Циклы и другие управляющие средства. Структурное программирование

Разбить на страницы

Показывать лекцию целиком

Структурное программирование

Методология структурного программирования основана на предположении, что логичность и понятность программы обеспечивает надежность, облегчает модификацию и ускоряет разработку программы.

Характерными чертами структурного программирования являются:

отказ от неструктурных передач управления;

ограниченное использование глобальных переменных;

модульность.

Цикл с предусловием

Существует три вида циклов: while, for и do. Цикл while имеет следующую форму:

while (e) s;

Оператор s выполняется до тех пор, пока значение выражения e равно "истина". Значение e вычисляется перед каждым выполнением оператора s.

В предшествующих лекциях мы пользовались этой формой цикла. Рассмотрим еще один пример его работы:

/* угадывание числа */
#include <stdio.h>
main( )
{
	int i = 1; 
	char res;
	printf("Задумайте целое число от 1 до 100. 
		Компьютер попытается угадать его. \n");
	printf ("Отвечайте y, если догадка правильна и");
	printf("\n n, если программа ошибается \n");
	printf("Итак, ваше число %d?\n",i); 
	/*получение ответа */
	while((res = getchar( )) !='y') 
	if(res !='\n') 
	/* пропуск символа новая строка */
		printf("Ну тогда оно равно %d\n" ,++i); 
	printf("Число угадано!\n");
}

!	Это довольно простая программа. Она написана правильно и решает поставленную задачу, но делает это крайне неэффективно. Данный пример показывает, что правильность написания - не единственный критерий, по которому необходимо оценивать программу. При этом очень важна ее эффективность!

В наших примерах до сих пор использовались условные выражения, но вообще говоря, это могут быть выражения произвольного типа. В качестве оператора можно использовать простой оператор с символом "точка с запятой" в конце или составной оператор, заключенный в фигурные скобки. Если выражение истинно (или в общем случае равно единице), то оператор, входящий в цикл while, выполняется один раз, а затем выражение проверяется снова. Эта последовательность действий, состоящая из проверки и выполнения оператора, периодически повторяется до тех пор, пока выражение не станет ложным (или в общем случае равным нулю). Каждый такой шаг называется итерация. Данная структура аналогична структуре оператора if. Основное отличие заключается в том, что в операторе if проверка условия и (возможное) выполнение оператора осуществляется только один раз, а в цикле while эти действия производятся, вообще говоря, неоднократно.

!	При построении цикла while вы должны включить в него какие-нибудь конструкции, изменяющие величину проверяемого выражения так, чтобы в конце концов оно стало ложным. В противном случае выполнение цикла никогда не завершится.

Цикл while является условным циклом, использующим предусловие, т.е. условие на входе. Он называется условным, потому что выполнение оператора зависит от истинности условия, описываемого с помощью выражения. Подобное выражение задает предусловие, поскольку выполнение этого условия должно быть проверено перед началом выполнения тела цикла.

Алгоритмы и псевдокод. Пошаговый процесс, гарантированно приводящий к желаемому результату, называется алгоритмом. Предложения, не являющееся предложением какого-то языка программирования, хотя и очень напоминает то, что мы пишем на данном языке программирования, называют псевдокодом. Псевдокод очень эффективен при разработке логики программы. После того как логика покажется вам правильной, вы можете обратить особое внимание на детали перевода псевдокода на реальный язык программирования. Преимущество использования псевдокода состоит в том, что он позволяет сконцентрироваться на логике и структуре программы, не заботясь пока о способе перевода этих идей на язык машины. Если мы хотим улучшить программу, нам в первую очередь необходимо улучшить алгоритм!

Подведем итоги.

Оператор while определяет операции, которые циклически выполняются до тех пор, пока проверяемое выражение не станет ложным, или равным нулю. Оператор while - это цикл с предусловием. Решение, выполнить ли в очередной раз тело цикла, принимается перед началом его прохождения. Поэтому вполне возможно, что тело цикла не будет выполнено ни разу. Оператор, образующий тело цикла, может быть либо простым, либо составным. Форма записи:

while (выражение) оператор

Выполнение оператора циклически повторяется до тех пор, пока выражение не станет ложным, или равным нулю.

