語句和流程控制

一個簡單的 C++ 語句是程式中的每個獨立指令，例如前幾節中看到的變數宣告和表示式。它們總是以分號 (;) 結尾，並按照在程式中出現的順序執行。

但程式並不侷限於線性的語句序列。在處理過程中，程式可能會重複程式碼段，或者做出決策並分支。為此，C++ 提供了流程控制語句，用於指定程式在何時、何種情況下應該做什麼。

本節中解釋的許多流程控制語句都需要一個通用的（子）語句作為其語法的一部分。此語句可以是簡單的 C++ 語句，如以分號 (;) 結尾的單個指令，或者是複合語句。複合語句是由一組語句（每個語句都以自己的分號結尾）組成的，但它們都被包含在一個用花括號 {} 括起來的程式碼塊中。

{ statement1; statement2; statement3; }

整個程式碼塊被視為一個單一的語句（它本身由多個子語句組成）。無論何時，只要一個通用語句是流程控制語句語法的一部分，它都可以是簡單語句或複合語句。

選擇語句：if 和 else

if 關鍵字用於在條件滿足時執行語句或程式碼塊，僅在此情況下執行。其語法是：

if (condition) statement

這裡，condition 是正在被評估的表示式。如果此 condition 為真，則執行 statement。如果為假，則不執行 statement（僅忽略），程式將繼續執行整個選擇語句之後的程式碼。
例如，以下程式碼片段僅在 x 變數的值確實是 100 時才打印訊息 (x is 100)。

1
2
 
if (x == 100)
  cout << "x is 100";

如果 x 不等於 100，則忽略此語句，不列印任何內容。

如果您想在滿足條件時包含多個語句，這些語句應包含在花括號 ({}) 中，形成一個程式碼塊。

1
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5
 
if (x == 100)
{
   cout << "x is ";
   cout << x;
}

與往常一樣，程式碼中的縮排和換行沒有影響，因此上述程式碼等同於：

1
 
if (x == 100) { cout << "x is "; cout << x; }

帶有 if 的選擇語句也可以透過使用 else 關鍵字引入替代語句來指定在條件不滿足時會發生什麼。其語法是：

if (condition) statement1 else statement2
其中，如果 condition 為真，則執行 statement1；否則，執行 statement2。

例如：

1
2
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4
 
if (x == 100)
  cout << "x is 100";
else
  cout << "x is not 100";

如果 x 的值確實是 100，則列印 x is 100；如果不是，則列印 x is not 100。
可以串聯多個 if + else 結構，以檢查值範圍。例如：

1
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6
 
if (x > 0)
  cout << "x is positive";
else if (x < 0)
  cout << "x is negative";
else
  cout << "x is 0";

透過串聯兩個 if-else 結構，此程式碼可以判斷 x 是正數、負數還是零。同樣，也可以透過將多個語句分組到用花括號 {} 括起來的程式碼塊中來執行每個情況下的多個語句。

迭代語句（迴圈）

迴圈會重複執行一條語句，重複一定的次數，或者只要某個條件為真。它們由關鍵字 while、do 和 for 引入。

while 迴圈

最簡單的迴圈是 while 迴圈。其語法是：

while (expression) statement
while 迴圈會在 expression 為真時重複執行 statement。如果在執行 statement 之後，expression 不再為真，則迴圈結束，程式將繼續執行迴圈之後的程式碼。例如，讓我們來看一個使用 while 迴圈的倒計時：

 
// custom countdown using while
#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
  int n = 10;

  while (n>0) {
    cout << n << ", ";
    --n;
  }

  cout << "liftoff!\n";
}
 
10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, liftoff!

main 中的第一條語句將 n 設定為 10。這是倒計時中的第一個數字。然後 while 迴圈開始：如果此值滿足條件 n>0（即 n 大於零），則執行條件後的程式碼塊，並只要條件 (n>0) 保持為真，就重複執行。

上一個程式可以根據以下指令碼（從 main 開始）來解釋：

  1. n 被賦值
  2. 檢查 while 條件 (n>0)。此時有兩種可能性：
    • 條件為真：執行語句（到步驟 3）
    • 條件為假：忽略語句，繼續執行其後的程式碼（到步驟 5）
  3. 執行語句
    cout << n << ", ";
    --n;
    （列印 n 的值並將 n 減 1）
  4. 程式碼塊結束。自動返回到步驟 2。
  5. 繼續執行程式碼塊之後的程式
    列印 liftoff! 並結束程式。

關於 while 迴圈需要注意的一點是，迴圈應該在某個時候結束，因此語句應該以某種方式改變條件中檢查的值，以迫使它最終變為假。否則，迴圈將永遠繼續下去。在本例中，迴圈包含 --n，它將條件中被評估的變數 (n) 的值減一——這將在一定次數的迴圈迭代後，最終使條件 (n>0) 變為假。更具體地說，在 10 次迭代後，n 變為 0，使條件不再為真，while 迴圈也隨之結束。

