Пример 4-2. В главе 2 мы привели программу подсчета числа вхождений каждой цифры, символов пустых промежутков и всех остальных символов, использующую последовательность:
if ... else if ... else.
Вот та же самая программа с переключателем:
main() // Подсчет цифр, пробелов и др. символов
{
int c, i, nwhite, nother, ndigit[10];
nwhite = nother = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
ndigit[i] = 0;
while ((c = getchar()) != eof)
{
switch (c)
{
case '0':
case '1':
case '2':
case '3':
case '4':
case '5':
case '6':
case '7':
case '8':
case '9':
ndigit[c-'0']++;
break;
case ' ':
case '\n':
case '\t':
nwhite++;
break;
default :
nother++;
break;
}
}
printf("digits =");
for (i = 0; i < 10; i++)
printf(" %d", ndigit[i]);
printf("\nwhite space = %d, other = %d\n",
nwhite, nother);
return 0;
}
Переключатель вычисляет целое выражение в круглых скобках (в данной программе – значение символа с) и сравнивает его значение со всеми случаями (case). Каждый случай должен быть помечен либо целым, либо символьной константой, либо константным выражением. Если значение константного выражения, стоящего после вариантного префикса case, совпадает со значением целого выражения, то выполнение начинается с этого случая. Если ни один из случаев не подходит, то выполняется оператор после префикса default. Префикс default является необязательным ,если его нет, и ни один из случаев не подходит, то вообще никакие действия не выполняются. Случаи и выбор по умолчанию могут располагаться в любом порядке. Все случаи должны быть различными.
Оператор break приводит к немедленному выходу из переключателя. Поскольку случаи служат только в качестве меток, то если вы не предпримите явных действий после выполнения операторов, соответствующих одному случаю, вы провалитесь на следующий случай. Операторы break и return являются самым обычным способом выхода из переключателя. Как мы обсудим позже в этой главе, оператор break можно использовать и для немедленного выхода из операторов цикла while, for и do.
Проваливание сквозь случаи имеет как свои достоинства, так и недостатки. К положительным качествам можно отнести то, что оно позволяет связать несколько случаев с одним действием, как было с пробелом, табуляцией и новой строкой в нашем примере. Но в то же время оно обычно приводит к необходимости заканчивать каждый случай оператором break, чтобы избежать перехода к следующему случаю. Проваливание с одного случая на другой обычно бывает неустойчивым, так как оно склонно к расщеплению при модификации программы. За исключением, когда одному вычислению соответствуют несколько меток, проваливание следует использовать умеренно.
Заведите привычку ставить оператор break после последнего случая (в данном примере после default), даже если это не является логически необходимым. В один прекрасный день, когда вы добавите в конец еще один случай (case), эта маленькая мера предосторожности избавит вас от неприятностей.
Упражнение 4-1. Напишите программу для функции expand(s,t), которая копирует строку s в t, заменяя при этом символы табуляции и новой строки на видимые условные последовательности, как \n и \t. Используйте переключатель.
4.5. Циклы while и for
Мы уже сталкивались с операторами цикла while и for. В конструкции:
while (выражение)
оператор;
вычисляется выражение. Если его значение отлично от нуля, то выполняется оператор и выражение вычисляется снова. Этот цикл продолжается до тех пор, пока значение выражения не станет нулем, после чего выполнение программы продолжается с места после оператора.
Конструкция for вида:
for (выражение 1; выражение 2; выражение 3)
оператор;
эквивалентна конструкции while вида:
выражение 1;
while (выражение 2)
{
оператор;
выражение 3;
}
Грамматически все три компонента в for являются выражениями. Наиболее распространенным является случай, когда выражение 1 и выражение 3 являются присваиваниями или обращениями к функциям, а выражение 2 – условным выражением. Любая из трех частей может быть опущена, хотя точки с запятой при этом должны оставаться. Если отсутствует выражение 1 или выражение 3, то оно просто выпадает из расширения. Если же отсутствует проверка, выражение 2, то считается, как будто оно всегда истинно, так что:
for (;;)
{
...
}
является бесконечным циклом, о котором предполагается, что он будет прерван другими средствами (такими как break или return).
Использовать ли while или for – это, в основном дело вкуса. Например в
while ((c = getchar())==' ' || c=='\n' || c=='\t')
; // Пропустить символы-разделители
нет ни инициализации, ни реинициализации, так что цикл while выглядит самым естественным.
Цикл for, очевидно, предпочтительнее там, где имеется простая инициализация и реинициализация, поскольку при этом управляющие циклом операторы наглядным образом оказываются вместе в начале цикла. Это наиболее очевидно в конструкции:
for (i = 0; i < n; i++) ,
которая является идиомой языка «C» для обработки первых n элементов массива, аналогичной оператору цикла DO в ФОРТРАНЕ и PL/1. Аналогия, однако, не полная, так как границы цикла могут быть изменены внутри цикла, а управляющая переменная сохраняет свое значение после выхода из цикла, какова бы ни была причина этого выхода. Поскольку компонентами for могут быть произвольные выражения, они не ограничиваются только арифметическими прогрессиями. Тем не менее является плохим стилем включать в for вычисления, которые не относятся к управлению циклом, лучше поместить их в управляемые циклом операторы.
