Day 3 : 運算子和運算式-2、分支結構

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1. 運算子和運算式-2

1.1. 賦值運算

1.1.1. 使用“=”進行賦值運算

“=”稱為賦值運算子，用於對變數賦值。關於賦值運算子，除了將右邊的運算式計算出來賦給左邊以外還具備如下特點：賦值運算式本身也有值，其本身之值即為所賦之值。範例程式碼如下所示：

int num = 18, index;System.out.println(index = num % 5);  // 結果為：3，賦值運算式本身也有值System.out.println(index);  // 結果為：3int a, b, c;a = b = c = 100;  // c=100 整個運算式的值為100， 將其賦值給b，同樣b=（c=100）整個運算式的值也為100，然後有將這個值賦給了a，所以a 的值也是100。

 

1.1.2. 使用擴充賦值運算式

在賦值運算子”= ”前加上其它運算子，即為擴充賦值運算子，其效率高於賦值運算子，推薦使用，擴充賦值運算子如 - 5所示：

圖- 5

1.2. 字元串連運算

1.2.1. 使用“+”進行字串串連

“+”除了可以進行算術運算以外，還可以實現字串的串連，同時可以實現字串與其他資料類型的“相連”。

當 + 號作用於兩個數字類型變數時，是在進行算術運算。

當 + 號兩邊的變數有一個是字串類型，即””括起來的時候，則其進行的是字串的串連，串連後的結果為字串類型。範例程式碼如下所示：

int a = 100;String msg = "a=" + a;System.out.println(msg);    //a=100，字串拼接msg = "" + 100 + 200;System.out.println(msg);   //結果為： 100200，””+100，為字串100再拼上200為100200msg = 100 + 200 + "";System.out.println(msg);   //結果為：300，100+200為算術運算結果為300，再加上””為300

 

1.3. 條件（三目）運算

1.3.1. 使用條件（三目）運算子

條件運算子又稱“三目”運算子，其結構為：boolean運算式 ? 運算式1：運算式2。

條件運算子的規則如下：

1. 先計算boolean運算式；
2. 如果boolean運算式的值為true，整個運算式的值為運算式1的值；
3. 如果boolean運算式的值為false，整個運算式的值為運算式2的值。

範例程式碼如下：

int a = 100, b = 200;int flag = a > b ? 1 : -1;   //因為a>b為false，所以整個運算式的值為-1，將其賦給flag，即:flag的值為-1。

 

1.3.2. 條件（三目）運算子的嵌套

條件運算子可以嵌套使用，所謂嵌套是指在條件（三目）運算式：“boolean運算式 ? 運算式1：運算式2”中的運算式1或運算式2也是條件（三目）運算式，相當於多重判斷，範例程式碼如下所示：

int a = -3;String r = a > 0 ? "正數" : (a == 0 ? "0":"負數");System.out.println(r); //結果為負數，因為 a 的值小於 0，即boolean 運算式的值為 false ，則取問號後第二個運算式的值作為運算式的結果。而問號後的第二個運算式也是一個三目運算子所構成的運算式。因為 a==0 運算式的值為 false，則取“負數”為運算式的結果。

 

2. 分支結構

2.1. 什麼是分支結構

首先，看一個需求，假設需要編寫一個收銀櫃檯收款程式，要求根據商品單價、購買數量以及收款金額，計算並輸出應收金額和找零。

通過分析可以想到，這個程式，需要定義三個輸入，即：單價、數量、金額。定義兩個輸出，即：應收金額、找零。因為金額有可能為小數類型，所以變數的資料結構定義為double類型。

此程式可以以如下方式解決，使用者由控制台輸入：商品單價、購買數量、收款金額；而後計算商品的總價及找零，並輸出。範例程式碼如下所示：

public static void main(String[] args) {        //定義輸入        Scanner console = new Scanner(System.in);        System.out.println("請輸入單價（￥）:");        double unitPrice = console.nextDouble();        System.out.println("請輸入數量:");        double amount = console.nextDouble();        System.out.println("請輸入金額（￥）:");        double money = console.nextDouble();        console.close();                //計算商品總價        double totalPrice = unitPrice * amount;        //計算找零        double change = money - totalPrice;                //輸出        System.out.println("應收金額為:" + totalPrice +"，找零為:" + change);    }

