Управляющие операторы. Структуры данных языка С

Операторы цикла

Операторы цикла используются для организации многократно повторяющихся вычислений.

Любой цикл состоит из тела цикла, то есть тех операторов, которые выполняются несколько раз, начальных установок, блока модификации параметра цикла и проверки условия выхода из цикла (рис. 3.3), которая может размещаться либо до тела цикла (тогда говорят о цикле с предусловием ), либо после тела цикла (цикл с постусловием ).

Рис. 3.3. Два вида циклов

Один проход цикла называется итерацией. Переменные, принудительно изменяющиеся в цикле и использующиеся при проверке условия выхода из него, называются параметрами цикла. Целочисленные параметры цикла, изменяющиеся на целое число на каждой итерации, называются счетчиками цикла.

Нельзя передавать управление извне внутрь цикла. Выход из цикла возможен как при выполнении условия выхода, так и по операторам break, return или безусловного перехода.

Цикл с предусловием (while)

Цикл с предусловием реализует структурную схему, приведенную на рис. 3.3 (а), и имеет вид:

while ( выражение ) оператор;

Выражение определяет условие повторения тела цикла, представленного простым или составным оператором. Если выражение не равно 0 (истинно), выполняется оператор цикла, после чего опять вычисляется выражение. Если при первой проверке выражение равно 0, цикл не выполнится ни разу. Тип выражения должен быть арифметическим или приводимым к нему.

Пример (программа печатает таблицу значений функции y=x²+1 во введенном диапазоне):

#include <cstdio>
using namespace std;
int main()
{
float Xn, Xk, Dx;
printf("Введите диапазон и шаг изменения аргумента: ");
scanf("%f%f%f", &Xn, &Xk, &Dx);
printf("|   X   |   Y   |\n");	//шапка таблицы
int X = Xn;			//начальные установки цикла
while (X<=Xk)
 {					//проверка условия выхода
 printf("| %5.2f | %5.2f |\n", X, X*X + 1);	//тело
 X += Dx;			//модификация
 }
}

Цикл с постусловием (do while)

Цикл с постусловием реализует структурную схему, приведенную на рис. 3.3 (б), и имеет вид:

do оператор while выражение;

Сначала выполняется простой или составной оператор, составляющий тело цикла, а затем вычисляется выражение. Если оно не равно 0 (истинно), тело цикла выполняется еще раз, и так далее, пока выражение не станет равным нулю или в теле цикла не будет выполнен какой-либо оператор передачи управления. Тип выражения должен быть арифметическим или приводимым к нему.

Пример (программа осуществляет проверку ввода):

#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
	char answer;
	do{
		cout << "\nКупи слоника! "; 
		cin >> answer;
	}while (answer != 'y');}

Цикл с параметром (for)

Цикл с параметром имеет следующий формат:

for ( инициализация; выражение; модификации) оператор;

Пример:

for ( int i = 1; i < 6; ++i ) 
  printf( " %d ", i );
printf( "вышел зайчик погулять" );

Инициализация используется для объявления и присвоения начальных значений величинам, используемым в цикле. В этой части можно записать несколько операторов, разделенных запятой.

Выражение определяет условие выполнения цикла: если оно не равно 0 (истинно), цикл выполняется.

Модификации выполняются после каждой итерации цикла и служат обычно для изменения параметров цикла. В части модификаций можно записать несколько операторов через запятую.

Простой или составной оператор представляет собой тело цикла. Любая из частей оператора for может быть опущена (но точки с запятой надо оставить на своих местах!). В любой части можно использовать операцию "запятая" (последовательное вычисление), например:

for (int i = 1, s = 0; i<=100; i++) 
  s += i; // сумма чисел от 1 до 100

Пример (программа печатает таблицу значений функции y=x²+1 во введенном диапазоне):

#include <cstdio>
using namespace std;
int main()
{
float Xn, Xk, Dx;
printf("Введите диапазон и шаг изменения аргумента: ");
scanf("%f%f%f", &Xn, &Xk, &Dx);
printf("|   X   |   Y   |\n");
for (int X = Xn; X<=Xk; X += Dx)
	printf("| %5.2f | %5.2f |\n", X, X*X + 1);
}

Операторы передачи управления

В С++ есть пять операторов, изменяющих естественный порядок выполнения вычислений:

• оператор выхода из цикла и переключателя break ;
• оператор перехода к следующей итерации цикла continue ;
• оператор возврата из функции return ;
• оператор безусловного перехода goto ;
• оператор генерации исключения throw.

Оператор выхода break используется для немедленного завершения оператора цикла или switch. Выполнение передается следующему после завершенного оператору.

Оператор перехода к следующей итерации цикла continue пропускает все операторы, оставшиеся до конца тела цикла, и передает управление на модификацию параметров цикла (в случае цикла for ) и начало следующей итерации.

Оператор возврата из функции return завершает выполнение функции и передает управление в точку ее вызова. Мы рассмотрим его вместе с функциями на следующей лекции.

Оператор безусловного перехода goto имеет формат:

goto метка;

В теле той же функции должна присутствовать ровно одна конструкция вида:

метка: оператор;

Оператор goto передает управление на помеченный оператор. Метка - это обычный идентификатор, областью видимости которого является функция, в теле которой он встречается.

Использование оператора безусловного перехода оправдано в двух случаях:

• принудительный выход вниз по тексту программы из нескольких вложенных циклов или переключателей;
• переход из нескольких мест функции в одно (например, если перед выходом из функции необходимо всегда выполнять какие-либо действия).

В остальных случаях для записи любого алгоритма существуют более подходящие средства.

Исключительную ситуацию (или просто исключение ) генерирует либо программист с помощью оператора throw, либо сама среда выполнения. Это происходит, когда во время выполнения программы возникают какие-либо ошибки, например, деление на ноль или переполнение. Механизм обработки исключений, реализованный в С++, позволяет реагировать на подобные ошибки и таким образом избегать аварийного завершения программы.

Пример использования оператора break. Программа вычисляет значение синуса вещественного аргумента х с заданной точностью eps с помощью разложения в бесконечный ряд:

sh x = x - x3/3! + x5/5! - x7/7! + …

Точность достигается при |Rn| < eps, где Rn —остаточный член ряда, который для данного ряда можно заменить величиной очередного члена ряда, прибавляемого к сумме.

#include <cmath>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
const int MaxIter = 500;	//ограничитель количества итераций
double x, eps;
cout << "\nВведите аргумент и точность: "; 
cin >> x >> eps;
bool done = true; 			//признак успешного вычисления
double y = x, ch = x; 		// сумма и первый член ряда
for (int n = 0; fabs(ch) > eps; n++)	
  {
	ch *= -x * x /(2 * n + 2)/(2 * n + 3); //очередной член ряда
	y += ch;
	if (n > MaxIter)
	{
	cout << "\nРяд расходится!";
	done = false; break;
	}
  }
if (done) 
  cout << "\nЗначение функции: " << y;}