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java:selection

國立屏東大學 資訊工程學系 物件導向程式設計

7. Selections

  • 邏輯運算式
  • if敘述
  • switch敘述
  • 條件運算式

7.1 邏輯運算式(Logical Expression)

所謂的邏輯運算式(logical expression)亦稱為布林運算式(boolean expression),但其運算結果為只有true與false兩種可能的布林值(boolean value)。Java語言提供boolean型態,其數值為true與false兩種。有三種運算子與邏輯運算式相關:關係運算子、相等運算子與邏輯運算子,分述如下:

<note tip>邏輯運算與布林值是由著名數學家George Boole所提出,是當代電腦科學的基礎。</note>

7.1.1 關係運算子/Relational Operator

關係運算子是一個binary運算子,用以判斷兩個運算元(數值、函式、變數或運算式)之間的關係,其可能的關係有﹕大於、小於、等於、或不等於。Java語言提供以下的關係運算子,如table 1

符號 範例 意義
> a > b a 是否大於 b
< a < b a 是否小於 b
>= a >= b a 是否大於或等於 b
<= a <= b a 是否小於或等於 b
Tab. 1: Relational Operators

7.1.2 相等運算子/Equality Operator

相等運算子是一個binary運算子,用以判斷兩個運算元(數值、函式、變數或運算式)之值是否相等。Java語言提供以下的關係運算子,如table 2

符號 範例 意義
== a == b a 是否等於 b
!= a != b a 是否不等於 b
Tab. 2: Equality Operators

同樣地,相等運算子會以true與false表示運算結果。

<note important>是 == , 不是 = 。 千萬不要將比較兩數是否相等的==寫成=,這實在是一個常常會遇到的錯誤!建議您以後如果遇到程式執行結果錯誤,但找不出任何問題時,試試檢查一下所有的 = 與 ==,有很高的機會可以改正您的程式。</note>

7.1.3 邏輯運算子/Logical Operator

邏輯運算子共有以下三種,如table 3

符號 意義 unary or binary
! NOT unary
&& AND binary
|| OR binary
Tab. 3: Logical Operators

其運算結果請參考table 4的真值表:

X Y NOT X X AND Y X OR Y
0 0 1 0 0
0 1 0 1
1 0 0 0 1
1 1 1 1
Tab. 4: Truth Table

假設變數score代表國文課的成績,以下的邏輯運算即為檢查成績是否介於0~100:

((score >= 0) && (score <=100))


7.1.4 優先順序(Precedence of Operators)

我們將目前為止介紹過的運算子之優先順序整理如table 5(表中是以優先權高至低依序列示):

運算子 符號
一元運算子 +(正)、-(負)、++、--、!(NOT)
算術運算子(乘除) *、/、%
算術運算子(加減) +、-
關係運算子 >=、<=、>、<
相等運算子 ==、!=
邏輯運算子 &&、||
條件運算子 ?:
指定運算子 =、*=、/=、%=、+=、-=
Tab. 5: 各運算子的優先順序(由高至低)

7.2 IF敘述

當我們在程式寫作時,某些功能可能是要視情況來決定是否要加以執行的。在Java語言中,提供一個if敘述,可以做到依特定條件成立與否,來決定該執行哪些程式碼。if的語法如下:

if ( expression ) statement

當expression成立時,也就是其布林值為true時,才會執行後面所接的statement。例如:

if (score >= 60) 
   System.out.println("You are pass!");

上面這行程式的意思是,如果score>=60則印出“You are pass!”。當然,若條件不成立時,後面所接的System.out.println()是不會被執行的。如果條件成立時,想要進行的處理需要一行以上的程式碼該怎麼辦呢?請參考下面的語法:

if ( expression ) { statements }

我們可以在if敘述後,以一組大括號來將要執行的程式碼包裹起來。這種被包裹起來的程式碼又稱為複合敘述(compound statment)。請參考下面的例子:

if (score >= 60)
{
   System.out.printf("Your score is %d\n", score);
   System.out.println("You are pass!");
}

如果我們想判斷的條件不只一個,那又該怎麼辦呢?其實if敘述也是敘述,所以在compound statement中當然可以含有if敘述,請參考下面的程式:

if (score >= 60)
{
   System.out.printf("Your score is %d\n", score);
   System.out.println("You are pass!");
 
   if(score >= 90)
   {
      System.out.println("You are very excellent!");
   }
}

<note important>良好的縮排(indent)習慣,可以為您的程式碼帶來容易閱讀、維護與除錯等好處。</note>

下面是另一個例子:

if (score >= 0)
{   
   if(score <= 100)
   {
      System.out.printf("This score %d is valid!\n", score);
   }
}

