# 流程控制

程序由若干条语句组成，程序的执行顺序称为**流程**。C++ 提供了三种基本流程结构，以及若干跳转语句来灵活控制程序走向：

- **顺序结构**：语句自上而下依次执行。
- **选择结构**（分支结构）：根据条件决定执行哪一条分支。
- **循环结构**：在满足条件时重复执行某段代码。
- **跳转语句**：`break`、`continue`、`goto`、`return`，用于改变流程走向。

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## 一、顺序结构

顺序结构是最基本的流程结构，代码按照书写的先后顺序从上到下逐条执行。

```cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a = 10;
    int b = 20;
    int sum = a + b;          // 先计算
    cout << "sum = " << sum << endl;  // 再输出
    return 0;
}
```

输出：

```text
sum = 30
```

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## 二、选择结构

选择结构根据条件表达式的真假，选择性地执行不同的代码块。条件表达式中，**0 表示假（false）**，**非 0 表示真（true）**。

### 2.1 if 语句

语法：

```cpp
if (条件表达式) {
    // 条件为真时执行的语句
}
```

示例：

```cpp
int score = 85;
if (score >= 60) {
    cout << "及格" << endl;
}
```

### 2.2 if-else 语句

语法：

```cpp
if (条件表达式) {
    // 条件为真
} else {
    // 条件为假
}
```

示例：

```cpp
int num = 7;
if (num % 2 == 0) {
    cout << num << " 是偶数" << endl;
} else {
    cout << num << " 是奇数" << endl;
}
```

### 2.3 if-else if-else 多分支

语法：

```cpp
if (条件1) {
    // 条件1成立
} else if (条件2) {
    // 条件2成立
} else if (条件3) {
    // 条件3成立
} else {
    // 以上都不成立
}
```

示例（成绩等级判定）：

```cpp
int score = 85;
if (score >= 90) {
    cout << "优秀" << endl;
} else if (score >= 80) {
    cout << "良好" << endl;
} else if (score >= 60) {
    cout << "及格" << endl;
} else {
    cout << "不及格" << endl;
}
```

> **注意**：多分支按顺序自上而下判断，一旦某个条件成立，后面的分支将不再判断。因此条件的顺序很重要（例如先判断 `>= 90` 再判断 `>= 80`）。

### 2.4 嵌套 if

在一个 `if` 内部再写 `if`，即嵌套分支。示例：判断一个数是否为三个数中的最大值。

```cpp
int a = 3, b = 8, c = 5;
if (a >= b) {
    if (a >= c) {
        cout << "最大值是 " << a << endl;
    } else {
        cout << "最大值是 " << c << endl;
    }
} else {
    if (b >= c) {
        cout << "最大值是 " << b << endl;
    } else {
        cout << "最大值是 " << c << endl;
    }
}
```

> **悬挂 else 问题**：`else` 总是与它前面最近的、尚未配对的 `if` 配对。建议始终使用花括号 `{}` 明确代码块范围，避免歧义。

### 2.5 switch 语句

`switch` 适合根据一个整型或枚举表达式的**多个固定取值**进行分支。

语法：

```cpp
switch (表达式) {
    case 常量1:
        // 语句
        break;
    case 常量2:
        // 语句
        break;
    default:
        // 其他情况
        break;
}
```

示例（根据数字输出星期）：

```cpp
int day = 3;
switch (day) {
    case 1: cout << "星期一" << endl; break;
    case 2: cout << "星期二" << endl; break;
    case 3: cout << "星期三" << endl; break;
    case 4: cout << "星期四" << endl; break;
    case 5: cout << "星期五" << endl; break;
    case 6: cout << "星期六" << endl; break;
    case 7: cout << "星期日" << endl; break;
    default: cout << "非法输入" << endl; break;
}
```

