第5章 回圈和運算式

說明

看《C++ Primer Plus》時整理的學習筆記，部分內容完全摘抄自《C++ Primer Plus》（第6版）中文版，Stephen Prata 著，張海龍 袁國忠譯，人民郵電出版社，只做學習記錄用途，

• 說明
• 5.1 for 回圈
  • 5.1.1 for 回圈格式
  • 5.1.2 遞增運算子（++）和遞減運算子（--）
  • 5.1.3 遞增/遞減運算子和解除參考運算子
  • 5.1.4 組合賦值運算子
  • 5.1.5 逗號運算子
  • 5.1.6 關系運算式
  • 5.1.7 字串的比較
• 5.2 while 回圈
  • 5.2.1 while 回圈格式
  • 5.2.2 撰寫延時回圈
  • 5.2.3 型別別名
• 5.3 do while 回圈
• 5.4 基于范圍的 for 回圈（C++11）
• 5.5 嵌套回圈和二維陣列
  • 5.5.1 初始化二維陣列
  • 5.5.2 使用 new 創建動態二維陣列
  • 5.5.3 嵌套回圈

本章介紹回圈和關系運算式，

5.1 for 回圈

for回圈是入口條件回圈，也就是在每輪回圈之前，都將計算測驗運算式的值，

5.1.1 for 回圈格式

for回圈的基本格式如下：

for (initialization; test-expression; update-expression)
{
    statements;
}

initialization在回圈開始時被執行，且整個回圈程序中只被執行一次，它可以使用任意運算式，通常在這一部分中宣告并初始化變數，但這種變數只存在于for陳述句中，當程式離開回圈后，這種變數將消失，（對于部分老式實作，initialization部分內宣告的變數將被視為在回圈之前宣告的，因此在回圈結束后仍可使用，）

test-expression（測驗運算式）決定回圈體是否被執行，它也可以使用任意運算式，C++ 將把結果強制轉換為 bool 型別，若值為false，將導致回圈結束，若值為true，回圈將繼續進行，這一部分通常使用關系運算式，當省略測驗運算式時，測驗條件默認為true，

update-expression（更新運算式）在每輪回圈結束時執行，它也可以使用任意運算式，但通常被用來對跟蹤回圈輪次的變數的值進行增減，

//以下回圈將一直運行，除非在statements里跳出
for (;;)
{
    statements;
}

5.1.2 遞增運算子（++）和遞減運算子（--）

遞增運算子（++）和遞減運算子（--）執行兩種極其常見的回圈操作：將回圈計數加 1 或減 1，這兩個運算子都有兩種變體：前綴版本位于運算元前面，如++x；后綴版本位于運算元后面，如x++；兩個版本對運算元的影響是一樣的，但是影響的時間不同，后綴版本表示先使用運算元的值，然后再將運算元的值加 1；前綴版本表示先將運算元的值加 1，然后再使用運算元的值，

//前綴版本，全部執行完畢后x=6, y=6.
int x = 5;
int y = ++x;

//后綴版本，全部執行完畢后x=6, y=5.
int x = 5;
int y = x++;

此外，前綴格式與后綴格式的執行速度會有細微的差別：后綴版本首先會復制一個副本，將其加 1，然后將復制的副本回傳，而前綴版本不會進行額外的復制操作，對于內置型別而言，這種差異微乎其微，但對于用戶定義的型別，前綴版本的效率比后綴版本高，

5.1.3 遞增/遞減運算子和解除參考運算子

將遞增（++）/遞減（--）運算子和解除參考運算子（*）同時用于指標時，將依據運算子的位置以及優先級來進行運算，前綴遞增、前綴遞減、解除參考運算子的優先級相同，都以從右到左的方式進行結合；后綴遞增、后綴遞減的優先級相同，但比前綴運算子的優先級高，且都以從左到右的方式進行結合，

//執行完畢后x=32.8, pt指向arr[1], arr元素無變化
double arr[3] = {21.1, 32.8, 23.4};
double *pt = arr;
double x = *++pt;

//執行完畢后x=22.1, pt指向arr[0], arr元素無變化
double arr[3] = {21.1, 32.8, 23.4};
double *pt = arr;
double x = ++*pt;

//執行完畢后x=21.1, pt指向arr[1], arr元素無變化
double arr[3] = {21.1, 32.8, 23.4};
double *pt = arr;
double x = *pt++;