 

如上代碼，輸入資料後，可以正確輸出應收金額及找零，假設現在需求增加，當商品總價滿500時享受8折優惠， 如何解決？這種情況，在軟體應用中，需要使用分支結構來實現。

任何複雜的程式邏輯結構都可以通過“順序”，“分支”，“迴圈”這三種基本的程式結構實現。 – 1所示：

圖- 1

剛剛的案例即為順序結構，第一步A執行完執行第二步B，第二步執行完執行第三步，一步一步順序執行。分支結構即為根據一個條件做判斷，如果條件滿足則執行A，否則執行B。還有一種即為後面要介紹的迴圈結構。原則上，任何複雜的程式， 都可以通過這三種結構來解決。

當程式在運行過程中， 需要根據不同的條件而運行不同的語句時，即可以使用分支結構，Java中有專門的文法結構來實現分支：

1. 當條件滿足時運行某些語句；當條件不滿足時則不運行這些語句——if結構。
2. 當條件滿足時運行某些語句； 當條件不滿足時運行另外一些語句——if-else結構

2.2. if語句

2.2.1. if語句的執行邏輯

首先看下面if語句的文法：

語句0;if（邏輯運算式）{        語句1；        語句2；}語句3；

 

如上語句的執行步驟如下所示：

步驟一：執行語句0；

步驟二： 判斷邏輯運算式的值，此運算式的值結果為boolean類型，即true或者false。此處可以是關聯運算式也可以是邏輯運算式。

1. 若值為true，則執行if語句塊中的語句；
2. 若值為false，則跳過if語句塊；

步驟三：執行語句3語句。

2.2.2. if語句流程圖

if語句的執行邏輯如 - 2所示：

圖- 2

通過圖示得出結論：當條件滿足時，執行語句塊，然後執行if語句下面的語句；否則跳過語句塊，直接執行if語句下面的語句。

2.2.3. if語句用於處理分支邏輯

if語句是java中用於處理分支結構的語句，下面，通過if語句來實現剛剛的打折功能邏輯，再回顧一下新添的需求：如果商品總價大於等於500，則打8折。如– 3 紅色部分即為if的判斷邏輯：

圖- 3

可以看到，計算商品總價之後，進行了總價大於等於500的業務判斷，若判斷結果為true，則計算折扣後的應收金額，再計算找零後輸出。若判斷結果為false，則直接計算找零後輸出。如下即為實現代碼：

……    double totalPrice = ……；    if (totalPrice >= 500) {         totalPrice = totalPrice * 0.8;    }    ……

 

通過如上代碼可以看出： 當total>=500為true時， 總額乘以0.8， 即打8折。當total>=500為false時，不執行if語句塊的內容。

2.2.4. if語句塊不要省略“｛｝”

if語句塊在執行過程中，有一個問題是需要注意的，先看下面的兩段代碼：

代碼一：

int num = 5;if(num>2)           System.out.print(num);           System.out.println(“ 大於2 ”);

 

代碼二：

int num = 5;if(num>2){        System.out.print(num);        System.out.println(“ 大於2 ”);}

 

分析如上兩個程式碼片段，得出的結論是：兩段代碼輸出結果一樣，即 “5 大於 2”。再看如下兩段代碼，輸出結果還一樣嗎？

代碼一：

int num = 5;if(num<2)           System.out.println(num);           System.out.println(“小於2”);

 

代碼二：

int num = 5;if(num<2){        System.out.print(num);        System.out.println(“小於2”);}

 