Цикл со счетчиком

Оператор цикла for

for(e1; e2; e3) s

является удобной сокращенной записью для цикла while вида

e1;
while(e2) {
	s;
	e3;
}

Выражение e1 служит для задания начальных условий выполнения цикла, выражение e2 обеспечивает проверку условия выхода из цикла, а выражение e3 модифицирует условия, заданные выражением e1. Любое из выражений e1, e2, e3 может быть опущено. Если опущено e2, то по умолчанию вместо него подставляется значение TRUE. Например, цикл for

for(;e2;) s;

с опущенными e1, e3 эквивалентен циклу

while(e2) s;

Цикл

for(;;) s;

со всеми опущенными выражениями эквивалентен циклу

while(TRUE) s;

т.е. эквивалентен бесконечному циклу. Такой цикл может быть прерван только явным выходом из него с помощью операторов break, goto, return, содержащихся в теле цикла s.

Несмотря на внешнее сходство с итеративными циклами for языков Паскаль и Ада или итеративными циклами do языков Фортран или ПЛ/1, цикл for языка Си не является их семантической копией. Цикл for языка Си обладает большей общностью, чем циклы for и do других языков. В отличии от этих циклов, в общем случае число итераций в цикле for языка Си не может быть определено до выполнения этого цикла.

Цикл for и его альтернатива цикл while семантически почти эквивалентны, но, как указывается в работе (Ritchie, D.M. 1980. The Programming Language - Reference Manual/. ATT Bell Laboratories, Murray Hill, N.J. 07974), не идентичны. Например, рассмотрим случай, когда оператор s является оператором continue или составным оператором, содержащим оператор continue. Действие оператора continue состоит в переходе к концу цикла, что имеет различные последствия для цикла for и его эквивалента в форме цикла while. В случае с циклом for выражение e3 выполняется до вычисления значения выражения e2, в то время как в эквивалентном цикле while выражение e3 пропускается.

Гибкость конструкции for - следствие способа использования выражений в спецификации цикла. До сих пор первое выражение применялось для инициализации счетчика, второе - для задания его граничного значения, а третье - для увеличения его текущего значения на 1. Но кроме этой возможности существует еще и много других возможностей его применения, девять из которых мы приведем ниже.

Можно применять операцию уменьшения для счета в порядке убывания вместо счета в порядке возрастания:

for(n=10; n>0; n--)
printf("%d секунд!\n",n);
printf("Пуск! \n");

При желании можно вести счет двойками, десятками и т.д.:

for (n=2; n<60;n=n+13);
printf("%d\n",n);

Можно вести подсчет с помощью символов, а не только чисел:

for(ch = 'a';ch<='z';ch++)
printf("Величина кода ASCII для %с равна %d.\n",ch,ch);

При выполнении этого оператора будут выведены на печать все буквы от а до z вместе с их кодами ASCII. Этот оператор работает, поскольку символы в памяти машины размещаются в виде чисел, и потому в данном фрагменте ведется счет с использованием целых чисел.

Можно проверить выполнение некоторого произвольного условия, отличного от условия, налагаемого на число итераций. Рассмотрим пример в программе печатающей таблицу кубов целых чисел:

/* таблица кубов */
main( )
{
	int num;
	for(num=1; num<=6; num++)
	printf("%5d %5d\n", num,num*num*num);
}

А теперь заменим спецификацию

for(num=1; num<=6; num++)

на

for(num=1; num<6; num++)

Это было бы целесообразно в случае, если бы нас больше занимало ограничение максимального значения диапазона кубов чисел, а не количество итераций.

Можно сделать так, чтобы значение некоторой величины возрастало в геометрической, а не в арифметической прогрессии, т.е. вместо прибавления фиксированного значения на каждом шаге цикла выполнялось бы умножение:

for(x=100.0; x<150.0; x=x*1.1)
printf("Ваш долг теперь %3.2f.\n",x);

В этом фрагменте программы значение переменной x умножается на 1.1 на каждом шаге цикла, что увеличивает ее на 10%. Результат выглядит следующим образом:

Ваш долг теперь 100.00.
Ваш долг теперь 110.00.
Ваш долг теперь 121.00.
Ваш долг теперь 133.10.
Ваш долг теперь 146.41.

