4.10 — if 语句简介

假设你要去市场，你的室友告诉你：“如果草莓打折，就买一些”。这是一个条件语句，意味着你只有在条件（“草莓打折”）为真时才执行某个动作（“买一些”）。

这种条件在编程中很常见，因为它们允许我们在程序中实现条件行为。C++ 中最简单的条件语句叫做 if 语句。if 语句允许我们仅在某个条件为真时执行一行（或多行）代码。

最简单的 if 语句 形式如下：

if (condition) true_statement;

为了可读性，这通常写成如下形式：

if (condition)
    true_statement;

条件（也称为条件表达式）是一个求值为布尔值的表达式。

如果 if 语句 的 条件 求值为布尔值 true，则执行 true_statement。如果 条件 求值为布尔值 false，则跳过 true_statement。

使用 if 语句的示例程序

给定以下程序：

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << "Enter an integer: ";
    int x {};
    std::cin >> x;

    if (x == 0)
        std::cout << "The value is zero\n";

    return 0;
}

这是该程序的一次运行输出：

Enter an integer: 0
The value is zero

让我们更详细地研究一下这是如何工作的。

首先，用户输入一个整数。然后评估条件 x == 0。相等运算符 (==) 用于测试两个值是否相等。运算符 == 返回 true 如果操作数相等，返回 false 如果它们不相等。由于 x 的值为 0，并且 0 == 0 为真，因此此表达式求值为 true。

因为条件求值为 true，所以后续语句执行，打印 The value is zero。

这是该程序的另一次运行：

Enter an integer: 5

在这种情况下，x == 0 求值为 false。后续语句被跳过，程序结束，没有打印其他内容。

If-else

根据上面的示例，如果我们想告诉用户他们输入的数字是非零的怎么办？

我们可以这样写：

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << "Enter an integer: ";
    int x {};
    std::cin >> x;

    if (x == 0)
        std::cout << "The value is zero\n";
    if (x != 0)
        std::cout << "The value is non-zero\n";

    return 0;
}

或者这样：

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << "Enter an integer: ";
    int x {};
    std::cin >> x;

    bool zero { (x == 0) };
    if (zero)
        std::cout << "The value is zero\n";
    if (!zero)
        std::cout << "The value is non-zero\n";

    return 0;
}

这两个程序都比它们实际需要的更复杂。相反，我们可以使用 if 语句 的另一种形式，称为 if-else。If-else 形式如下：

if (condition)
    true_statement;
else
    false_statement;

如果 条件 求值为布尔值 true，则执行 true_statement。否则执行 false_statement。

让我们修改之前的程序以使用 if-else。

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << "Enter an integer: ";
    int x {};
    std::cin >> x;

    if (x == 0)
        std::cout << "The value is zero\n";
    else
        std::cout << "The value is non-zero\n";

    return 0;
}

现在我们的程序将产生以下输出：

Enter an integer: 0
The value is zero

Enter an integer: 5
The value is non-zero

链式 if 语句

有时我们想按顺序检查几个条件的真假。我们可以通过将一个 if-statement（或 if-else）链接到之前的 if-else 来实现，如下所示：

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << "Enter an integer: ";
    int x {};
    std::cin >> x;

    if (x > 0)
        std::cout << "The value is positive\n";
    else if (x < 0)
        std::cout << "The value is negative\n";
    else 
        std::cout << "The value is zero\n";

    return 0;
}

小于运算符 (<) 用于测试一个值是否小于另一个值。类似地，大于运算符 (>) 用于测试一个值是否大于另一个值。这两个运算符都返回布尔值。

这是该程序的几次运行输出：

Enter an integer: 4
The value is positive

Enter an integer: -3
The value is negative

Enter an integer: 0
The value is zero

请注意，您可以根据要评估的条件，多次链接 if 语句。我们将在测验中看到一个有用的示例。

布尔返回值和 if 语句

在上一课（4.9 -- 布尔值）中，我们编写了这个使用返回布尔值的函数的程序：

#include <iostream>
 
// returns true if x and y are equal, false otherwise
bool isEqual(int x, int y)
{
    return x == y; // operator== returns true if x equals y, and false otherwise
}
 
int main()
{
    std::cout << "Enter an integer: ";
    int x {};
    std::cin >> x;
 
    std::cout << "Enter another integer: ";
    int y {};
    std::cin >> y;
 
    std::cout << std::boolalpha; // print bools as true or false
    
    std::cout << x << " and " << y << " are equal? ";
    std::cout << isEqual(x, y); // will return true or false

    std::cout << '\n';
 
    return 0;
}

让我们使用 if 语句 改进这个程序：

#include <iostream>
 
// returns true if x and y are equal, false otherwise
bool isEqual(int x, int y)
{
    return x == y; // operator== returns true if x equals y, and false otherwise
}
 
int main()
{
    std::cout << "Enter an integer: ";
    int x {};
    std::cin >> x;
 
    std::cout << "Enter another integer: ";
    int y {};
    std::cin >> y;
    