不過這個例子,還可以改寫成:

if ((score >= 0)&&(score <=100))
{   
   System.out.printf("This score %d is valid!\n", score);
}

<note important> 我曾經看過有人把程式這樣寫,雖然我可以瞭解其用意,但這個程式是錯誤的!因為relational operator是左關聯,0<=score<=100 → (0<=score)<=100,假設score為50 → true <=100 → ⇐運算子的左右兩邊資料型態不一樣,無法進行運算。

if ( 0 <= score <= 100)
{   
   System.out.printf("This score %d is valid!\n", score);
}

依據上述的分析,這個程式無法通過編譯。

</note>

延續上面的例子,若是想要在score超出範圍時,印出錯誤訊息,那又該如何設計呢?請參考下面的程式:

if ((score >= 0)&&(score <=100))
{   
   System.out.printf("This score %d is valid!\n", score);
}
 
if(score<0) || (score>100))
{
   System.out.printf("Error! The score %d is out of range!\n", score);
}

在這段程式碼中的兩個if敘述,其實是互斥的,也就是當第一個if的條件成立時,第二個if的條件絕不會成立,反之亦然。這種情況可以利用下面的語法,把兩個if敘述整合成一個:

if ( expression ) statement else statement 


if ( expression ) { statements } else { statements }

else保留字可以再指定一個敘述或是複合敘述,來表明當if條件不成立時,所欲進行的處理。請參考下面的例子:

if ((score < 0) || (score >100))
{   
   System.out.printf("Error! The score %d is out of range!\n", score);
}
else
{
   System.out.printf("This score %d is valid!\n", score);
}

再一次考慮到if敘述也是一種敘述,在else的後面,我們也可以再接一個if敘述,例如下面的例子:

if ((score < 0) || (score >100))
{   
   System.out.printf("Error! The score %d is out of range!\n", score);
}
else
{
   if(score>=60)
   {
      System.out.printf("You are pass!\n");
   }
}

類似的結構延伸,下面的程式碼也是正確的:

if ((score < 0) || (score >100))
{   
   System.out.printf("Error! The score %d is out of range!\n", score);
}
else
{
   if(score>=60)
   {
      System.out.printf("You are pass!\n");
   }
   else
   {
      System.out.printf("You are fail!\n");
   }
}

上述的程式碼,也可以利用if敘述及else保留字後面可以接一個敘述(只有一個敘述時,大括號可以省略),我們可以將部份的大括號去掉,請參考下面的程式碼:

if ((score < 0) || (score >100))
{   
   System.out.printf("Error! The score %d is out of range!\n", score);
}
else if(score>=60)
{
   System.out.printf("You are pass!\n");
}
else
{
   System.out.printf("You are fail!\n");
}


7.3 switch 敘述

請參考下面的資料表:

deptID 系所名稱 分機號碼
1 資訊工程系 21201
2 電腦與通訊系 21303
3 電腦與多媒體系 21701

以下的程式讓使用者輸入系統代碼後,依系所印出其分機號碼:

int deptID;
 
Scanner sc = new Scanner(System.in);
deptID=sc.nextInt();
 
if( deptID == 1 )
{
   System.out.printf("Computer Science and Information Engineering\n"); 
   System.out.printf("Phone: (08)7238700 ext.21201.\n");
}
else if( deptID == 2 )
{
   System.out.printf("Computer and Communications\n");
   System.out.printf("Phone: (08)7238700 ext.21303.\n");
}
else if( dept == 3 )
{
   System.out.printf("Computer and Multimedia\n");
   System.out.printf("Phone: (08)7238700 ext.21701.\n");
}
else
{
   System.out.printf("The value of deptID %d is invalid!\n", deptID);
}
 
sc.close();

上面這個程式具備「給定一個數值(或運算式),依其值決定該執行的程式碼」的程式結構。同樣的結構,Java語言提供另一個選擇:switch敘述,其語法如下:

switch (expression) 
{
	case constant-expression: statements
	…
	case constant-expression: statements	
        default: statements
}

其執行流程是:先判斷接在switch後面的運算式的值,依照其值去執行對應的case後的敘述群。我們將其語法各個部份分別說明如下:

  • switch( expression )
    • 以switch開頭,緊接一個括號與其內的expression。這裡的expression其運算結果必須為整數或字元(預設為int型態,若為char型態也會被自動轉換為int)。其它的浮點數或字串等都不被接受。
  • {…} → 最後以一組大括號與其內的敘述定義不同情況下的處理方法。可以接受的敘述包含以下兩種:
    • case constant-expression : statements
      • case →以case開頭
      • constant-expression → 所謂的constant expression即為運算式,但其運算元僅接受constant值,例如數值1, 2, 3等整數值、或'A', 'B', 'C'等字元型態(會被自動轉換成整數)或運算式 1+1, 1+2, 2+3等皆可;但不允許含有變數,例如x+y是不被接受的。
      • statements → 一行或一行以上的敘述,此部份為選擇性。當前述的expression的運算結果與這裡的constant expression運算結果相同時,則從此處開始往下繼續執行程式碼。
    • default : statements → 若前面的各個case的constant expression都不等同於switch的expression運算結果,那麼程式就跳過前述的各個case,直接到default這裡執行剩下的敘述。注意,default是選擇性的,也可以不寫。