В качестве третьего выражения можно использовать любое правильно составленное выражение. Какое бы выражение мы ни указали, его значение будет меняться при каждой итерации:

for (x=y=1; y<=75; y=5*x++)
printf("%10d %10d\n",x,y);

Обратите внимание, что в спецификации цикла проверяется значение y, а не x. В каждом из трех выражений, управляющих работой цикла for, могут использоваться любые переменные.

!	Хотя этот пример и правильный, он не может служить иллюстрацией хорошего стиля программирования. Программа выглядела бы гораздо понятнее, если бы мы не смешали процесс изменения переменной цикла с алгебраическими вычислениями.

Можно даже опустить одно или более выражений, но при этом нельзя опустить символы "точка с запятой". Тело цикла

for(;;) {
	...
}

будет выполняться бесконечное число раз, поскольку пустое условие всегда считается истинным.

Первое выражение не обязательно должно инициализировать переменную. Вместо этого, например, там мог бы стоять оператор printf( ). Необходимо помнить только, что первое выражение вычисляется только один раз перед тем, как остальные части цикла начнут выполняться.

for(printf("Запоминайте числа! \n"); num != 6;)
scanf("%d",num);
printf("Это как раз то, что я хочу!\n");

В этом фрагменте первое сообщение оказывается выведенным на печать один раз, а затем осуществляется прием вводимых чисел до тех пор, пока не поступит число 6.

Параметры, входящие в выражения, находящиеся в спецификации цикла, можно изменить при выполнении операций в теле цикла. Предположим, например, что у вас есть цикл со спецификацией следующего вида:

for(n=1; n<1000; n+t)

И если после нескольких итераций наша программа решает, что величина t слишком мала или велика, то оператор if внутри цикла может изменить значение параметра. В диалоговой программе пользователь может изменить этот параметр в процессе выполнения цикла.

Подведем итоги. В операторе for используются три выражения, управляющие работой цикла. Они разделены символом "точка с запятой". Инициализирующее выражение вычисляется только один раз до начала выполнения какого-нибудь из операторов цикла. Если проверяемое выражение оказывается истинным, или не равным нулю, тело цикла выполняется один раз. Затем вычисляется величина корректируемого выражения, и значение проверяемого выражения определяется вновь. Оператор for - это цикл с предусловием. Решение о том, выполнить ли в очередной раз тело цикла или нет, принимается до начала его прохождения. Поэтому может случиться так, что тело цикла не будет выполнено ни разу. Оператор, образующий тело цикла, может быть как простым, так и составным.

Операция "запятая" увеличивает гибкость использования цикла for, позволяя включить в его спецификацию несколько инициализирующих или корректирующих выражений.

Цикл с постусловием

Цикл

do оператор while(e);

выполняется до тех пор, пока выражение e имеет значение "истина". В отличие от цикла while, в котором проверка условия окончания цикла делается до выполнения тела цикла, в цикле do такая проверка имеет место после выполнения тела цикла. Следовательно, тело цикла do будет выполнено хотя бы один раз, даже если выражение e имеет значение "ложь" c самого начала. Цикл do аналогичен циклу repeat в языке Паскаль, отличаясь от него лишь тем, что цикл repeat выполняется до тех пор, пока некоторое условие выходa из цикла не становится истинным, а цикл do выполняется все время, пока некоторое условие остается истинным!

Цикл do while - это конструкция с условием на выходе.

Использовать цикл do while лучше всего в тех случаях, когда должна быть выполнена по крайней мере одна итерация. К примеру, мы могли бы применить цикл do while в нашей программе угадывания числа. На псевдокоде алгоритм работы программы можно тогда записать следующим образом:

do {
выдвиньте предположение
получите ответ вида y,n
} while(ответ не совпадает с y);

Вы должны избегать использование цикла do while, структура которого аналогична представленной ниже операции: cпросите пользователя, хочет ли он продолжать

do
оператор
while (ответ будет да)

В данном случае, после того как пользователь ответит "нет", "оператор" будет выполнен, поскольку проверка осуществляется слишком поздно.

Пример:

do
	scanf("%d", number);
while(number!=50);

Подведем итоги.

