C++ 控制流

控制流(control flow)是程序的"指挥棒"——决定代码按什么顺序执行。没有控制流的程序就是"从上到下一行行执行",有了控制流,程序就能"判断分支""重复干活"。这一章我们看 C++ 的三大控制流:分支(if/switch)、循环(for/while)、跳转(break/continue)。

一、if/else 条件判断

最基础的条件判断,根据条件的真假选择执行哪段代码:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int score = 75;

    // 1. 单分支
    if (score >= 60) {
        cout << "及格" << endl;
    }

    // 2. 双分支
    if (score >= 60) {
        cout << "及格" << endl;
    } else {
        cout << "不及格" << endl;
    }

    // 3. 多分支(else if 链)
    if (score >= 90) {
        cout << "A" << endl;
    } else if (score >= 80) {
        cout << "B" << endl;
    } else if (score >= 70) {
        cout << "C" << endl;
    } else if (score >= 60) {
        cout << "D" << endl;
    } else {
        cout << "F" << endl;
    }
    // 输出: C
    return 0;
}

几个要点:

• 条件必须是 bool 或能转 bool 的表达式:整数 0 是 false,非 0 都是 true。
• else if 不是关键字:它是 else 后跟一个 if 语句的简写,本质是嵌套。
• 花括号建议总是写:即便只有一条语句。Google C++ 风格指南强制要求,可以避免"苹果 goto bug"那种著名漏洞。
• 条件里声明变量(C++17):if (int x = compute(); x > 0),变量在 if 作用域内有效。

二、switch 多分支

当需要根据一个变量的多个值做不同处理时,switch 比 if/else 链更清晰:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int day = 3;

    // switch:根据一个整型/字符/枚举值跳转
    switch (day) {
        case 1:
            cout << "周一" << endl;
            break;   // 必须 break,否则会"贯穿"执行下一个 case
        case 2:
            cout << "周二" << endl;
            break;
        case 3:
            cout << "周三" << endl;
            break;
        case 4:
        case 5:
            cout << "周四周五" << endl;   // 多个 case 共享一段代码
            break;
        default:                            // 默认分支
            cout << "周末" << endl;
    }
    // 输出: 周三

    // switch vs if/else:switch 适合"值匹配",if 适合"范围判断"
    return 0;
}

switch 的贯穿陷阱:case 后必须写 break,否则会"贯穿"执行下一个 case 的代码:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int level = 1;

    // 不写 break 会"贯穿"(fallthrough)
    switch (level) {
        case 3:
            cout << "High" << endl;
            // 没有 break,继续执行 case 2!
        case 2:
            cout << "Mid" << endl;
            // 没有 break,继续执行 case 1!
        case 1:
            cout << "Low" << endl;
            break;
    }
    // level=1 时只输出: Low
    // level=2 时输出:   Mid Low
    // level=3 时输出:   High Mid Low

    // 这种"贯穿"有时是故意的(共享代码),但容易出错
    // 建议开 -Wimplicit-fallthrough 让编译器警告意外的贯穿
    return 0;
}

switch 的限制:

• 只能匹配整型/字符/枚举:不能匹配字符串、浮点(C++ 没这能力,Java 才有)。
• case 必须是编译期常量:不能写 case x:(x 是变量)。
• 适合"值匹配":多个离散值用 switch;范围判断用 if/else。

三、for 循环

for 循环用于"明确次数"的重复:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 1. 经典 for 循环:初始化; 条件; 更新
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;
    // 输出: 0 1 2 3 4

    // 2. 倒序
    for (int i = 5; i > 0; i--) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;
    // 输出: 5 4 3 2 1

    // 3. 步长为 2
    for (int i = 0; i < 10; i += 2) {
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;
    // 输出: 0 2 4 6 8

    // 4. 嵌套循环(经典:九九乘法表)
    for (int i = 1; i <= 3; i++) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            cout << j << "*" << i << "=" << i*j << " ";
        }
        cout << endl;
    }
    return 0;
}

三个组成部分:

• 初始化(int i = 0):循环开始前执行一次。
• 条件(i < 5):每次循环开始判断,为假就结束。
• 更新(i++):每次循环体执行完后跑。

三个部分都可以省略,但分号要保留——for(;;) 就是死循环。

四、while 与 do-while

while 用于"次数不确定,只看条件"的循环:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 1. while:先判断再执行
    int i = 0;
    while (i < 5) {
        cout << i << " ";
        i++;
    }
    cout << endl;
    // 输出: 0 1 2 3 4

