课程内容

if语句、switch语句

• （C语言关系运算符）
  • 0 → false；1 → true
  • false 👉 0、NULL(null)、'\0'
  • <= → =<
  • ! 取非 （关系运算符）
    • 要注意区分：位取反运算符 ~ （位运算符）
    • ⭐!! 非非操作：逻辑上的归一化
      • 将所有真值统一到1，假值还是0
• 顺序结构
  • 略
• 分支结构

IF语句

• 

• (表达式)

  • 任何表达式都有逻辑返回值
  • 对于赋值表达式 a = 123;
    • 返回值为a变量的值123

• {代码段;}

  • 了解什么是一条语句？
    • 单语句：“;”结尾的语句
      • int a = 1, b = 234; // 是一条语句，“,”前后分为为一个表达式
    • 空语句：只有一个“;”，没有作用
    • 复合语句
      • 用花括号
      • 即代码段👆

• if else语句

  • 可以用问号表达式（三目运算符）来代替
    • ...? ...: ...;

SWITCH语句

• 

• 变量a要有一个明确的唯一的整型值作为映射！

  • 字母也有这样的映射：ASCII码

• 进入case后，依次执行后续代码

  • 直到遇到break、continue或结构末尾~
  • 而不需要再判断其后的case是否满足

• default分支

  • 当case都不满足时，会进入，相当于if else语句的else

CPU的分支预测

从力扣题-回文整数引出

船长超高时间效率代码如下：

• 

• 红框处实现的就是x<0

  • 用来筛选小于0的整数，负数肯定不是回文整数

• 这段语句在操作系统内核里出现：

• 

• !!(x) 逻辑归一化，结果只会是1或0

  • 经常成立与否的情况会告诉正在处理程序的CPU

⭐CPU执行程序过程解析

• C语言程序执行过程：编译后生成可执行文件→加载到内存里→CPU执行
• cash 缓存
  • 一级缓存：速度最快，而容量最小
• CPU指令执行方式对比
  • 早期串行（取址、指令预解析、写数据、执行、写回内存）
  • 当今并行
  • 示意图如下左右：
    • 

    • 对于5条指令

      • 串行方式需要5 * 5 = 25个时钟周期
      • 并行方式只需要5 + 4 = 9个时钟周期

    • 当指令非常多时，提高效率将近5倍

• 所以！CPU喜欢顺序结构
  • 讨厌分支结构（要少用if else语句）
  • 分支预测问题
  • 对于并行的方式，CPU不知道分支结构下一步是谁，该提前加载哪一步？
    • CPU实际是随机加载下一步
      • 所以，如果预测错了，后面就白做了，此时又要返回重新处理
• 而__builtin_expect()做的就是告诉CPU哪种分支情况更易发生！！！

循环结构

• WHILE语句
  • while () {代码块;}
    • 先判断，再执行
  • do {代码块;} while (表达式); ←分号要注意！
    • 至少执行一次
• FOR语句
  • for(初始化; 循环条件; 执行后操作) {代码块;}
  • 让循环变得很秀，由三部分组成
  • 这三部分可以都不写
    • 例如：for(; ; );，那就相当于while (1);
    • 上面是一个死循环，啥都没有

随堂练习

• 

• 记得条件判断冗余检查

• 输入非法时（如"q"）陷入死循环问题

  • 解决方法及思考过程详见下文：思考点1

• 代码

  • 冗余版

  • 

  • ❗这里scanf的\n是隐患！要去掉\n，否则需要多读一个数

    • 因为在输入下个数时才读到\n

    • ⭐参考博客：用 "%d\n" 要多读一个数？ —— scanf() 函数的那些坑

      • 

  • 精简版

• 

• ①

• ②

  • 熟悉switch语句结束的特性
  • 代码
• 
• 

• 代码

• 

​ 对于while方式，如果首次判断成立，则与do...while方式没有区别

• 

• 代码

• 

亮点笔记

• ⭐对条件判断语句进行冗余检查（剪裁），通常可以有更精简的代码
  • 所有判断表达式是否为0的情况，可以直接使用 if (!表达式)
    • 对于if (表达式) 单语句，可以利用逻辑与
      • (表达式) && 单语句
      • 比如 i && printf(" "); ，用来在除第一次循环中输出空格
      • 单语句不能是{代码块;}
  • if...else用三目运算符代替
• 一般将循环变量i定义在初始化部分：int i = 0
  • 不需要提前放在前面
    • 更规范、简明：用变量之前再定义，不要离的太远
  • 作用域问题
    • 只在循环里用到该变量
• ++i 比 i++ 快？
  • 能用 ++i 就用
    • 从函数栈的角度：👇
    • ++i 直接入栈 i+1 的值
    • 而 i++ 的话，先入栈 i 再入栈 i+1

代码演示

分支结构（6.struct_program.cpp）

• 

• a - b可以代替a == b判等

• if else可以用三目运算符代替

• 

• 输出1：false

  • a++ 和 && 的运算优先级？
    • ++优先级大于&&
    • a++外面的()为什么没有把++的运算优先级提高到比&&先加呢？
      • 是优先的
      • 这里输出false与此无关~
        • 应该对于if判断来说，先判断a，再去++
        • a++表达式的值是没有++的a