Оператор do while определяет действия, которые циклически выполняются до тех пор, пока проверяемое выражение не станет ложным, или равным нулю. Оператор do while - это цикл с постусловием. Решение о том выполнять или нет в очередной раз тело цикла, принимается после его прохождения. Поэтому тело цикла будет выполнено по крайней мере один раз. Оператор, образующий тело цикла, может быть как простым, так и составным.

Особенности работы с языком Си. Циклом какого вида лучше всего воспользоваться? Во-первых, решите, нужен ли вам цикл с предусловием или же с постусловием. Чаще вам нужен будет цикл с предусловием. По оценкам Кернигана и Ритчи, в среднем циклы с постусловием составляют только 5% общего числа используемых циклов. Существует несколько причин, по которым программисты предпочитают пользоваться циклами с предусловием. В их числе один общий принцип, согласно которому лучше посмотреть, куда вы прыгаете, до прыжка, а не после. Вторым моментом является то, что программу легче читать, если проверяемое условие находится в начале цикла. И наконец, во многих случаях важно, чтобы тело цикла игнорировалось полностью, если условие вначале не выполняется.

Вложенные циклы. Вложенным называется цикл, находящийся внутри другого цикла.

Пример:

/* Простое число - это такое число, которое 
делится нацело только на 1 и само на себя. 
Первыми простыми числами будут 2, 3, 5, 7 и 11. */
/*простые числа*/ 
main()
{
	int number, divisor, limit;
	int count=0;
	printf("Укажите, пожалуйста, верхний предел 
			для поиска простых чисел. \n");
		printf("Bерхний предел должен быть 2 
			или больше.\n");
	scanf("%d",limit);
	while (limit<2) {
	/* вторая попытка, если ошибка при вводе */
		printf("Bы были невнимательны! 
		Попробуйте еще раз\n");
		scanf("%d",limit);
	}
	printf("Ceйчac напечатаем простые числа!\n");
	for (number=2;number<=limit; number++) 
		/*внешний цикл*/
	{
		for(divisor=2; number%divisor!=0; divisor++)
		;
		if(divisor==number)
		{
			printf("%5d",number);
			if(++count%10==0)
			printf("\n");/* новая строка начинается 
				через каждые 10 простых чисел */
		}
	}
	printf("Pa6oта завершена!\n");
}

Во внешнем цикле каждое число, начиная с 2 и кончая величиной limit, последовательно берется для проверки. Указанная проверка осуществляется во внутреннем цикле. В count хранится счетчик получаемых простых чисел. При печати каждое одиннадцатое простое число печатается с новой строки.

Другие управляющие операторы

Операторы, определяющие циклические вычисления, которые мы рассмотрели, и условные операторы if, if-else и switch, являются важнейшими средствами управления выполнением программы на языке Си. Они должны использоваться для реализации общей структуры программы. Три оператора, рассматриваемые ниже, обычно рассматриваются реже, поскольку слишком частое их использование ухудшает читаемость программы, увеличивает вероятность ошибок и затрудняет ее модификацию. Никлаус Вирт дал определение структурного программирования, как программирования без goto.

Оператор break

Оператор break используется для выхода из оператора while, do, for, switch, непосредственно его содержащего. Управление передается на оператор, следующий за оператором, из которого осуществлен выход. Оператор break имеет форму

break;

Пример:

while((ch=getchar()) != EOF) 
/* читается символ ch=getchar(). Если он не совпадает с EOF, выполняется тело оператора while */
{
	if(ch=='\n')
	break; 
	putchar(ch);
}

Работа цикла полностью прекращается, как только при вводе встречается символ "новая строка".

Оператор continue

Оператор continue служит для пропуска оставшейся части выполняемой итерации цикла, непосредственно его содержащего. Если условиями цикла допускается новая итерация, то она выполняется, в противном случае цикл завершается. Оператор continue имеет следующую форму:

continue;

Пример:

while((ch=getchar()) != EOF) 
/* читается символ ch=getchar(). Если он не совпадает с EOF, выполняется тело оператора while */
{
	if(ch=='\n')
	continue;
	putchar(ch);
}

В версии с оператором continue просто пропускаются символы "новая строка", а выход из цикла происходит, только когда читается признак EOF.

