

下面是一個邏輯操作符短路運算的範例：

int num = 10;

if (num > 0 && num < 100) {
    printf("Number is between 0 and 100\n");
}

在這個範例中，如果 num 大於0，才會繼續判斷 num 是否小於100。如果 num 小於等於0，後續的條件判斷將被短路，不再執行。

邏輯與：左假則右不執行，因為一假則假，既然都是假的了，何必浪費時間往右繼續判斷？

邏輯或：左真則右不執行，因為一真則真，既然都是真的了，那就不用在繼續判斷啦！

5. switch 語句

現在，讓我們來探討C語言中另一個重要的分支語句：switch 語句。

5.1 switch 語句的基本語法和用法

switch 語句是一種用於多分支選擇的語句，它根據表示式的值選擇不同的執行路徑。

switch 語句的基本語法如下所示：

switch (表示式) {
    case 值1:
        // 執行語句塊1
        break;
    case 值2:
        // 執行語句塊2
        break;
    ...
    default:
        // 預設執行語句塊
        break;
}

在這個語法結構中，表示式的值將與每個 case 的值進行比較，如果匹配，則執行相應的語句塊。如果沒有匹配的 case，則執行 default 語句塊（可選）。

下面是一個使用 switch 語句的範例：

int choice = 2;

switch (choice) {
    case 1:
        printf("You chose option 1\n");
        break;
    case 2:
        printf("You chose option 2\n");
        break;
    case 3:
        printf("You chose option 3\n");
        break;
    default:
        printf("Invalid choice\n");
        break;
}

在這個範例中，根據變數choice的值，我們選擇不同的選單項進行輸出。

5.2 switch語句中的執行順序問題

在 switch 語句中，case 的執行順序是從上到下的，即匹配到的第一個 case 執行後，會繼續執行後續的 case 語句塊，直到遇到 break 語句或 switch 語句結束。

如果在 case 語句塊中沒有使用 break 語句，將會發生case穿透現象，即執行完一個case後，會繼續執行下一個case語句塊，直到遇到break語句或switch語句結束。

下面是一個"case穿透"的範例：

int num = 2;

switch (num) {
    case 1:
        printf("Number is 1\n");
    case 2:
        printf("Number is 2\n");
    case 3:
        printf("Number is 3\n");
    default:
        printf("Invalid number\n");
}

在這個範例中，如果num的值為2，將會輸出"Number is 2"、"Number is 3"和"Invalid number"。這是因為沒有在每個case語句塊中使用break語句，導致執行順序繼續向下執行。

為了避免case穿透問題，我們可以在每個case語句塊的末尾新增break語句，或者使用合適的控制流語句（如if語句）來控制執行流程。

5.3 switch語句的應用場景

switch語句在實際應用中非常常見，特別適用於根據不同的選擇執行不同的操作。

例如，在選單選擇、狀態機等場景中，我們可以使用switch語句來處理多個固定的選項。

下面是一個使用switch語句的範例：

int choice;

printf("Please enter your choice (1-3): ");
scanf("%d", &choice);

switch (choice) {
    case 1:
        printf("You chose option 1\n");
        break;
    case 2:
        printf("You chose option 2\n");
        break;
    case 3:
        printf("You chose option 3\n");
        break;
    default:
        printf("Invalid choice\n");
        break;
}

在這個範例中，根據使用者輸入的choice值，我們選擇不同的選單項進行輸出。

5.4 switch 語句與 if 語句比較

	Switch語句	If語句
用途	多分支選擇，適用於固定值的比較	複雜條件判斷，適用於靈活的條件邏輯
匹配方式	根據表示式的值與case值進行匹配	根據條件表示式的真假進行匹配
執行順序	從匹配到的case開始執行，直到遇到break語句或switch結束	從上到下依次執行，根據條件的真假執行相應的程式碼塊
預設執行	可選的default語句塊在沒有匹配的case時執行	可選的else語句塊在條件為假時執行
程式碼結構	可以將多個選項組織在一起，結構清晰	適用於靈活的條件判斷，程式碼結構較自由
使用場景	處理多個固定選項的選擇	處理複雜的條件邏輯，需要靈活的條件判斷
範例	根據選單選項執行不同的操作	根據年齡和性別判斷是否滿足某個條件