第6章 程序的基本结构

本章视频教学录像：38分钟

一个C#应用程序是由许多语句组合而成的。在C#程序设计中如何组织程序语句，实现程序功能，这是我们需要掌握的基本技能。程序中的语句可以逐条执行，也可以根据某一条件的不同取值选择执行不同的代码，或者根据条件重复执行一段代码，本章介绍的顺序结构、分支结构和循环结构就能满足这些要求。

本章要点（已掌握的在方框中打钩）

□ 顺序结构

□ 分支结构

□ 循环结构

6.1 顺序结构

本节视频教学录像：2分钟

顺序结构是程序代码中最基本的结构，简单地说就是逐条执行程序中的语句，从程序开始执行到程序结束为止。例如，

    01 double x;                      //定义一个double型变量x
    02 int y=3;                      //定义一个int型变量y，让y的值为3，可以读为把3赋给y
    03 int z=8;                       //定义一个int型变量z，把8赋给z
    04 x=y+z+Math.Sin(3.65);         //将表达式的结果赋给x，Math.Sin是使用Math类库中的Sin
                                  方法求正弦值

程序中包含4条语句，构成一个顺序结构的程序。语句1定义一个double型变量x，语句2定义int型变量y并赋值，语句3定义int型变量z并赋值，语句4根据y、z的值进行运算并将结果赋值给x。

可以看出，顺序结构中，每一条语句都需要执行并且只执行一次，语句执行的先后次序与语句在顺序结构程序中出现的先后次序一致。

6.2 分支结构

本节视频教学录像：12分钟

与我们日常生活中的许多情况类似，程序设计过程中，经常需要根据条件进行判断，然后选择要执行的语句序列。分支结构就是根据条件的不同选择执行程序中的不同分支，每个分支对应一个语句序列。本节主要介绍实现分支结构的条件语句，有时也称为选择语句。

6.2.1 条件语句

条件语句就是对条件进行判断，根据判断结果选择执行不同的分支。C#中提供了多种形式的条件语句，包括if语句、if…else语句和switch语句。

⑴ 单分支结构的if语句。

语法格式如下。

    if(条件表达式)
    {语句序列}

如果条件成立（条件表达式的值为true），就执行条件表达式后面的语句序列中的语句。如果条件不成立（条件表达式的值为false），则跳过语句序列，继续执行if语句之后的语句。一般情况下，语句序列要用花括号括起来。例如，

    01 int score=int.Parse(Console.ReadLine());   //输入成绩，保存在变量score中
    02 if(score>=60)                             //条件为score大于等于60
    03 {
    04    Console.WriteLine("及格!");            //条件成立，则输出"及格!"
    05 }
    06 if(score<60)                              //条件为score小于60
    07 {
    08    Console.WriteLine("不及格!");          //条件成立，则输出"不及格!"
    09 }

使用ReadLine()方法从键盘输入成绩,调用int.Parse()方法将输入值转换为int类型，保存在变量score中。第一个if语句的条件表达式为“score >= 60”,当条件成立，输出“及格! ”；条件不成立则跳过第一个if语句，转去执行第二个if语句。第二个if语句的条件表达式为“score < 60”,当条件成立，输出“不及格! ”；条件不成立则跳过第二个if语句，程序结束。两个if语句的条件表达式是相互独立，互不影响的。

下面的例子进一步说明了if语句的使用。

【范例6-1】 输入学生成绩，输出学生的成绩等级。

⑴ 在Visual Studio 2013中新建控制台应用程序，项目名称为“ScoreByIf”。

⑵ 在program.cs的main方法中输入以下代码。

        01  Console.WriteLine("请输入成绩（0-100）：");
        02  int score=int.Parse(Console.ReadLine());

    03  if(score>=90)
    04  {
    05         Console.WriteLine("优秀！");
    06  }
    07  if(score>=80&&score<90)
    08  {
    09         Console.WriteLine("良好！");
    10  }
    11  if(score>=70&&score<80)
    12  {
    13         Console.WriteLine("中等！");
    14  }
    15  if(score>=60&&score<70)
    16  {
    17         Console.WriteLine("及格！");
    18  }
    19  if(score<60)
    20  {
    21         Console.WriteLine("不及格！");
    22  }
    23  Console.ReadKey();