    // 2. do-while:先执行一次再判断(至少跑一次)
    int j = 10;
    do {
        cout << j << " ";
        j++;
    } while (j < 5);
    cout << endl;
    // 输出: 10 (即便条件一开始就为假,也执行一次)

    // 3. while 实战:数字位数统计
    int n = 12345;
    int digits = 0;
    while (n > 0) {
        digits++;
        n /= 10;
    }
    cout << "位数: " << digits << endl;   // 5
    return 0;
}

• while:先判断再执行。条件一开始就为假就一次都不跑。
• do-while:先执行一次再判断。至少跑一次。用于"先做一遍再说"的场景,如菜单交互。

五、break 与 continue

这两个是循环里的"提前退出"机制:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // break:跳出整个循环
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        if (i == 5) break;     // i=5 时跳出
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;
    // 输出: 0 1 2 3 4

    // continue:跳过本次,进入下一次
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        if (i % 2 == 0) continue;   // 跳过偶数
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;
    // 输出: 1 3 5 7 9

    // break 跳出嵌套循环:只能跳一层
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            if (i == 1 && j == 1) break;   // 只跳出内层 j 循环
            cout << i << "," << j << " ";
        }
    }
    cout << endl;
    // 输出: 0,0 0,1 0,2 1,0 2,0 2,1 2,2

    // 想一次跳多层:用 flag 或 goto
    bool found = false;
    for (int i = 0; i < 3 && !found; i++) {
        for (int j = 0; j < 3 && !found; j++) {
            if (i == 1 && j == 1) {
                found = true;   // 外层也会终止
            }
        }
    }
    return 0;
}

• break:立刻跳出整个循环。
• continue:跳过本次循环体的剩余部分,进入下一次。
• 嵌套循环:break 只跳一层。要跳多层得用 flag 变量,或者把内层循环抽成函数配合 return。

六、range-for(C++11 必备)

这是现代 C++ 最常用的循环——遍历容器:

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    // C++11 引入的 range-for(类似 Python 的 for x in xs)
    vector<int> nums = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 1. 只读访问
    for (int x : nums) {
        cout << x << " ";
    }
    cout << endl;
    // 输出: 1 2 3 4 5

    // 2. 用引用修改元素
    for (int& x : nums) {   // 注意 & 表示引用
        x *= 2;             // 修改原始元素
    }
    for (int x : nums) cout << x << " ";
    cout << endl;
    // 输出: 2 4 6 8 10

    // 3. 用 auto 让编译器推导类型
    for (auto& x : nums) {
        x += 1;
    }

    // 4. 遍历字符串
    string s = "hello";
    for (char c : s) {
        cout << c << "-";
    }
    cout << endl;
    // 输出: h-e-l-l-o-
    return 0;
}

• 只读:for (int x : nums) —— x 是元素的副本。
• 修改:for (int& x : nums) —— x 是元素的引用,可以改原元素。
• auto:for (auto& x : nums) —— 让编译器推导类型,最省心。
• 性能:遍历大对象时务必用引用,否则每个元素都会被拷贝一次,性能差几个数量级。

七、死循环与 goto

有些场景需要"无限循环 + 条件退出":

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    // 1. for(;;) 是经典死循环写法
    int count = 0;
    for (;;) {
        count++;
        if (count >= 10) break;   // 必须有出口
    }

    // 2. while(true) 等价
    int i = 0;
    while (true) {
        i++;
        if (i >= 10) break;
    }

    // 死循环常用于:游戏主循环、服务监听、CLI 交互
    // 但必须有明确的退出条件(break / return),否则会卡死

    // 3. goto(了解,不要用)
    // C++ 保留了 goto,可以无条件跳转
    int x = 0;
    loop:
        x++;
        if (x < 5) goto loop;
    cout << x << endl;   // 5
    // 现代 C++ 强烈反对 goto,它会让代码"面条化"
    return 0;
}

• 死循环:游戏主循环、服务器监听、CLI 交互。必须有退出条件(break/return),否则卡死。
• goto:C++ 保留了,但不要用。它让代码"面条化",极难维护。唯一可以接受的是跳出多层嵌套循环,但用 flag 或抽函数更好。

小结

这一章你掌握了 C++ 的全部控制流:if/else 条件分支、switch 多分支(注意 break)、for 经典循环、while/do-while 条件循环、break/continue 跳转、range-for 现代遍历。下一篇我们看函数——怎么把代码组织成可复用的块。

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