Операторы языка C#

Операторы выбора

Как в С++ и других языках программирования, в языке C# для выбора одной из нескольких возможностей используются две конструкции - if и switch. Первую из них обычно называют альтернативным выбором, вторую - разбором случаев.

Оператор if

Начнем с синтаксиса оператора if:

if(выражение_1) оператор_1
else if(выражение_2) оператор_2
...
else if(выражение_K) оператор_K
else оператор_N

Какие особенности синтаксиса следует отметить? Выражения if должны заключаться в круглые скобки и быть булевого типа. Точнее, выражения должны давать значения true или false. Напомню, арифметический тип не имеет явных или неявных преобразований к булевому типу. По правилам синтаксиса языка С++, then -ветвь оператора следует сразу за круглой скобкой без ключевого слова then, типичного для большинства языков программирования. Каждый из операторов может быть блоком - в частности, if -оператором. Поэтому возможна и такая конструкция:

if(выражение1) if(выражение2) if(выражение3) ...

Ветви else и if, позволяющие организовать выбор из многих возможностей, могут отсутствовать. Может быть опущена и заключительная else -ветвь. В этом случае краткая форма оператора if задает альтернативный выбор - делать или не делать - выполнять или не выполнять then -оператор.

Семантика оператора if проста и понятна. Выражения if проверяются в порядке их написания. Как только получено значение true, проверка прекращается и выполняется оператор (это может быть блок ), который следует за выражением, получившим значение true. С завершением этого оператора завершается и оператор if. Ветвь else, если она есть, относится к ближайшему открытому if.

Оператор switch

Частным, но важным случаем выбора из нескольких вариантов является ситуация, при которой выбор варианта определяется значениями некоторого выражения. Соответствующий оператор C#, унаследованный от C++, но с небольшими изменениями в синтаксисе, называется оператором switch. Вот его синтаксис:

switch(выражение)
{
	case константное_выражение_1: [операторы_1 оператор_перехода_1]
	...
	case константное_выражение_K: [операторы_K оператор_перехода_K]
	[default: операторы_N оператор_перехода_N]
}

Ветвь default может отсутствовать. Заметьте, по синтаксису допустимо, чтобы после двоеточия следовала пустая последовательность операторов, а не последовательность, заканчивающаяся оператором перехода. Константные выражения в case должны иметь тот же тип, что и switch -выражение.

Семантика оператора switch чуть запутана. Вначале вычисляется значение switch -выражения. Затем оно поочередно в порядке следования case сравнивается на совпадение с константными выражениями. Как только достигнуто совпадение, выполняется соответствующая последовательность операторов case -ветви. Поскольку последний оператор этой последовательности является оператором перехода (чаще всего это оператор break ), то обычно он завершает выполнение оператора switch. Использование операторов перехода - это плохая идея. Таким оператором может быть оператор goto, передающий управление другой case -ветви, которая, в свою очередь, может передать управление еще куда-нибудь, получая блюдо "спагетти" вместо хорошо структурированной последовательности операторов. Семантика осложняется еще и тем, что case -ветвь может быть пустой последовательностью операторов. Тогда в случае совпадения константного выражения этой ветви со значением switch -выражения будет выполняться первая непустая последовательность очередной case -ветви. Если значение switch -выражения не совпадает ни с одним константным выражением, то выполняется последовательность операторов ветви default, если же таковой ветви нет, то оператор switch эквивалентен пустому оператору.

Еще одна неудача в синтаксической конструкции switch связана с существенным ограничением, накладываемым на case -выражения, которые могут быть только константным выражением. Уж если изменять оператор, то гораздо лучше было бы использовать синтаксис и семантику Visual Basic, где в case -выражениях допускается список, каждое из выражений которого может задавать диапазон значений.

Разбор случаев - это часто встречающаяся ситуация в самых разных задачах. Применяя оператор switch, помните о недостатках его синтаксиса, используйте его в правильном стиле. Заканчивайте каждую case -ветвь оператором break, но не применяйте goto.