Пример 4-3. В качестве большего по размеру примера приведем другой вариант функции atoi, преобразующей строку в ее численный эквивалент. Этот вариант является более общим; он допускает присутствие в начале символов пустых промежутков и знака + или – . (В главе 5 приведена функция atof, которая выполняет то же самое преобразование для чисел с плавающей точкой).
Общая схема программы отражает форму поступающих данных:
· пропустить пустой промежуток, если он имеется;
· извлечь знак, если он имеется;
· извлечь целую часть и преобразовать ее.
Каждый шаг выполняет свою часть работы и оставляет все в подготовленном состоянии для следующей части. Весь процесс заканчивается на первом символе, который не может быть частью числа.
int atoi(char s[]) //Преобразовать s в целое; версия 2
{
int i, n, sign;
for(i=0;s[i]==' ' || s[i]=='\n' || s[i]=='\t';i++)
; // Игнорировать символы-разделители
sign = (s[i++]=='-') ? -1 : 1;
if(s[i] == '+' || s[i] == '-') // Пропуск знака
i++;
for( n = 0; s[i] >= '0' && s[i] <= '9'; i++)
n = 10 * n + (s[i] - '0');
return(sign * n);
}
Пример 4-4. Преимущества централизации управления циклом становятся еще более очевидными, когда имеется несколько вложенных циклов. Следующая функция сортирует массив целых чисел по методу Шелла. Основная идея сортировки по Шеллу заключается в том, что сначала сравниваются удаленные элементы, а не смежные, как в обычном методе сортировки. Это приводит к быстрому устранению большой части неупорядоченности и сокращает последующую работу. Интервал между элементами постепенно сокращается до единицы, когда сортировка фактически превращается в метод перестановки соседних элементов.
void shell(int v[],int n) // Сортировать v[0]...v[n-1]
// в порядке возрастания
{
int gap, i, j, temp;
for (gap = n/2; gap > 0; gap /= 2)
for (i = gap; i < n; i++)
for (j=i-gap; j>=0 && v[j]>v[j+gap]; j-=gap)
{
temp = v[j];
v[j] = v[j+gap];
v[j+gap] = temp;
}
}
Здесь имеются три вложенных цикла. Самый внешний цикл управляет интервалом между сравниваемыми элементами, уменьшая его от n/2 вдвое при каждом проходе, пока он не станет равным нулю. Средний цикл сравнивает каждую пару элементов, разделенных на величину интервала; самый внутренний цикл переставляет любую неупорядоченную пару. Так как интервал в конце концов сводится к единице, все элементы в результате упорядочиваются правильно. Отметим, что в силу общности конструкции for внешний цикл укладывается в ту же самую форму, что и остальные, хотя он и не является арифметической прогрессией.
Пример 4-5. Последней операцией языка «C» является запятая «,», которая чаще всего используется в операторе for. Два выражения, разделенные запятой, вычисляются слева направо, причем типом и значением результата являются тип и значение правого операнда. Таким образом, в различные части оператора for можно включить несколько выражений, например, для параллельного изменения двух индексов. Это иллюстрируется функцией reverse(s), которая располагает строку s в обратном порядке на том же месте.
void reverse(char s[]) // Расположить строку s
// в обратном порядке
{
int c, i, j;
for(i = 0, j = strlen(s) - 1; i < j; i++, j--)
{
c = s[i];
s[i] = s[j];
s[j] = c;
}
}
Запятые, которые разделяют аргументы функций, переменные в описаниях и т.д., не имеют отношения к операции запятая и не обеспечивают вычислений слева направо.
Упражнение 4-2. Составьте программу для функции expand(s1,s2), которая расширяет сокращенные обозначения вида а-z из строки s1 в эквивалентный полный список авс...xyz в s2. Допускаются сокращения для строчных и прописных букв и цифр. Будьте готовы иметь дело со случаями типа а-в-с, а-z0-9 и -а-z. (Полезное соглашение состоит в том, что символ – , стоящий в начале или конце s1, воспринимается буквально как минус).
Как уже отмечалось в главе 2, циклы while и for обладают тем приятным свойством, что в них проверка окончания осуществляется в начале, а не в конце цикла. Третий оператор цикла языка «C», do-while, проверяет условие окончания в конце, после каждого прохода через тело цикла; тело цикла всегда выполняется по крайней мере один раз. Синтаксис этого оператора имеет вид:
do
оператор;
while (выражение);
Сначала выполняется оператор, затем вычисляется выражение. Если оно истинно, то оператор выполняется снова и т.д. Если выражение становится ложным, цикл заканчивается.