Оператор goto

Оператор goto предназначен для безусловной передачи управления к оператору с указанной меткой. Он имеет следующую форму:

goto метка;

Керниган и Ритчи считают оператор goto "чрезвычайно плохим" средством и предлагают применять его как можно реже или не применять совсем. Приведем пример записи оператора:

goto part1;

Чтобы этот оператор выполнялся правильно, необходимо наличие другого оператора, имеющего метку part1. В этом случае запись оператора начинается с метки, за которой следует двоеточие:

part1: printf("точка перехода\n");

! Избегайте использовать goto! С тех пор как Дейкстра опубликовал свой знаменитый труд "Вредность оператора GOTO", специалисты бились над методами структурного программирования. Полное описание структурного программирования выходит за рамки этого курса лекций, однако отметим, что нужно очень осторожно использовать операторы: goto, break, continue, return.

Если без операторов goto, break, continue, return никак не обойтись, то при использовании goto переходите вперед по коду, а не назад.

Оператор break лучше не использовать для преждевременного выхода из цикла, его полезно использовать внутри оператора switch.

Оператор continue нежелательно использовать для модификации логики циклов.

Почему нежелательно использовать функции со многими операторами return. Один из принципов структурного программирования состоит в том, что программа должна иметь одну точку входа и одну точку выхода. Функции со многими операторами return более сложны для чтения, чем те, которые имеют лишь один оператор return в конце тела функции.

Страницы:

Структурное программирование

Характерными чертами структурного программирования являются:

отказ от неструктурных передач управления;

ограниченное использование глобальных переменных;

модульность.

Цикл с предусловием

Существует три вида циклов: while, for и do. Цикл while имеет следующую форму:

while (e) s;

В предшествующих лекциях мы пользовались этой формой цикла. Рассмотрим еще один пример его работы:

/* угадывание числа */
#include <stdio.h>
main( )
{
	int i = 1; 
	char res;
	printf("Задумайте целое число от 1 до 100. 
		Компьютер попытается угадать его. \n");
	printf ("Отвечайте y, если догадка правильна и");
	printf("\n n, если программа ошибается \n");
	printf("Итак, ваше число %d?\n",i); 
	/*получение ответа */
	while((res = getchar( )) !='y') 
	if(res !='\n') 
	/* пропуск символа новая строка */
		printf("Ну тогда оно равно %d\n" ,++i); 
	printf("Число угадано!\n");
}

!	Это довольно простая программа. Она написана правильно и решает поставленную задачу, но делает это крайне неэффективно. Данный пример показывает, что правильность написания - не единственный критерий, по которому необходимо оценивать программу. При этом очень важна ее эффективность!

!	При построении цикла while вы должны включить в него какие-нибудь конструкции, изменяющие величину проверяемого выражения так, чтобы в конце концов оно стало ложным. В противном случае выполнение цикла никогда не завершится.

Подведем итоги.

while (выражение) оператор

Выполнение оператора циклически повторяется до тех пор, пока выражение не станет ложным, или равным нулю.

Цикл со счетчиком

Оператор цикла for

for(e1; e2; e3) s

является удобной сокращенной записью для цикла while вида

e1;
while(e2) {
	s;
	e3;
}

for(;e2;) s;

с опущенными e1, e3 эквивалентен циклу

while(e2) s;

Цикл

for(;;) s;

со всеми опущенными выражениями эквивалентен циклу

while(TRUE) s;

Можно применять операцию уменьшения для счета в порядке убывания вместо счета в порядке возрастания:

for(n=10; n>0; n--)
printf("%d секунд!\n",n);
printf("Пуск! \n");

При желании можно вести счет двойками, десятками и т.д.:

for (n=2; n<60;n=n+13);
printf("%d\n",n);

Можно вести подсчет с помощью символов, а не только чисел:

for(ch = 'a';ch<='z';ch++)
printf("Величина кода ASCII для %с равна %d.\n",ch,ch);

/* таблица кубов */
main( )
{
	int num;
	for(num=1; num<=6; num++)
	printf("%5d %5d\n", num,num*num*num);
}