• 输出2：a = 1， b = 0

  • ⭐逻辑与--短路规则
    • 只要前面有假值，就不会往后走了【聪明人的做法】
• 

• （接上a = 1, b = 0）

• 输出1：true

• 输出2：a = 2， b = 0

  • ⭐逻辑或--长路规则
    • 只要前面有一个真值，就不用了往后走了
    • 要想执行后面的表达式，必须前面的表达式均为假值
• 

• 以空格为间隔（末尾无空格）的输出方式参考

  • 方式一：如果不是第一次循环，输出前空格
    • 首次更好得到：i == 0
    • 可优化第43行：i && printf(" ");
  • 方式二：如果不是最后一次循环，输出后空格

• rand()

  • 需引入<stdlib.h>

  • 输出的是随机的无符号数

    • rand() % 100可以随机输出0-99的数

  • ⭐其实是固定的随机

    • 

    • 通过 srand() 设定随机种子

      • srand(time(0))

        • time(0)
          • 获取当前的时间，需引入<time.h>
          • 精确到s，1970.1.1至今的秒数

      • 可以看出值是变化的了，但计算机中没有真正意义上的随机

        • 

• 优化版

  • 上述代码有三处可以简化！两个if都可以去掉

  • 

  • ⭐~

    1. 位运算与取余的转换：% 2 等价于 & 1
       • % (2 ^ n) 等价于 & (2 ^ n - 1)
    2. +1与真值1的等价
    3. 逻辑与的短路规则

循环结构（7.cpp）

判断回文整数（十进制）

• 

• 记得对负数做特判！

• 如果想判断二进制下的回文整数呢？

  • 将圆圈处都改成2即可

    • 计算机底层其实都是以二进制存储数据的
    • 不管什么进制下，都可以判断回文

  • base进制下回文整数判断

    • 

计算整数位数（十进制）

• while循环和do...while循环的细微区别比较
  • 关键在于第一次循环的条件是否成立~
    • 
    • 当输入非0数字时，digit和digit2没有区别
  • 当输入数字0时，有区别
    • 

    • 所以有0的情况判断位数
      * 用do...while
      * 或者特判

附加知识点

• switch语句

  • case后面不允许声明变量
  • default的末尾也要加break吗
    • 可有可无，加break是为了统一风格
  • Python不支持switch语句

• C语言中，如果main函数的末尾没有return语句将会有什么影响?

  • C99开始，基本没影响，标准要求等价于自动补上return 0;
  • 而C99之前，如果控制抵达main函数结尾而没有return，则为行为未定义。

• 浮点数判等

  • 不直接用==，会不准确，利用差值是否小于某个极小值来判等

• __builtin_expect()还有6+个兄弟

• 

• 位权决定左移右移的倍数

  • 十进制，左移一位，*10
  • 二进制，左移一位，*2

思考点

• 💡（解决）对于5.if.cpp，即随堂练习1。输入非法值，如字母‘q’，会陷入无限循环

  • 与‘q’的ASCII码有关吗？

    • 无关~
    • 以%d形式输出‘q’，看起来是一个地址，单次运行是固定的，应该是初始化n时随机分配的一个值
      • 如果输入正常值再输入错误值，此时该值就是之前的n值
      • 因为其实没有读入值来改变n

  • 读不进‘q’值

    • scanf的返回值为0
    • 但是也不会移向下一个输入，类似第一讲里的%[^\n]遇到\n无限循环事件

  • ⭐当然！ 同样可以使用getchar()吞掉这个非法值

    • 输入qw属于非法吗
      • 是的，需要getchar()吞两次

  • 改后代码

    • 

    • getchar()放在if(!ret)里更好，只有在读入非法字符时才吞字符

      • 上图的代码：getchar会吞空白符和非法字符

      • 下图的代码：只会吞非法字符

        • 
        • 为了演示吞掉的字符没有空白符只有非法字符，这里加了printf函数
• 

• 💡同样，对于5.if.cpp（有循环，需手动停止），用>output将标准输出重定向时，会遇到输出不写入重定向的文件的问题

  • 具体情况已在海贼QA提问，期待探讨：输出重定向在什么条件下才将输出写入文件呢?（stdout、./a.out > output、Ctrl+C/Ctrl+D）
  • Ctrl+C不写入，Ctrl+D写入

Ctrl+C：Linux下默认的中断键，当键入此键时，系统会发送一个中断信号给正在运行的程序和shell。
Ctrl+D：Linux下标准输入输出的EOF。在使用标准输入输出的设备中，遇到该符号，程序会认为读到了文件的末尾，因此结束输入或输出。

• 如果有非法输入导致有大量输出时，Ctrl+C也可以写入
  • 疑问：这是因为缓存不够，提前强制输出到output文件了吗？
    • 是这样理解
  • 疑问：那么这部分写入output文件的输出仅仅是缓存溢出的输出，还是Ctrl+C前的所有输出呢？
    • 溢出的
• 代码5.switch.cpp：为啥输入字母之类的会无限循环?
  • 同5.if.cpp，见思考点1

Tips

• OJ做题方式
  • 在vim里编写代码
  • cat显示代码复制出来
  • 提交
• 经典题：已知年月日判断是否合理
  • 有没有必要用那么多的if else？
  • 可以用空间换时间：把每月的天数用数组存起来
• 参考工具书第6章 6.4节