分析如上兩個程式碼片段，可以得出，程式碼片段一的輸出結果是“大於2”，程式碼片段二沒有任何輸出。分析輸出結果可以看出，程式碼片段二的結果為正確結果，而程式碼片段一輸出的“小於2”是不應該存在的，出現這個問題的原因在於，在if語句之後沒有添加“{}”，而java文法規定，當if語句塊中只包含一條語句時，可以省略“{}”，但是if語句塊也只能作用於它下面的一條語句。

看如上程式碼片段一的if判斷，只作用於第一個輸出語句，因為num<2結果為false，所以第一個輸出語句並未執行，而第二個輸出語句“小於2”不屬於if作用範圍，所以無論條件滿足與否，都會執行。故而，輸出了“小於2”的結果。

所以，考慮到代碼的可讀性、擴充性，建議即便if語句塊中只有一條語句，也不要省略“{}”。

2.3. if-else語句

2.3.1. if-else語句的執行邏輯

分析上面的案例，當計算出最終（打折前、打折後）的應收金額後，直接計算找零，這

個時候就出現了一個問題，如果收款的金額小於應收的金額，那麼輸出的找零就會為負數結果，這顯然使用者體驗不好，下面對它做一下改進，要求考慮程式的異常情況，增加需求如下：

1. 若收款金額大於等於應收金額，則計算找零後輸出；
2. 若收款金額小於應收金額，則輸出錯誤提示資訊，如何處理？

這種情況，單單使用if語句顯然無法解決了，因為if語句用於解決的是，當某條件滿足時執行某段業務處理的邏輯，而現在的邏輯時，當條件滿足時執行某段商務邏輯，當條件不滿足時需要執行另一段商務邏輯。看如 – 4所示的紅色部分：

圖- 4

若想實現這樣的判斷邏輯，可以考慮if-else語句。看一下下面的文法：

語句0；if（邏輯運算式）{        語句塊1；} else {        語句塊2；}語句3；

 

如上語句的執行步驟如下所示：

步驟一：執行語句0；

步驟二：判斷if邏輯運算式的值：

1. 若值為true，則執行語句塊1；
2. 若值為false，則執行語句塊2；

步驟三：執行語句3語句。

2.3.2. if-else語句流程圖

if-else語句的執行邏輯如 - 5所示：

圖- 5

通過圖-5可以看到：當條件滿足時，執行語句塊1，然後執行if-else語句下面的語句；否則執行語句塊2，再執行if-else語句下面的語句。

2.3.3. if-else語句用於處理分支邏輯

通過下面的代碼，可以解決新增加的異常情況處理問題：

……if( money >= totalPrice ) {        double change = money – totalPrice;         System.out.println("應收金額為:" + totalPrice +"，找零為:" + change);} else {        System.out.println(“Error! 收款金額小於應收金額”);}

 

說明：money為收款金額，totalPrice為應收金額；當收款金額大於等於應收金額時，則計算找零並輸出，否則，提示錯誤資訊。

2.4. else if語句

2.4.1. if-else語句的嵌套

在日常生活中，很多情況並非進行一次邏輯判斷就可以擷取最終的結果， – 6所示：

圖 - 6

可以看出，實現製作沙拉的過程進行了兩次判斷，首先判斷是否有黃瓜，若有則直接製作黃瓜沙拉後結束，若沒有黃瓜則判斷是否有胡蘿蔔，若有則製作胡蘿蔔沙拉結束，沒有則不能上菜結束。這種情況，單單使用if-else還無法實現，因為if-else只是判斷了一次就結束了，而當前的情況需要判斷兩次。

在java程式中，當程式的分支數大於2時，可以用if-else嵌套的方式解決，即：else語句塊中又包含if語句（或if-else語句），下面看一個實際的需求：

根據學員的成績來輸出等級：

1. A（成績大於等於90分）；
2. B（成績小於90分且大於等於80分）;
3. C（成績小於80分且大於等於60分）;
4. D（成績小於60）。

此程式即為多路判斷，– 7所示流程圖：

圖- 7

首先判斷分數是否大於等於90，若為真則輸出A終止，為假則再判斷分數是否大於等於80，若為真輸出B終止，為假則再判斷分數是否大於等於60，若為真輸出C終止，為假則輸出D。分析可以看出，該程式經過了3次判斷。需要在else中嵌套判斷。代碼如下所示：