⑶ 双分支结构的if…else语句。

语法格式如下。

    if(条件表达式)
    {语句序列1}
    else
    {语句序列2}

其作用是如果条件表达式值为true，执行if后面的语句序列1；如果条件表达式值为false，执行else后面的语句序列2。

    int score=int.Parse(Console.ReadLine());      //输入成绩，保存在变量score中
    if(score>=60)                                //条件为score大于等于60
    {
        Console.WriteLine("及格！");             //条件成立，则输出"及格!"
    }
    else
    {
        Console.WriteLine("不及格！");           //条件不成立，则输出"不及格!"
    }

对比if语句的例子，可以看出，以上代码实现了使用一个if…else语句体现两个if语句的功能。思考一下，什么时候可以这样做？

⑷ 多分支结构。

if语句实现多分支结构的语法如下。

    if(表达式1)
    { 语句序列1        //表达式1的值为true时执行的语句}
    else if(表达式2)
    { 语句序列2        //表达式2的值为true时执行的语句}
    …
    else if(表达式n)
    {语句序列n         //表达式n的值为true时执行的语句}
    else
    {语句序列n+1       //表达式1到n的值都为false时执行的语句}

注意，当表达式1的值为true，执行语句序列1，然后if语句的执行结束。只有当表达式1的值为false时，才需要考虑表达式2的值，表达式2的值为true，则执行语句序列2，然后结束if语句。只有当表达式2的值为false，才需要考虑表达式3的值。依此类推，只有表达式1、2、3…n-1的值都为false时，才需要考虑表达式n的值，这时如果表达式n的值为true，则执行语句序列n，然后结束if语句，否则执行语句序列n+1。

【范例6-2】 使用多分支结构实现成绩等级评定。

⑴ 在Visual Studio 2013中新建控制台应用程序，项目名称为“ScoreByIfelse”。

⑵ 在program.cs的main方法中输入以下代码。

    01  Console.WriteLine("请输入成绩（0-100）：");
    02  int score=int.Parse(Console.ReadLine());
    03  if(score>=90)
    04  {
    05         Console.WriteLine("优秀！");
    06  }
    07  else if(score>=80)
    08
    09         Console.WriteLine("良好！");
    10  }
    11  else if(score>=70)
    12  {
    13         Console.WriteLine("中等！");
    14  }
    15  else if(score>=60)
    16  {
    17         Console.WriteLine("及格！");
    18  }
    19  else
    20  {
    21         Console.WriteLine("不及格！");
    22  }
    23  Console.ReadKey();

【范例分析】

使用多分支结构可以让程序看起来更加简洁，但是要注意多分支结构中多个条件表达式之间的关系。例如，上面的代码中要执行条件表达式“score >= 80”后的语句“Console.WriteLine("良好！");”的前提是条件表达式“score >= 90”为false，也就是说，当条件score >= 80 && score < 90成立时才执行语句“Console.WriteLine("良好！");”

6.2.2 switch语句

分支结构也可以使用switch语句来实现，switch语句能够根据表达式的值来选择要执行的代码。if语句只能测试单个条件，如果需要测试多个条件，则需要书写冗长的代码。而switch语句能有效地避免冗长的代码，并能测试多个条件。switch语句的语法如下。

    switch (表达式)
    {
        case  常量表达式1: 语句序列1
        break;
        case  常量表达式2: 语句序列2
        break;
        …
        case  常量表达式n: 语句序列n
        break;
        default:             语句序列n+1
        break;
    }

switch语句的执行过程是：计算switch语句中表达式的值，再依次与1～n个常量比较，当表达式的值与某个case后面的常量相等时，则执行该case后面的语句，然后执行break语句，跳出switch结构。程序执行时，从匹配常量的相应case处入口，一直执行到break语句或到达switch结构的末尾为止。如果几个常量都不等于switch中表达式的值，则执行default处的语句。