**switch 的要点：**

- `switch` 的表达式只能是整型（`int`、`char`、`enum` 等）或可隐式转换为整型的类型，**不能是浮点数或字符串**。
- `case` 后面必须是**常量表达式**，各 `case` 的值不能重复。
- **`break` 的作用是跳出 switch**。如果省略 `break`，程序会继续执行下一个 `case` 的语句，这称为**case 穿透（fall-through）**。有时可利用穿透实现多个值共享同一段逻辑：

```cpp
char grade = 'B';
switch (grade) {
    case 'A':
    case 'B':
        cout << "良好及以上" << endl;  // A 和 B 都执行这里
        break;
    case 'C':
        cout << "及格" << endl;
        break;
    default:
        cout << "其他" << endl;
}
```

### 2.6 三目运算符 ?:

三目运算符是一个简洁的条件表达式：

```cpp
结果 = 条件 ? 值1 : 值2;
```

条件为真取 `值1`，否则取 `值2`。示例：

```cpp
int a = 10, b = 20;
int max = (a > b) ? a : b;   // max = 20
cout << "较大值：" << max << endl;
```

### if 与 switch 对比

| 特性 | if / else if | switch |
| --- | --- | --- |
| 判断类型 | 任意布尔条件、范围判断 | 整型/枚举的相等比较 |
| 表达式 | 可以是关系、逻辑表达式 | 只能是比较具体的值 |
| 可读性 | 范围判断清晰 | 多固定值分支更清晰 |
| 穿透行为 | 无 | 有（需 `break` 控制） |

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## 三、循环结构

循环结构用于重复执行某段代码，直到条件不再满足。C++ 有三种循环语句：`for`、`while`、`do-while`。

### 3.1 for 循环

适合**已知循环次数**的场景。

语法：

```cpp
for (初始化; 循环条件; 迭代更新) {
    // 循环体
}
```

执行流程：初始化 → 判断条件 → 执行循环体 → 迭代更新 → 再判断条件……

示例（求 1 到 100 的和）：

```cpp
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
    sum += i;
}
cout << "1+2+...+100 = " << sum << endl;  // 5050
```

### 3.2 while 循环

适合**循环次数不确定、依赖条件**的场景。先判断条件，再执行循环体。

语法：

```cpp
while (循环条件) {
    // 循环体
}
```

示例（求一个整数的各位数字之和）：

```cpp
int n = 12345;
int sum = 0;
while (n > 0) {
    sum += n % 10;   // 取个位
    n /= 10;         // 去掉个位
}
cout << "各位之和：" << sum << endl;  // 15

3.3 do-while 循环

先执行一次循环体，再判断条件。**无论条件是否成立，循环体至少执行一次。**

语法：

```cpp
do {
    // 循环体
} while (循环条件);   // 注意结尾的分号
```

示例（至少执行一次的输入校验）：

```cpp
int input;
do {
    cout << "请输入一个正整数：";
    cin >> input;
} while (input <= 0);
cout << "你输入的是：" << input << endl;
```

### 3.4 范围 for 循环（C++11）

用于遍历数组或容器中的每个元素，语法更简洁。

```cpp
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int x : arr) {
    cout << x << " ";
}
// 输出：1 2 3 4 5
```

如果需要修改元素，需使用引用 `&`：

```cpp
for (int &x : arr) {
    x *= 2;   // 每个元素翻倍
}
```

### 3.5 嵌套循环

一个循环内部再包含另一个循环。常用于多维数据处理，如打印图形、矩阵。

示例（打印九九乘法表）：

```cpp
for (int i = 1; i <= 9; i++) {
    for (int j = 1; j <= i; j++) {
        cout << j << "*" << i << "=" << i * j << "\t";
    }
    cout << endl;
}
```

### 三种循环对比

| 循环 | 判断时机 | 最少执行次数 | 适用场景 |
| --- | --- | --- | --- |
| `for` | 先判断后执行 | 0 次 | 已知循环次数 |
| `while` | 先判断后执行 | 0 次 | 次数不定、依赖条件 |
| `do-while` | 先执行后判断 | 1 次 | 至少执行一次 |

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## 四、跳转语句

### 4.1 break

- 在**循环**中：立即跳出当前层循环，不再继续。
- 在 **switch** 中：结束 switch 分支。

示例（查找第一个能被 7 整除的数）：