Когда разбор случаев предполагает проверку попадания в некоторый диапазон значений, приходится прибегать к оператору if для формирования специальной переменной. Этот прием демонстрируется в следующем примере, где идет работа над данными нашего класса Testing:

/// <summary>
/// Определяет период в зависимости от возраста - age
/// Использование ветвящегося оператора if
/// </summary>
public void SetPeriod()
{
	if ((age > 0) (age <7))period=1;
	else if ((age >= 7) (age <17))period=2;
	else if ((age >= 17) (age <22))period=3;
	else if ((age >= 22) (age <27))period=4;
	else if ((age >= 27) (age <37))period=5;
	else period =6;
}

Этот пример демонстрирует применение ветвящегося оператора if. С содержательной точки зрения он интересен тем, что в поля класса пришлось ввести специальную переменную period, позволяющую в дальнейшем использовать разбор случаев в зависимости от периода жизни:

/// <summary>
/// Определяет статус в зависимости от периода - period
/// Использование разбора случаев - оператора Switch
/// </summary>
public void SetStatus()	
{
	switch (period)
	{
		case 1:
			status = "child";
			break;
		case 2:
			status = "schoolboy";
			break;
		case 3:
			status = "student";
			break;
		case 4:
			status = "junior researcher";
			break;
		case 5:
			status = "senior researcher";
			break;
		case 6:
			status = "professor";
			break;
		default :
			status = "не определен";
			break;
	}
	Console.WriteLine("Имя = {0}, Возраст = {1}, Статус = {2}",
		name, age, status);
}//SetStatus

Этот пример демонстрирует корректный стиль использования оператора switch. В следующем примере показана роль пустых последовательностей операторов case - ветвей для организации списка выражений одного варианта:

/// <summary>
/// Разбор случаев с использованием списков выражений
/// </summary>
/// <param name="operation">операция над аргументами</param>
/// <param name="arg1">первый аргумент бинарной операции</param>
/// <param name="arg2">второй аргумент бинарной операции</param>
/// <param name="result">результат бинарной операции</param>
public void ExprResult(string operation,int arg1, int arg2,
	ref int result)
{
	switch (operation)
	{
		case "+":
		case "Plus":
		case "Плюс":
			result = arg1 + arg2;
			break;
		case "-":
		case "Minus":
		case "Минус":
			result = arg1 - arg2;
			break;
		case "*":
		case "Mult":
		case "Умножить":
			result = arg1 * arg2;
			break;
		case "/":
		case "Divide":
		case "Div":
		case "разделить":
		case "Делить":
			result = arg1 / arg2;
			break;
		default:
			result = 0;
			Console.WriteLine("Операция не определена");
			break;
	}
	Console.WriteLine ("{0} ({1}, {2}) = {3}",
		operation, arg1, arg2, result);
}//ExprResult

Операторы перехода

Операторов перехода, позволяющих прервать естественный порядок выполнения операторов блока, в языке C# имеется несколько.

Оператор goto

Оператор goto имеет простой синтаксис и семантику:

goto [метка|case константное_выражение|default];

Все операторы языка C# могут иметь метку - уникальный идентификатор, предшествующий оператору и отделенный от него символом двоеточия. Передача управления помеченному оператору - это классическое использование оператора goto. Два других способа использования goto (передача управления в case или default - ветвь ) используются в операторе switch, о чем шла речь выше.

"О вреде оператора goto " и о том, как можно обойтись без него, писал еще Эдгар Дейкстра при обосновании принципов структурного программирования.

Операторы break и continue

В структурном программировании признаются полезными "переходы вперед" (но не назад), позволяющие при выполнении некоторого условия выйти из цикла, из оператора выбора, из блока. Для этой цели можно использовать оператор goto, но лучше применять специально предназначенные для этих целей операторы break и continue.