請注意，對於計算機來說，此迴圈的複雜性非常簡單，因此整個倒計時是即時完成的，計數元素之間沒有實際延遲（如果您有興趣，請參閱 sleep_for 以瞭解帶有延遲的倒計時示例）。

do-while 迴圈

一個非常相似的迴圈是 do-while 迴圈，其語法是：

do statement while (condition);
它的行為與 while 迴圈相似，但不同之處在於 condition 是在 statement 執行之後而不是之前評估的，這保證了 statement 至少執行一次，即使 condition 從未滿足。例如，以下示例程式會回顯使用者輸入的任何文字，直到使用者輸入 goodbye 為止。

 
// echo machine
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main ()
{
  string str;
  do {
    cout << "Enter text: ";
    getline (cin,str);
    cout << "You entered: " << str << '\n';
  } while (str != "goodbye");
}
 
Enter text: hello
You entered: hello
Enter text: who's there?
You entered: who's there?
Enter text: goodbye
You entered: goodbye

當 statement 需要至少執行一次時，通常首選 do-while 迴圈，例如當用於結束迴圈的條件在迴圈語句本身內部確定時。在前面的示例中，程式碼塊內的使用者輸入將決定迴圈是否結束。因此，即使使用者希望儘快結束迴圈（透過輸入 goodbye），迴圈中的程式碼塊也至少需要執行一次來提示輸入，並且實際上，只有在執行後才能確定條件。

for 迴圈

for 迴圈旨在迭代一定次數。其語法是：

for (initialization; condition; increase) statement;
與 while 迴圈一樣，此迴圈在 condition 為真時重複執行 statement。但是，for 迴圈還提供了特定的位置來包含 initialization 和 increase 表示式，它們分別在迴圈第一次開始之前和每次迭代之後執行。因此，使用計數器變數作為 condition 特別有用。

其工作方式如下：

  1. 執行 initialization。通常，這會宣告一個計數器變數，並將其設定為某個初始值。這隻在迴圈開始時執行一次。
  2. 檢查 condition。如果為真，迴圈繼續；否則，迴圈結束，並跳過 statement，直接轉到步驟 5。
  3. 執行 statement。與往常一樣，它可以是單個語句，也可以是包含在花括號 { } 中的程式碼塊。
  4. 執行 increase，然後迴圈回到步驟 2。
  5. 迴圈結束：執行繼續到迴圈之後的下一條語句。

這是使用 for 迴圈的倒計時示例：

 
// countdown using a for loop
#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
  for (int n=10; n>0; n--) {
    cout << n << ", ";
  }
  cout << "liftoff!\n";
}
 
10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, liftoff!

for 迴圈的三個欄位是可選的。它們可以留空，但在所有情況下，它們之間的分號是必需的。例如，for (;n<10;) 是一個沒有 *initialization* 或 *increase* 的迴圈（相當於 while 迴圈）；for (;n<10;++n) 是一個有 *increase* 但沒有 *initialization* 的迴圈（可能因為變數在迴圈之前已被初始化）。沒有 *condition* 的迴圈等同於以 true 作為條件的迴圈（即無限迴圈）。

由於每個欄位都在迴圈生命週期的特定時間執行，因此將多個表示式作為 *initialization*、*condition* 或 *statement* 執行可能很有用。不幸的是，它們不是語句，而是簡單的表示式，因此不能被程式碼塊替換。作為表示式，它們可以使用逗號運算子 (,)：此運算子是表示式分隔符，可以在通常只期望一個表示式的地方分隔多個表示式。例如，使用它，for 迴圈可以處理兩個計數器變數，同時初始化和增加它們：

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2
3
4
 
for ( n=0, i=100 ; n!=i ; ++n, --i )
{
   // whatever here...
}

如果 n 或 i 在迴圈中未被修改，此迴圈將執行 50 次。



n 從 0 開始，i 從 100 開始，條件是 n!=i（即 n 不等於 i）。由於每次迭代 n 增加一，i 減少一，因此在第 50 次迭代後，當 n 和 i 都等於 50 時，迴圈的條件將變為假。

基於範圍的 for 迴圈

for 迴圈有另一種語法，專門用於範圍：

for ( declaration : range ) statement;
這種 for 迴圈遍歷 range 中的所有元素，其中 declaration 宣告一個變數，該變數可以儲存此範圍中某個元素的值。範圍是元素的序列，包括陣列、容器以及任何支援 begin 和 end 函式的型別；本教程中尚未介紹這些型別中的大多數，但我們已經熟悉了至少一種範圍：字串，它們是字元序列。

使用字串的基於範圍的 for 迴圈示例：

 
// range-based for loop
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main ()
{
  string str {"Hello!"};
  for (char c : str)
  {
    cout << "[" << c << "]";
  }
  cout << '\n';
}
 
[H][e][l][l][o][!]