每个case后面的语句可以是单条语句或空语句，也可以是多条语句，而构成一个程序段。这里的语法上允许有多条语句，因此不必加花括号写成复合语句的形式。

【范例6-3】 使用switch语句实现成绩等级评定。

⑴ 在Visual Studio 2013中新建控制台应用程序，项目名称为“ScoreBySwitch”。

⑵ 在program.cs的main方法中输入以下代码。

    01   Console.WriteLine("请输入成绩（0-100）：");
    02   int score=int.Parse(Console.ReadLine());
    03   switch(score/10)
    04   {
    05         case 10:
    06         case 9:
    07         Console.WriteLine("优秀！");
    08         break;
    09         case 8:
    10         Console.WriteLine("良好！");
    11         break;
    12         case 7:
    13         Console.WriteLine("中等！");
    14         break;
    15         case 6:
    16         Console.WriteLine("及格！");
    17         break;
    18         default:
    19         Console.WriteLine("不及格！");
    20         break;
    21   }
    22   Console.ReadKey();

【范例分析】

在这个程序中，从键盘上输入学生成绩，存入变量score中，使用score/10作为switch语句的表达式，表达式的值为整型，与case后的常量表达式的值类型相同。当表达式score/10的值与某个case后的常量表达式的值相等时，跳转到该case结构后的语句序列开始执行，直到switch语句结束或者遇到break语句。可以多种情况共用一个语句序列，如score/10的值为9和10两种情况，学生成绩等级都是“优秀”，case 10后面为空，与case 9共用一个语句序列。这种特性的使用需要特别注意，需要在每个语句序列的最后加上break语句，保证被执行语句序列得到执行后跳转到switch语句的结束位置。

6.3 循环结构

本节视频教学录像：11分钟

在程序开发中，经常需要反复执行某段代码。为了避免重复输入相同代码，同时提高程序代码的可读性，引入了循环结构，需要反复执行的代码称为循环体。循环结构使用循环条件控制循环体代码的执行与否，循环条件中通常使用一个特殊的变量——循环变量，根据循环变量的值来确定循环条件是否成立。C#提供的循环语句有for语句、while语句、do_while语句和foreach语句。

6.3.1 for循环

for循环语句语法为：

    for(表达式1；表达式2；表达式3)
    {
    循环体
    }

for语句的执行过程如下。

① 计算表达式1，为循环变量赋初值。

② 计算表达式2，检查循环条件，若表达式2的值为true, 则执行一次循环体；若其为false，控制转出循环结构。

③ 执行完一次循环体后，计算表达式3，对控制变量进行增量或减量操作，再重复第⑵步操作。

【范例6-4】 用for循环计算1+2+3+…+100的和。

⑴ 在Visual Studio 2013中新建控制台应用程序，项目名称为“SumByFor”。

⑵ 在program.cs的main方法中输入以下代码。

        01 int sum; //定义累加变量sum

    02 sum=0;                        //累加变量赋初始值为0
    03 Console.WriteLine("计算1+2+3+…+100的和：");
    04 for(int i=1;i<=100;i++)        //循环变量i从1开始到100变化循环，i每次增1
    05  {                            //循环，累加求和
    06    sum=sum+i;                 //累加求和
    07  }
    08  Console.WriteLine("1+2+3+…+100={0}",sum);
    09  Console.ReadKey();

【范例分析】

在这个程序中，表达式1（int i=1）为循环变量i赋初值1，该表达式只在for循环开始时执行一次。表达式2（i<= 100）是循环条件，循环的每次执行都要先判断循环条件是否成立，成立则执行循环体，这里是把i的当前值累加到变量sum上。表达式3（i++）在循环的每一次执行结束后得到执行，保证每次循环i的值都比上一次加1，使得最终循环条件不成立，循环终止。

6.3.2 while循环

while循环的语法为：

    while (表达式)
    {
        循环体
    }

while循环执行的过程是：先计算while后面圆括号内表达式的值，判断循环条件是否成立。当表达式值为true时，执行循环体，然后再次判断表达式的值；当表达式的值仍为“true”时，则再次执行循环体语句，重复上述执行过程；当表达式的值为false时则退出循环。

【范例6-5】 用while循环计算1+2+3+…+100的和。

⑴ 在Visual Studio 2013中新建控制台应用程序，项目名称为“SumByWhile”。

⑵ 在program.cs的main方法中输入以下代码。

    01 int i,sum;              //定义int变量i用于控制循环次数，sum用于累加求和
    02 i=1;                   //循环变量赋初始值为1
    03 sum=0;                 //累加器变量sum赋初值为0
    04 while(i<=100)          //while循环，当i小于等于100时循环
    05 {                      //循环体，累加求和
    06    sum=sum+i;          //累加求和
    07    i++;                //循环变量的值增1
    08 }
    09 Console.WriteLine("1+2+3+…+100={0}",sum);     //输出累加的结果5050
    10 Console.ReadKey();