現在,讓我們使用switch敘述將前述的例子重寫如下:

int deptID;
 
Scanner sc = new Scanner(System.in);
deptID, sc.nextInt();
 
switch (deptID )
{
   case 1:
            System.out.printf("Computer Science and Information Engineering\n"); 
            System.out.printf("Phone: (08)7238700 ext.21201.\n");
            break;
   case 2:
            System.out.printf("Computer and Communications\n");
            System.out.printf("Phone: (08)7238700 ext.21303.\n");
            break;
   case 3:
            System.out.printf("Computer and Multimedia\n");
            System.out.printf("Phone: (08)7238700 ext.21701.\n");
            break;
   default: 
            System.out.printf("The value of deptID %d is invalid!\n", deptID);
}
sc.close();

請將上述程式碼編輯、編譯並加以執行,看看結果為何? 注意,在這個程式中,每個case的敘述後都加了一個break敘述,其作用是讓程式的執行跳離其所屬的程式區塊中,一個程式區塊(block)是一組左右對稱的大括號與其內的敘述所組成。假設deptID的輸入值為2,程式的執行會跳過一部份,直接到case 2:的地方再加以執行,直到遇到break時,則跳出所屬的程式區塊,意即結束了這個switch敘述的執行。

若把上述程式中的break敘述全部移除,假設使用者還是輸入2,那麼程式從case 2開始執行後就會一直執行到底,其輸出結果為:

2
Computer and Communications
Phone: (08) 7238700 ext.21303.
Computer and Multimedia
Phone: (08) 7238700 ext.21701.
The value of deptID 2 is invalid!

當程式具有類似處理需求時,使用switch敘述將可以讓程式的架構更為簡單易讀。請再思考看看,還有哪些應用適合使用switch敘述呢?

  • 程式提供操作選項,而各選項負責執行不同的功能:

switch (choice)
{
   case 'i':
             insert_data();
             break;
   case 'x':
             execute();
             break;
   case 'q':
             System.exit(0);
             break;
}

  • 國小學生週一至週五,每天下課時間不同,有時半天、有時整天:

switch (weekday)
{
   case 1:
   case 2:
   case 4:
   case 5:
           System.out.printf("After school at 4:00pm\n");
           break;
   case 3:
           System.out.printf("After school at 12:00am\n");
}

  • 設計一程式,輸入一整數N,計算並印出1+2+…+N的結果:

int n=0, sum=0;
Scanner sc = new Scanner(System.in);
n=sc.nextInt();
 
switch (n)
{
   case 10: sum+=10;
   case  9: sum+=9;
   case  8: sum+=8;
   case  7: sum+=7;
   case  6: sum+=6;
   case  5: sum+=5;
   case  4: sum+=4;
   case  3: sum+=3;
   case  2: sum+=2;
   case  1: sum+=1;
}
System.out.printf("Sum=%d\n", sum);
sc.close();


7.4 條件運算式(Conditional Expression)

Java語言還有提供一種特別的運算式,稱為條件運算式(conditional expression),可依條件決定運算式的傳回值,其語法如下:

expression1 ? expression2 : expression3

運算式的運算結果expression1的值為true或false而定,當expression1為true時,傳回expression2的值;否則當expression1為false時,傳回expression3的值。事實上,這等同於下面的if敘述:

if (expression1)
   result = expression2;
else
   result = expression3;

條件式敘述有可能是因為像「如果expression為真則…. 否則….」這樣的述敘,在程式中出現的機會很高的緣故吧!請參考以下的應用:

int x=1, y=2, z;
if(x>y)
   z=x;
else
   z=y;

上面這段程式碼是令z為x與y兩者中較大的值,如果以條件運算式改寫,則只要寫成

z= x>y ? x: y; 
即可,是不是簡化很多?下面這行程式,假設score為學生成績,則可以簡單地檢查score是否大於100,若超過100則以100分計。

score = score > 100 ? 100 : score ; 

現在讓我們想想下面的運算式在做些什麼呢?

x = (x%10)!=0 ? (x-x%10+10) : x;

java/selection.txt · 上一次變更: 2019/07/02 15:01 (外部編輯)