//執行完畢后x=21.1, pt指向arr[0], arr[0]=22.1
double arr[3] = {21.1, 32.8, 23.4};
double *pt = arr;
double x = (*pt)++;

5.1.4 組合賦值運算子

每個算術運算子都有其對應的組合賦值運算子：

5.1.5 逗號運算子

用兩個花括號可以構造一條復合陳述句（代碼塊），代碼塊被視為一條陳述句，這種做法允許把兩潭訓更多陳述句放到按 C++ 語法只能放一條陳述句的地方，逗號運算子對運算式完成同樣的任務，可以將兩個或多個運算式合并為一個，但在宣告陳述句中，逗號只做為分隔符，而不是運算子，逗號運算子是一個順序點，它確保先計算第一個運算式，再計算第二個運算式，C++ 規定，逗號運算式的值是第二部分的值，在所有運算子中，逗號運算子的優先級是最低的，

//宣告陳述句中，逗號用做分隔符
int i = 0, j = 0;

//逗號用做運算子
i = 0, j = 0;

//逗號運算子的優先級最低，此時i=1
i = 1,2,3,4,5,6;

//逗號運算式的值，此時i=6
i = (1,2,3,4,5,6);

5.1.6 關系運算式

C++ 提供了 6 種關系運算子來對數字進行比較，由于字符用其 ASCII 碼表示，因此也可將這些運算子用于字符，不能將它們用于 C-風格字串，但可用于 string類物件，對所有關系運算式，若比較結果為真，則其值為true，否則為false，關系運算子的優先級比算術運算子低，

5.1.7 字串的比較

C-風格字串應使用strcmp()函式來比較，該函式接受兩個字串地址作為引數，引數可以是指標、字串常量或字符陣列名，如果兩個字串相同，該函式將回傳零；如果第一個字串按字母順序排在第二個字串之前，該函式將回傳一個負值；如果第一個字串按字母順序排在第二個字串之后，該函式將回傳一個正值，

//比較C-風格字串是否相等
strcmp(str1,str2) == 0

//比較C-風格字串是否不等
strcmp(str1,str2) != 0
strcmp(str1,str2)

//比較C-風格字串str1是否在str2前面
strcmp(str1,str2) < 0

//比較C-風格字串str1是否在str2后面
strcmp(str1,str2) > 0

string類函式多載了關系運算子，因此其物件可直接使用關系運算子進行比較，

5.2 while 回圈

while回圈也是入口條件回圈，也就是在每輪回圈之前，都將計算測驗運算式的值，

5.2.1 while 回圈格式

while回圈的基本格式如下：

while (test-expression)
{
    statements;
}

它可以轉換為for回圈：

for (;test-expression;)
{
    statements;
}

同樣地，for回圈基本格式也可以轉換為while回圈：

initialization;
while (test-expression)
{
    statements;
    update-expression;
}

通常，使用for回圈來為回圈計數，在無法事先知道回圈將執行的次數時，一般使用while回圈，設計回圈時，有以下幾條指導原則：

• 指定回圈終止條件，
• 在首次測驗之前初始化條件，
• 在條件被再次測驗之前更新條件，

5.2.2 撰寫延時回圈

頭檔案ctime定義了一個符號常量CLOCKS_PER_SEC，該常量等于每秒鐘包含的系統時間單位數，將系統時間除以這個值，可以得到秒數，或者將秒數乘以CLOCKS_PER_SEC，可以得到以系統時間單位為單位的時間，以下程式使用了頭檔案ctime來創建延時 5 秒的回圈：

#include <ctime>

int main()
{
    //接下來的4行總耗時約5秒
    float secs = 5;
    clock_t delay = secs * CLOCKS_PER_SEC;
    clock_t start = clock();
    while (clock() - start < delay);
    
    return 0;
}

5.2.3 型別別名

C++ 為型別建立別名的方式有兩種，一種是使用前處理器：

//使用前處理器創建別名(通用格式)
#define aliasName typeName

//使用前處理器創建別名(例子)
#define BYTE char
#define FLOAT_POINTER float *

第二種方法是使用關鍵字typedef來創建別名：

//使用關鍵字typedef來創建別名(通用格式)
typedef typeName aliasName;
    