6.3.3 do-while循环

循环语句可以分为两大类，即“当”型循环和“直到”型循环。

for循环和while循环属于“当”型循环，循环执行时，首先判断循环条件是否成立，当条件成立则执行循环体，然后再次判断循环条件，条件成立则再次执行循环体，如此反复，当循环条件不成立时则结束循环。

do-while循环的语法为：

    do
    {
        循环体
    } while (表达式);

do-while语句实现了另一种循环——“直到”型循环，先无条件执行一次循环体，然后判断循环条件，条件成立则再次执行循环体，然后再次判断条件，条件成立则第三次执行循环体，依此类推，直到循环条件不成立结束循环。

【范例6-6】 用do-while循环计算1+2+3+…+100的和。

⑴ 在Visual Studio 2013中新建控制台应用程序，项目名称为“SumByDoWhile”。

⑵ 在program.cs的main方法中输入以下代码。

    01  int i,sum;
    02  i=1;                                          //循环变量赋初始值
    03  sum=0;
    04  do
    05  {                                             //循环体
    06         sum=sum+i;                             //累加求和
    07         i++;                                   //改变循环体变量的值，i每次增1
    08  }while(i<=100);
    09 Console.WriteLine("1+2+3+…+100={0}",sum);     //输出结果
    10  Console.ReadKey();

6.3.4 foreach循环

foreach循环用于遍历整个集合或数组，可以获取集合中的所有对象，不需要给出循环变量和循环条件，也不需要给循环变量赋初值和修改循环变量的值。foreach循环简单易用、代码简洁，在以后的学习中会经常用到。语法如下。

    foreach(数据类型 局部变量in集合或者数组)
    {
        循环体
    }

foreach语句中，需要根据集合或者数组的元素类型，定义一个相同类型的局部变量。foreach语句执行时，首先判断集合中是否存在元素，若存在，则将集合中的第1个元素赋值给局部变量，执行循环体，然后判断集合中是否还有剩余元素。若存在，则将下一个元素赋值给局部变量，再次执行循环体，依此类推，将集合中所有元素逐个赋值给局部变量，根据该局部变量的值执行循环体。

例如，

        //定义数组week，使用foreach循环遍历数组week，输出数组中的每个元素
    01  string[]week={"Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat","Sun"};   //定义数组并赋初值
    02  foreach(string s in week)          //遍历数组元素，局部变量s的类型与数组元素类型相同
    03 {
    04         Console.WriteLine(s);    //输出局部变量s的当前值
    05  }

6.4 循环嵌套

本节视频教学录像：6分钟

循环嵌套是C#程序设计的一种高级技巧。循环嵌套就是在循环体中还可以使用循环语句，前面讲过的几种循环都可以互相嵌套。在程序设计过程中使用循环嵌套需要注意区分外层循环和内层循环，外层循环执行一次，内层循环执行一遍。外层循环和内层循环的循环控制要互相独立，互不影响。

【范例6-7】 输出九九乘法表。

⑴ 在Visual Studio 2013中新建控制台应用程序，项目名称为“MultiTable”。

⑵ 在program.cs的main方法中输入以下代码。

    01  for(int i=1;i<=9;i++)
    02  {
    03         for(int j=1;j<=i;j++)
    04         {
    05                Console.Write("{0}*{1}={2}",i,j,i*j);
    06                if(i!=j)Console.Write(",");
    07         }
    08                Console.WriteLine();
    09  }
    10  Console.ReadKey();

程序输出结果如下图所示。

【范例6-8】 输出小于100的素数。一个大于1的自然数，除了1和它本身外，不能被其他自然数整除（除0以外）的数称为素数。

⑴ 在Visual Studio 2013中新建控制台应用程序，项目名称为“PrimeNumber”。

⑵ 在program.cs的main方法中输入以下代码。

    01  Console.WriteLine("小于100之中的素数有：");      //输出提示信息
    02  for(int i=2;i<100;i++)                 //外层循环，i从2到100循环分别判断i是否是素数
    03  {
    04         bool isPrime=true;              //定义isPrime变量，标志某个数是否为素数
    05         for(int j=2;j<i-1;j++)          //内层循环，j从2到i-1循环，看j能否整除i
    06         {