```cpp
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
    if (i % 7 == 0) {
        cout << "第一个能被 7 整除的数：" << i << endl;  // 7
        break;   // 找到后立即跳出循环
    }
}
```

> `break` 只能跳出**当前一层**循环；嵌套循环中需配合其他手段跳出多层。

### 4.2 continue

跳过本次循环中 `continue` 之后的语句，直接进入下一次循环的条件判断。

示例（输出 1~10 中的奇数）：

```cpp
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
    if (i % 2 == 0) {
        continue;   // 偶数跳过
    }
    cout << i << " ";
}
// 输出：1 3 5 7 9
```

### 4.3 goto

无条件跳转到同一函数内的某个标号处。**现代 C++ 中一般不推荐使用**，会破坏程序结构、降低可读性，仅在某些跳出多层循环的场景偶尔使用。

语法：

```cpp
goto 标号;
...
标号:
    // 语句
```

示例：

```cpp
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    for (int j = 0; j < 10; j++) {
        if (i * j == 12) {
            cout << "找到: i=" << i << ", j=" << j << endl;
            goto end;   // 直接跳出两层循环
        }
    }
}
end:
    cout << "循环结束" << endl;
```

### 4.4 return

结束当前函数的执行，并将结果（若有）返回给调用者。在 `main` 函数中执行 `return 0;` 表示程序正常结束。

```cpp
int add(int a, int b) {
    return a + b;   // 返回后函数立即结束
}
```

---

## 五、综合实例

### 实例 1：判断是否为素数

```cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int n;
    cin >> n;
    bool isPrime = (n > 1);
    for (int i = 2; i * i <= n; i++) {
        if (n % i == 0) {
            isPrime = false;
            break;
        }
    }
    cout << n << (isPrime ? " 是素数" : " 不是素数") << endl;
    return 0;
}
```

### 实例 2：简单的菜单选择（switch + 循环）

```cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int choice;
    do {
        cout << "\n=== 菜单 ===" << endl;
        cout << "1. 打招呼" << endl;
        cout << "2. 显示版本" << endl;
        cout << "0. 退出" << endl;
        cout << "请选择：";
        cin >> choice;

        switch (choice) {
            case 1: cout << "你好，欢迎学习 C++！" << endl; break;
            case 2: cout << "版本 1.0" << endl; break;
            case 0: cout << "再见！" << endl; break;
            default: cout << "无效选项，请重新输入" << endl; break;
        }
    } while (choice != 0);
    return 0;
}
```

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## 六、注意事项与最佳实践

1. **条件表达式**：C++ 中 `0` 为假，非 `0` 为真；但判断相等时务必用 `==`，不要误写成赋值 `=`。
2. **浮点数比较**：不要直接用 `==` 比较两个 `float`/`double`，由于精度问题易出错，应判断差值是否足够小，如 `fabs(a - b) < 1e-6`。
3. **避免死循环**：`while`/`for` 循环体中要确保循环条件最终会变为假，否则会造成死循环。
4. **花括号习惯**：即使循环体或分支只有一条语句，也建议使用 `{}`，可避免悬挂 `else` 等问题，也便于后期修改。
5. **switch 记得 break**：除非有意利用 case 穿透，否则每个 `case` 末尾都要写 `break`。
6. **少用 goto**：优先使用结构化控制语句（`break`、`continue`、函数封装）替代 `goto`。
7. **循环变量作用域**：在 `for (int i = ...)` 中声明的 `i` 只在循环内有效，这是推荐写法。

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## 七、小结

| 结构 | 关键字 | 作用 |
| --- | --- | --- |
| 顺序结构 | — | 按顺序依次执行 |
| 选择结构 | `if` / `else` / `switch` | 根据条件选择分支 |
| 循环结构 | `for` / `while` / `do-while` | 重复执行代码 |
| 跳转语句 | `break` / `continue` / `goto` / `return