//使用關鍵字typedef來創建別名(例子)
typedef char BYTE;
typedef float * FLOAT_POINTER;

typedef不會創建新型別，只是為已有型別建立一個新名稱，相比于使用#define，它能處理更復雜的型別別名，因此，使用typedef是一種更佳的選擇，

5.3 do while 回圈

do while回圈是出口條件回圈，這意味著這種回圈將首先執行回圈體，然后再判定測驗運算式，決定是否應繼續執行回圈，這樣的回圈通常至少執行一次，do while回圈的基本格式如下：

do
{
    statements;
} while (test-expression)

5.4 基于范圍的 for 回圈（C++11）

C++11 新增了一種回圈：基于范圍的for回圈，這簡化了一種常見的回圈任務：對陣列或容器類的每個元素執行相同的操作：

//回圈遍歷陣列的值
double prices[5] = {4.99, 10.99, 6.87, 7.99, 8.49};
for (double x : prices)
{
    std::cout << x << std::endl;
}

//回圈遍歷并修改陣列的值(參考變數)
double prices[5] = {4.99, 10.99, 6.87, 7.99, 8.49};
for (double &x : prices)
{
    x = x * 0.80;
}

//基于范圍的for回圈和初始化串列
for (double x : {3, 5, 2, 8, 6})
{
    std::cout << x << std::endl;
}

這種回圈多用于模板容器類，

5.5 嵌套回圈和二維陣列

5.5.1 初始化二維陣列

C++ 沒有提供二維陣列的型別，但用戶可以創建每個元素本身都是陣列的陣列，二維陣列在概念上是二維的，但在記憶體中是連續存放的，在 C++ 中，二維陣列是按行存盤的，也就是先存放a[0]行，再存放a[1]行，接著存放a[2]行，以此類推直到元素放完，每行中元素也是依次存放，二維陣列的初始化與一維陣列類似：

//初始化方式一：全元素初始化
int a[4][5] = 
{
    {96, 100, 87, 101, 105},
    {96, 98, 91, 107, 104},
    {96, 101, 93, 108, 107},
    {96, 103, 95, 109, 108}
};

//初始化方式二：全元素初始化時，可省略內部括號
int a[4][5] = 
{
    96, 100, 87, 101, 105,
    96, 98, 91, 107, 104,
    96, 101, 93, 108, 107,
    96, 103, 95, 109, 108
};

//初始化方式三：全元素初始化時，第一維大小可省略
int a[][5] = 
{
    96, 100, 87, 101, 105,
    96, 98, 91, 107, 104,
    96, 101, 93, 108, 107,
    96, 103, 95, 109, 108
};

//初始化方式四：全元素初始化為0
int a[4][5] = {0};

//初始化方式五：初始化部分元素，剩余元素默認為0
int a[4][5] = 
{
    {96},
    {96, 98, 91},
    {96, 101},
    {96, 103, 95, 109}
};

//初始化方式六：省略第一維大小且只初始化部分元素
int a[][5] = 
{
    {},
    {96, 98, 91},
    {96, 101},
    {96, 103, 95, 109}
};

5.5.2 使用 new 創建動態二維陣列

動態二維陣列的創建以及釋放如下所示：

//分配動態二維陣列記憶體的通用格式
typeName ** pointer_name = new typeName *[rowSize];
for (int i = 0; i < rowSize; i++)
{
    pointer_name[i] = new typeName[columnSize];
}

//釋放動態二維陣列記憶體
for (int i = 0; i < rowSize; i++)
    delete[] pointer_name[i];
delete[] pointer_name;

在 C++11 中，使用 new 創建動態二維陣列的同時還可對其進行初始化，采用動態一維陣列的初始化方法，在for回圈中對動態二維陣列的每行進行初始化即可，

5.5.3 嵌套回圈

嵌套回圈是回圈中的回圈，外層回圈以及內層回圈可以是for、while、do while中的任意一種，由于 CPU 使用了分支預測技術，將大回圈做為內層回圈，小回圈做為外層回圈可以提升嵌套回圈的運行效率，因此嵌套回圈一般將回圈次數最多回圈的放在最內層，由于二維陣列是按行存盤的，使用嵌套回圈遍歷二維陣列時，按行遍歷可提升運行效率，因此當嵌套回圈僅用于遍歷二維陣列時，一般將列回圈放在內層[測驗例]，

本文作者：木三百川

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