2.4.2. else if語句執行邏輯

如 – 8所示，在else中再次進行if-else的判斷：

圖- 8

從中看出，當判斷層數比較多時，代碼清晰度不夠好，在實際開發中常常使用如- 9的方式來實現，事實上，else if結束就是if-else嵌套的簡便寫法：

圖 – 9

實現該程式碼如下所示：

… … ...if(score>=90) {        System.out.println("A");} else if (score>=80) {        System.out.println("B");} else if(score>=60) {        System.out.println("C");} else {        System.out.println("D");}

 

通過上面的代碼可以看出，使用else if方式，程式邏輯更清晰，可讀性更好。

2.5. switch-case語句

2.5.1. switch-case語句執行邏輯

switch-case是一種特殊的分支結構，與else if類似，但其應用面不如else if，只能用於特殊的情況之下， switch-case可以根據一個整數值的不同取值，從不同的程式入口開始執行。文法如下所示：

     switch(整型運算式) {         case 整型常量值1:     //入口1             語句1;             語句2;         case 整型常量值2:     //入口2             語句3;             ……         default:               //預設入口             語句n;     }

 

switch-case流程圖見圖 – 10所示：

圖- 10

分析，可以看出其執行邏輯如下：

計算整型運算式的值：

1. 若值等於整型常量值1，則從語句1開始執行，而後語句2、3，一直執行到語句n。
2. 若值等於整型常量值2，則從語句3開始執行，一直執行到語句n。
3. 若沒有找到匹配的值，則只執行語句n。

通過分析可以看出，switch是以case後的整型常量值作為入口的，若值相等，即開始執行其後面的語句。

使用switch時需要注意兩個問題，第一，case後面的常量值必須不同，第二，switch後面的整型運算式的值必須是整型或字元型。

2.5.2. switch-case和break聯合使用

前面的代碼中判斷整型運算式的值，若其值等於某個整型常量值，則會以此作為入口，依次執行其後面所有的語句。但是在實際應用中，通常case1、case2、…、caseN對應完全不同的操作，即： 若運算式的值等於case1，則只執行case1後的語句，不會再執行case2、caseN等後面的語句。這種情況下可以和break語句配合使用，執行完相應語句後即退出switch塊，不繼續執行下面的語句。文法如下所示：

switch(整型運算式) {         case 整型常量值1:     //入口1             語句1;             語句2;             break ;         case 整型常量值2:     //入口2             語句3;             break ;             ……         default:               //預設入口             語句n;}

 

如上程式中的break語句的作用在於跳出switch結構，其執行邏輯如下：

1. 計算整型運算式的值：
2. 如果值等於整型常量值1，則執行語句1、語句2，跳出switch結構結束；
3. 若值等於整型常量值2，則執行語句3，跳出switch結構結束；
4. 如果沒有找到匹配的值，則執行語句n，結束。default後可以不寫break。

2.5.3. switch-case語句用於分支

在實際應用中，switch-case語句常常與break配合使用，參見下面的代碼：

int num = 2;switch(num) {         case 1:              System.out.println(“呼叫教學部”);             break;         case 2:             System.out.println(“呼叫人事部”);             break;         default:              System.out.println(“人工服務”);}

 

上面代碼的輸出結果為“呼叫人事部“，因為匹配case 2輸出後，即break跳出switch語句了。

2.5.4. switch-case的優勢

switch-case結構在實際應用中較廣泛， 常常和break語句結合使用實現分支的功能。

在很多情況下,switch-case可以代替else if結構，而switch-case實現分支功能的效率要高於else if結構，並且結構更清晰，所以推薦使用。從JDK 7.0開始，switch-case可以支援字串運算式，將更加方便程式的操作。

Day 3 : 運算子和運算式-2、分支結構