請注意，在 for 迴圈中，冒號 (:) 前面是 char 變數的宣告（字串中的元素是 char 型別）。然後，我們在語句塊中使用該變數 c 來表示範圍中每個元素的值。

此迴圈是自動的，不需要顯式宣告任何計數器變數。

基於範圍的迴圈通常也使用 auto 進行型別推導來確定元素的型別。通常，上面的基於範圍的迴圈也可以這樣寫：

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2
 
for (auto c : str)
  cout << "[" << c << "]";

在這裡，c 的型別是從 str 的元素型別自動推匯出來的。

跳轉語句

跳轉語句允許透過跳轉到特定位置來改變程式的流程。

break 語句

break 語句會退出迴圈，即使迴圈的結束條件尚未滿足。它可用於結束無限迴圈，或強制迴圈在其自然結束之前終止。例如，讓我們在自然結束之前停止倒計時：

 
// break loop example
#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
  for (int n=10; n>0; n--)
  {
    cout << n << ", ";
    if (n==3)
    {
      cout << "countdown aborted!";
      break;
    }
  }
}
 
10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, countdown aborted!

continue 語句

continue 語句會導致程式跳過當前迭代中迴圈的其餘部分，就好像已到達語句塊的末尾一樣，使其跳轉到下一次迭代的開頭。例如，讓我們在倒計時中跳過數字 5：

 
// continue loop example
#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
  for (int n=10; n>0; n--) {
    if (n==5) continue;
    cout << n << ", ";
  }
  cout << "liftoff!\n";
}
 
10, 9, 8, 7, 6, 4, 3, 2, 1, liftoff!

goto 語句

goto 允許程式跳轉到程式的另一個絕對點。這種無條件跳轉會忽略巢狀級別，也不會導致任何自動堆疊展開。因此，這是一項需要謹慎使用的功能，最好在同一語句塊內使用，尤其是在存在區域性變數的情況下。

目標點由一個 *標籤* 標識，該標籤隨後用作 goto 語句的引數。*標籤* 由一個有效的識別符號後跟一個冒號 (:) 組成。

goto 通常被認為是一種低階功能，在現代 C++ 使用的高階程式設計範例中沒有特別的用例。但是，僅作為示例，這裡有一個使用 goto 的倒計時迴圈版本：

 
// goto loop example
#include <iostream>
using namespace std;

int main ()
{
  int n=10;
mylabel:
  cout << n << ", ";
  n--;
  if (n>0) goto mylabel;
  cout << "liftoff!\n";
}
 
10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, liftoff!

另一個選擇語句：switch。

switch 語句的語法有點特殊。它的目的是檢查多個可能的常量表達式中的一個值。它類似於串聯 if-else 語句，但僅限於常量表達式。其最典型的語法是：

code>switch (expression)

{

  case constant1:

     group-of-statements-1;

     break;

  case constant2:

     group-of-statements-2;

     break;

  .

  .

  .

  default:

     default-group-of-statements

}
/code>

它的工作方式是：switch 評估 expression 並檢查它是否等於 constant1；如果等於，則執行 group-of-statements-1，直到找到 break 語句。當找到該 break 語句時，程式將跳轉到整個 switch 語句的末尾（結束花括號）。

如果 expression 不等於 constant1，則會將其與 constant2 進行比較。如果相等，則執行 group-of-statements-2，直到找到 break，此時將跳轉到 switch 的末尾。

最後，如果 expression 的值與之前指定的任何常量都不匹配（這些常量可能數量不定），則程式將執行 default: 標籤之後的語句（如果存在，因為它是可選的）。

以下兩個程式碼片段具有相同的行為，展示了 switch 語句的 if-else 等效項：

switch 示例if-else 等效項
code>switch (x) {

  case 1:

    cout 

 "x is 1";

    break;

  case 2:

    cout 

 "x is 2";

    break;

  default:

    cout 

 "value of x unknown";

  }
/code>
 
code>if (x == 1) {

  cout 

 "x is 1";

}

else if (x == 2) {

  cout 

 "x is 2";

}

else {

  cout 

 "value of x unknown";

}


/code>

switch 語句的語法有些特殊，這是從早期 C 編譯器繼承下來的，因為它使用標籤而不是程式碼塊。在最典型的用法（如上所示）中，這意味著需要為每個標籤後面的語句組新增 break 語句。如果省略 break，則會繼續執行 case 後面的所有語句（包括其他標籤下的語句），直到 switch 程式碼塊結束或遇到跳轉語句（如 break）。

如果上面的示例在 case one 的第一個組之後缺少 break 語句，程式不會自動跳轉到 switch 程式碼塊的末尾，而是會繼續執行 case two 中的語句（因此也會列印 x is 2）。它將繼續這樣做，直到遇到 break 語句或 switch 程式碼塊的末尾。這使得為每個 case 的語句包含在花括號 {} 中成為不必要的，並且也可以用於為不同的可能值執行相同的語句組。例如：

1
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7
8
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switch (x) {
  case 1:
  case 2:
  case 3:
    cout << "x is 1, 2 or 3";
    break;
  default:
    cout << "x is not 1, 2 nor 3";
  }

請注意，switch 僅限於將其評估的表示式與常量表達式的標籤進行比較。不能使用變數作為標籤或範圍，因為它們不是有效的 C++ 常量表達式。

要檢查非常量範圍或值，最好使用 if 和 else if 語句的串聯。
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