Оператор break может стоять в теле цикла или завершать case - ветвь в операторе switch. Пример его использования в операторе switch уже демонстрировался. При выполнении оператора break в теле цикла завершается выполнение самого внутреннего цикла. В теле цикла, чаще всего, оператор break помещается в одну из ветвей оператора if, проверяющего условие преждевременного завершения цикла:

public void Jumps()
{
	int i = 1, j=1;
	for(i =1; i<100; i++)
	{
		for(j = 1; j<10;j++)
		{
			if (j>=3) break;
		}
		Console.WriteLine("Выход из цикла j при j = {0}", j);
		if (i>=3) break;
	}
	Console.WriteLine("Выход из цикла i при i= {0}", i);
}//Jumps

Оператор continue используется только в теле цикла. В отличие от оператора break, завершающего внутренний цикл, continue осуществляет переход к следующей итерации этого цикла.

Оператор return

Еще одним оператором, относящимся к группе операторов перехода, является оператор return, позволяющий завершить выполнение процедуры или функции. Его синтаксис:

return [выражение];

Для функций его присутствие и аргумент обязательны, поскольку выражение в операторе return задает значение, возвращаемое функцией.

Операторы цикла

Без циклов жить нельзя в программах, нет.

Оператор for

Наследованный от С++ весьма удобный оператор цикла for обобщает известную конструкцию цикла типа арифметической прогрессии. Его синтаксис:

for(инициализаторы; условие; список_выражений) оператор

Оператор, стоящий после закрывающей скобки, задает тело цикла. В большинстве случаев телом цикла является блок. Сколько раз будет выполняться тело цикла, зависит от трех управляющих элементов, заданных в скобках. Инициализаторы задают начальное значение одной или нескольких переменных, часто называемых счетчиками или просто переменными цикла. В большинстве случаев цикл for имеет один счетчик, но часто полезно иметь несколько счетчиков, что и будет продемонстрировано в следующем примере. Условие задает условие окончания цикла, соответствующее выражение при вычислении должно получать значение true или false. Список выражений, записанный через запятую, показывает, как меняются счетчики цикла на каждом шаге выполнения. Если условие цикла истинно, то выполняется тело цикла, затем изменяются значения счетчиков и снова проверяется условие. Как только условие становится ложным, цикл завершает свою работу. В цикле for тело цикла может ни разу не выполняться, если условие цикла ложно после инициализации, а может происходить зацикливание, если условие всегда остается истинным. В нормальной ситуации тело цикла выполняется конечное число раз.

Счетчики цикла зачастую объявляются непосредственно в инициализаторе и соответственно являются переменными, локализованными в цикле, так что после завершения цикла они перестают существовать.

В тех случаях, когда предусматривается возможность преждевременного завершения цикла с помощью одного из операторов перехода, счетчики объявляются до цикла, что позволяет анализировать их значения при выходе из цикла.

В качестве примера рассмотрим классическую задачу: является ли строка текста палиндромом. Напомню, палиндромом называется симметричная строка текста, читающаяся одинаково слева направо и справа налево. Для ее решения цикл for подходит наилучшим образом: здесь используются два счетчика - один возрастающий, другой убывающий. Вот текст соответствующей процедуры:

/// <summary>
/// Определение палиндромов.Демонстрация цикла for
/// </summary>
/// <param name="str">текст</param>
/// <returns>true - если текст является палиндромом</returns>
public bool Palindrom(string str)
{
	for (int i =0,j =str.Length-1; i<j; i++,j--)
		if(str[i]!=str[j]) return(false);
	return(true);
}//Palindrom

Циклы While

Цикл while (выражение) является универсальным видом цикла, включаемым во все языки программирования. Тело цикла выполняется до тех пор, пока остается истинным выражение while. В языке C# у этого вида цикла две модификации - с проверкой условия в начале и в конце цикла. Первая модификация имеет следующий синтаксис:

while(выражение) оператор

Эта модификация соответствует стратегии: "сначала проверь, а потом делай". В результате проверки может оказаться, что и делать ничего не нужно. Тело такого цикла может ни разу не выполняться. Конечно же, возможно и зацикливание. В нормальной ситуации каждое выполнение тела цикла - это очередной шаг к завершению цикла.