    07                if(i % j==0)                        //如果i能整除以j，说明i不是素数
    08                {
    09                       isPrime=false;             //i不是素数，设置isPrime=false
    10                       break;                     //跳出内层循环，继续外层循环
    11                }
    12         }                                        //内层循环结束
    13         if(isPrime)                              //i如果是素数则输出
    14         {
    15                Console.WriteLine("{0}",i);       //输出素数i
    16         }
    17  }                                               //外层循环结束
    18  Console.ReadKey();

在上面的代码中出现了break语句，它的功能是跳出break语句所处的循环，转去执行循环结构后面的语句。类似的，C#中提供了continue语句，continue语句的功能是结束本次循环，通常配合if语句使用，当某个条件成立则终止本次循环，即忽略循环体中continue后面的语句，接着进入本循环结构的下一次循环。

6.5 高手点拨

本节视频教学录像：4分钟

6.5.1 循环变量的使用

循环变量在循环结构中的作用至关重要，循环变量赋值不当，程序就无法正常执行，多数循环结构程序出错都与循环变量的错误使用有关。要正确使用循环变量，需要注意以下几点。

循环变量的声明和赋初值要在循环体之外，for循环中循环变量的声明和赋初值通常通过for语句后括号内的表达式1实现。如果把为循环变量赋初值的语句放在循环体首部，则循环体每次执行都将为循环变量赋初值，有可能出现死循环。

例如，

    int i;
    while(i<=100)     //while循环，当i小于等于100时循环
    {
        i=1；                //错误，每次执行循环体都将为循环变量赋初值
        …                    //循环体
        i++；
    }

在循环体的最后一般要有语句修改循环变量的值，使循环条件有可能不成立，从而终止循环结构的执行，for循环中通常使用for语句后的表达式3来修改循环变量的值。需要注意的是，如果循环结构在for语句中定义循环变量，该变量被视为局部变量，当循环执行完毕后变量即被释放，在循环语句之外再次引用该循环变量将出错。

例如，

    for(int i=0;i<=100;i++)
    {
        …
    }
    Console.WriteLine(i);     //错误，循环变量i已经不存在

循环嵌套时，外层循环和内层循环的循环变量是相互独立的，必须定义两个不同的循环变量，否则循环嵌套将无法按照我们的预期执行。注意，内层循环体中可以引用外层循环的循环变量，但不能修改外层循环变量的值。

例如，

    for(int i=0;i<=10;i++)
    {
        for(int k=0;k<=10;k++)
        {
              Console.WriteLine(i);     //内层循环引用外层循环的循环变量
        }
    }

6.5.2 特殊形式的循环结构

1. 无条件循环

需要注意的是，while(true){ }形式的循环结构也是经常使用的，循环体无条件执行。但在循环体中通常使用一个条件语句，当某个条件成立时，使用break语句终止当前循环语句，转去执行循环语句之后的语句。

例如，

    while(true)
    {
    …
        if(条件表达式)break;
        …
    }

2.提前终止循环语句或提前终止循环体的一次执行

循环结构中，需要提前终止循环语句，这时通常使用条件语句，当某个条件成立时，使用break语句结束循环语句，转去执行循环体之后的语句。此处与无条件循环中的情况类似。

某次执行循环体时，需要提前终止循环体的该次执行。这时通常使用条件语句，当某个条件成立时，使用continue语句结束循环体的本次执行，转去执行表达式3，修改循环变量，然后根据表达式2的值判断是否继续循环体的下一次执行。

例如，

    for(表达式1；表达式2；表达式3)
    {
        …
        if(条件表达式)continue;
        …
    }

6.6 实战练习

操作题

1. 按照复印中心的收费规定，复印前50张为每张0.5元，以后为每张0.2元。试编写一段程序，要求输入复印张数，然后显示总价格。

2. 编写一段程序，求两个正整数的最大公约数和最小公倍数。