    if (isEqual(x, y))
        std::cout << x << " and " << y << " are equal\n";
    else
        std::cout << x << " and " << y << " are not equal\n";

    return 0;
}

该程序的两次运行：

Enter an integer: 5
Enter another integer: 5
5 and 5 are equal

Enter an integer: 6
Enter another integer: 4
6 and 4 are not equal

在这种情况下，我们的条件表达式只是一个对函数 isEqual 的函数调用，它返回一个布尔值。

非布尔条件

在以上所有示例中，我们的条件要么是布尔值（true 或 false）、布尔变量，要么是返回布尔值的函数。如果您的条件是一个不求值为布尔值的表达式会发生什么？

在这种情况下，条件表达式的结果会转换为布尔值：非零值转换为布尔 true，零值转换为布尔 false。

因此，如果我们这样做：

#include <iostream>

int main()
{
    int x { 4 };
    if (x) // nonsensical, but for the sake of example...
        std::cout << "hi\n";
    else
        std::cout << "bye\n";

    return 0;
}

这将打印 hi，因为 x 的值为 4，而 4 是一个非零值，它会转换为布尔 true，从而导致条件后的语句执行。

If-语句和提前返回

函数中不是最后一条语句的 return 语句称为提前返回。这样的语句将导致函数在 return 语句执行时返回给调用者（在函数本来会返回给调用者之前，因此称为“提前”）。

无条件的提前返回没有用处

void print()
{
    std::cout << "A" << '\n';

    return; // the function will always return to the caller here

    std::cout << "B" << '\n'; // this will never be printed
}

由于 std::cout << "B" << '\n'; 永远不会执行，我们不妨将其删除，这样我们的 return 语句就不再是提前返回了。

然而，当与 if 语句结合使用时，提前返回提供了一种条件化函数返回值的方法。

#include <iostream>

// returns the absolute value of x
int abs(int x) 
{
    if (x < 0)
        return -x; // early return (only when x < 0)

    return x;
}

int main()
{
    std::cout << abs(4) << '\n'; // prints 4
    std::cout << abs(-3) << '\n'; // prints 3

    return 0;
}

当调用 abs(4) 时，x 的值为 4。if (x < 0) 为 false，因此提前返回不执行。函数在函数末尾将 x（值 4）返回给调用者。

当调用 abs(-3) 时，x 的值为 -3。if (x < 0) 为 true，因此提前返回执行。函数此时将 -x（值 3）返回给调用者。

历史上，提前返回是不受欢迎的。然而，在现代编程中，它们更被接受，特别是当它们可以使函数更简单，或者用于由于某些错误条件而提前中止函数时。

我们将在未来的课程 8.2 -- If 语句和块 中继续探索 if-语句。

小测验时间

问题 #1

什么是提前返回，它的行为是什么？

显示答案

问题 #2

质数是大于 1 且只能被 1 和自身整除的整数。编写一个程序，要求用户输入一个 0 到 9（包括 0 和 9）之间的数字。如果用户输入的是该范围内的质数（2、3、5 或 7），则打印“The digit is prime”。否则，打印“The digit is not prime”。

显示提示

显示答案

#include <iostream>

bool isPrime(int x)
{
    if (x == 2) // if user entered 2, the digit is prime
        return true;
    else if (x == 3) // if user entered 3, the digit is prime
        return true;
    else if (x == 5) // if user entered 5, the digit is prime
        return true;
    else if (x == 7) // if user entered 7, the digit is prime
        return true;

    return false; // if the user did not enter 2, 3, 5, 7, the digit must not be prime
}

int main()
{
    std::cout << "Enter a number 0 through 9: ";
    int x {};
    std::cin >> x;

    if ( isPrime(x) )
        std::cout << "The digit is prime\n";
    else
        std::cout << "The digit is not prime\n";

    return 0;
}

bool isPrime(int x)
{
    return x == 2 || x == 3 || x == 5 || x == 7; // if user entered 2 or 3 or 5 or 7 the digit is prime
}

bool isPrime(int x)
{
    switch (x)
    {
        case 2: // if the user entered 2
        case 3: // or if the user entered 3
        case 5: // or if the user entered 5
        case 7: // or if the user entered 7
            return true; // then the digit is prime
    }

    return false; // otherwise the digit must not be prime
}

问题 #3

如何在不改变格式的情况下减少以下代码的长度？

#include <iostream>

bool isAllowedToTakeFunRide()
{
  std::cout << "How tall are you? (cm)\n";

  double height{};
  std::cin >> height;

  if (height >= 140.0)
    return true;
  else
    return false;
}

int main()
{
  if (isAllowedToTakeFunRide())
    std::cout << "Have fun!\n";
  else
    std::cout << "Sorry, you're too short.\n";

  return 0;
}

显示答案

bool isAllowedToTakeFunRide()
{
  std::cout << "How tall are you? (cm)\n";

  double height{};
  std::cin >> height;

  return height >= 140.0;
}

if (condition)
  return true;
else
  return false;