Цикл, проверяющий условие завершения в конце, соответствует стратегии: "сначала делай, а потом проверь". Тело такого цикла выполняется, по меньшей мере, один раз. Вот синтаксис этой модификации:

do
	оператор
while(выражение);

Приведу пример, в котором участвуют обе модификации цикла while. Во внешнем цикле проверка выполняется в конце, во внутреннем - в начале. Внешний цикл представляет собой типичный образец организации учебных программ, когда в диалоге с пользователем многократно решается некоторая задача. На каждом шаге пользователь вводит новые данные, решает задачу и анализирует полученные данные. В его власти, продолжить вычисления или нет, но хотя бы один раз решить задачу ему приходится. Внутренний цикл do while используется для решения уже известной задачи с палиндромами. Вот текст соответствующей процедуры:

/// <summary>
/// Два цикла: с проверкой в конце и в начале.
/// Внешний цикл - образец многократно решаемой задачи.
/// Завершение цикла определяется в диалоге
/// с пользователем.
/// </summary>
public void Loop()
{
	string answer, text;
	do
	{
		Console.WriteLine("Введите слово");
		text = Console.ReadLine();
		int i =0, j = text.Length-1;
		while ((i<j)  (text[i] == text[j]))
			{i++; j--;}
		if (text[i] == text[j])
			Console.WriteLine(text +" - это палиндром!");
		else
			Console.WriteLine(text +" - это не палиндром!");
		Console.WriteLine("Продолжим? (yes/no)");
		answer = Console.ReadLine();
	}
	while(answer =="yes");
}//Loop

Цикл foreach

Новым видом цикла, не унаследованным от С++, является цикл foreach, удобный при работе с массивами, коллекциями и другими подобными контейнерами данных. Его синтаксис:

foreach(тип идентификатор in контейнер) оператор

Цикл работает в полном соответствии со своим названием - тело цикла выполняется для каждого элемента в контейнере. Тип идентификатора должен быть согласован с типом элементов, хранящихся в контейнере данных. Предполагается также, что элементы контейнера (массива, коллекции) упорядочены. На каждом шаге цикла идентификатор, задающий текущий элемент контейнера, получает значение очередного элемента в соответствии с порядком, установленным на элементах контейнера. С этим текущим элементом и выполняется тело цикла - выполняется столько раз, сколько элементов находится в контейнере. Цикл заканчивается, когда полностью перебраны все элементы контейнера.

Серьезным недостатком циклов foreach в языке C# является то, что цикл работает только на чтение, но не на запись элементов. Так что наполнять контейнер элементами приходится с помощью других операторов цикла.

В приведенном ниже примере показана работа с трехмерным массивом. Массив создается с использованием циклов типа for, а при нахождении суммы его элементов, минимального и максимального значения используется цикл foreach:

/// <summary>
/// Демонстрация цикла foreach. Вычисление суммы,
/// максимального и минимального элементов
/// трехмерного массива, заполненного случайными числами.
/// </summary>
public void SumMinMax()
{
	int [,,] arr3d = new int[10,10,10];
	Random rnd = new Random();
	for (int i =0; i<10; i++)
		for (int j =0; j<10; j++)
			for (int k =0; k<10; k++)
				arr3d[i,j,k]= rnd.Next(100);
	long sum =0; int min=arr3d[0,0,0], max=arr3d[0,0,0];
	foreach(int item in arr3d)
	{
		sum +=item;
		if (item > max) max = item;
		else if (item < min) min = item;
	}
	Console.WriteLine("sum = {0}, min = {1}, max = {2}",
		sum, min, max);
}//SumMinMax