А теперь заменим спецификацию

for(num=1; num<=6; num++)

на

for(num=1; num<6; num++)

for(x=100.0; x<150.0; x=x*1.1)
printf("Ваш долг теперь %3.2f.\n",x);

Ваш долг теперь 100.00.
Ваш долг теперь 110.00.
Ваш долг теперь 121.00.
Ваш долг теперь 133.10.
Ваш долг теперь 146.41.

for (x=y=1; y<=75; y=5*x++)
printf("%10d %10d\n",x,y);

!	Хотя этот пример и правильный, он не может служить иллюстрацией хорошего стиля программирования. Программа выглядела бы гораздо понятнее, если бы мы не смешали процесс изменения переменной цикла с алгебраическими вычислениями.

for(;;) {
	...
}

будет выполняться бесконечное число раз, поскольку пустое условие всегда считается истинным.

for(printf("Запоминайте числа! \n"); num != 6;)
scanf("%d",num);
printf("Это как раз то, что я хочу!\n");

for(n=1; n<1000; n+t)

Цикл с постусловием

Цикл

do оператор while(e);

Цикл do while - это конструкция с условием на выходе.

do {
выдвиньте предположение
получите ответ вида y,n
} while(ответ не совпадает с y);

do
оператор
while (ответ будет да)

Пример:

do
	scanf("%d", number);
while(number!=50);

Подведем итоги.

Вложенные циклы. Вложенным называется цикл, находящийся внутри другого цикла.

Пример:

/* Простое число - это такое число, которое 
делится нацело только на 1 и само на себя. 
Первыми простыми числами будут 2, 3, 5, 7 и 11. */
/*простые числа*/ 
main()
{
	int number, divisor, limit;
	int count=0;
	printf("Укажите, пожалуйста, верхний предел 
			для поиска простых чисел. \n");
		printf("Bерхний предел должен быть 2 
			или больше.\n");
	scanf("%d",limit);
	while (limit<2) {
	/* вторая попытка, если ошибка при вводе */
		printf("Bы были невнимательны! 
		Попробуйте еще раз\n");
		scanf("%d",limit);
	}
	printf("Ceйчac напечатаем простые числа!\n");
	for (number=2;number<=limit; number++) 
		/*внешний цикл*/
	{
		for(divisor=2; number%divisor!=0; divisor++)
		;
		if(divisor==number)
		{
			printf("%5d",number);
			if(++count%10==0)
			printf("\n");/* новая строка начинается 
				через каждые 10 простых чисел */
		}
	}
	printf("Pa6oта завершена!\n");
}

Другие управляющие операторы

Оператор break

break;

Пример:

while((ch=getchar()) != EOF) 
/* читается символ ch=getchar(). Если он не совпадает с EOF, выполняется тело оператора while */
{
	if(ch=='\n')
	break; 
	putchar(ch);
}

Работа цикла полностью прекращается, как только при вводе встречается символ "новая строка".

Оператор continue

continue;

Пример:

while((ch=getchar()) != EOF) 
/* читается символ ch=getchar(). Если он не совпадает с EOF, выполняется тело оператора while */
{
	if(ch=='\n')
	continue;
	putchar(ch);
}

Оператор goto

goto метка;

goto part1;

part1: printf("точка перехода\n");

Оператор continue нежелательно использовать для модификации логики циклов.

Занятие пройдено

Предыдущее занятие Занятие пройдено Следующее занятие

Вернуться к учебному плану

Циклы и другие управляющие средства. Структурное программирование

Структурное программирование

Цикл с предусловием

Цикл со счетчиком

Цикл с постусловием

Другие управляющие операторы

Оператор break

Оператор continue

Оператор goto

Структурное программирование

Цикл с предусловием

Цикл со счетчиком

Цикл с постусловием

Другие управляющие операторы

Оператор break

Оператор continue

Оператор goto

Купить дополнительную попытку

Вы действительно хотите купить ещё одну попытку для прохождения тестирования?

Успешно!

Напишите нам, если у вас есть вопросы

Уважаемые пользователи ИНТУИТ!

Уважаемые пользователи ИНТУИТ!

Добро пожаловать на обновлённый сайт НОУ «ИНТУИТ»!