條件判斷 Decision Control Statement

• 為了應付程式可能遇到的各種狀況，C 提供了 if 條件判斷陳述。
• 情況、情境、狀態或條件的陳述，在程式執行時，該陳述只有正確與錯誤、 成立與不成立、 真與偽等非常明確的「正面或負面」兩種狀況。
• 可能的運算結果只能有「true (真)」、「false (假)」這兩種布林值（Boolean Value）

布林代數 Boolean algebra

布林代數（Boolean algebra），具有真 (true) 與**偽 (false) **兩種值，可用來表示是非對錯的概念。
在程式語言中，程式流程控制的語法，例如 if、for 和 while 等，所使用的條件陳述都需要用布林代數來描述。而有趣的是， C 與 C++因為語言特性和發展時機的不同，對於該怎麼實現布林代數的想法也有所不同。

C89 中的布林型態

• 雖然布林代數對於流程控制至為重要，但在 C89 中並沒有替布林代數設計一個專有的資料型態。在 C89 中，布林代數是隱約地在多個不同的型態、不同的運算與不同的語法中實現。
• C89 替所有內建的資料型態做了統一規定：非 0 為真、0 為偽。
• 此外，C89 對於關係運算子與邏輯 運算子的運算結果也做了規定。
• 當運算結果為真時會算出 int 型態的 1，當運算結果為偽時會算出 int 型態的 0。
• 這造成在 C89 容易覺得布林代數就是用 int 型態來表示。
• 不過這是個誤解，下一頁我們來看看例子。

上面的程式碼，因為 C89 的規定，所以都會被判定為 false。不會印出任何結果。

• 0.1 直接作為布林值判定時，因為非 0 所以為真。但如果將其值轉型成 int 型態，因為值變為 0 所以判定為非。由此可知 int 型態不能完全表達布林代數的結果。
• C89 沒有替布林代數設計專用的資料型態還造成了其他問題。例如之前提到的，因為關係與邏輯運算子的運算結果是以 int 的 1 與 0 來表示真與偽，因而產生了一些結果不直觀的程式碼。
• 開始，型別名字為_Bool。
• 另外，C99 為了讓 C 和 C++ 更相容，增加了一個標頭檔案 stdbool.h。裡面定義了 bool、true、false，讓我們可以像C++ 一樣的定義布林型別。
• _Bool型別不需要引用其他庫函式，直接就可以使用。而 bool 型別，則需要 #include <stdbool.h>。

switch statement

• switch 是 C 語言提供的另一種條件判斷方式，本身只能比較數值或是字元。
• 但是，使用得當的話，或許會比 if 判斷式還要來得有效率。
• Syntax：

switch (expression)
{
    case constant1:
      statements1;
      break;
    case constant2:
      statements2
      break;
	…
    default: 
      default statements;
}

首先，會先看看 switch 括號裡的 expression，取得 expression 的數值（或字元）之後，會一一與 case 設定的數字（或字元）比較，若符合，就會執行以下之 statement，直到遇到 breaks 後離開 switch 區塊（block）。若都沒有符合得數值（或字元），就會執行 default 裡的 statements。default 可省略。

switch statement flow chart

範例

範例一：BMI 計算

使用者輸入身高、體重，計算 BMI 值。

若 BMI 小於 18.5，顯示過輕。
若 BMI 介於 18.5 到 24 之間，顯示體重正常。
大於 24，則顯示過胖。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    float bmi, w, h; // declare in floating type

    printf("Enter your weight(kg) and height(cm):\n");
    scanf("%f %f", &w, &h);

    bmi = w / ((h/100)*(h/100));
    printf("BMI = %f\n\n", bmi);

    if(bmi<=18.5){
        printf("Underweight.\n");
    }else if(bmi>18.5 && bmi <= 24){
        printf("Normal!\n");
    }else{
        printf("Overweight!\n");
    }

    system("PAUSE");
    return 0;
}

範例二：生肖

已知 2021 年為牛年，設計一程式，從今年推算輸入年分之生肖為何？

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int year;

    printf("Please input a year: ");
    scanf("%d", &year);

    int this_year = 2021 % 12; // 2021 % 12 為牛年

    switch((year%12)-this_year){
        case 0:
            printf("%d 年為牛年", year);
            break;
        case 1:
            printf("%d 年為虎年", year);
            break;
        case 2:
            printf("%d 年為兔年", year);
            break;
        case 3:
            printf("%d 年為龍年", year);
            break;
        case 4:
            printf("%d 年為蛇年", year);
            break;
        case 5:
            printf("%d 年為馬年", year);
            break;
        case 6:
            printf("%d 年為羊年", year);
            break;
        case -5:
            printf("%d 年為猴年", year);
            break;
        case -4:
            printf("%d 年為雞年", year);
            break;
        case -3:
            printf("%d 年為狗年", year);
            break;
        case -2:
            printf("%d 年為豬年", year);
            break;
        case -1:
            printf("%d 年為鼠年", year);
            break;
    }
    printf("\n\n");
    system("PAUSE");
    return 0;
}

範例三：計算折扣

某百貨正在舉行周年慶。顧客購物金額折扣如下：

• 1,000(含) 以上：打 9 折
• 5,000(含) 以上：打 8 折
• 8,000(含) 以上：打 65 折
• 10,000(含) 以上：打 3 折

請設計一程式，使用者輸入購物金額，並在螢幕顯示出

1. 可享的折扣
2. 折扣後的金額
3. 總共省下多少錢

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int price, account;

    printf("Enter a price: ");
    scanf("%d", &price);

    if(price >= 10000){
        account = price * 30 / 100;
        printf("打 3 折\n");
    }else if(price >= 8000){
        account = price * 0.65;
        printf("打 65 折\n");
    }else if(price >= 5000){
        account = price * 0.8;
        printf("打 8 折\n");
    }else if(price >= 1000){
        account = price * 0.9;
        printf("打 9 折\n");
    }else{
        account = price;
        printf("沒有折扣\n");
    }
    printf("折扣後的金額為 %d\n", account);
    printf("總共省下 %d\n\n", price-account);

    system("PAUSE");
    return 0;

}

迴圈敘述句 Loop Statement

• 在程式裡，迴圈（loop）是用來重複執行同一個區塊（block）。
• 會在某一個特別設定的條件下跳出迴圈。
• 在 C語言裡，總共有三種不同的迴圈敘述句，分別為：
  1. for loop （前測式）
  2. while loop （前測式）
  3. do…while loop （後測式）
• 之後，我們會分別介紹這三種不同的 statement。

for loop flow chart

for loop 步驟：

1. 執行 initialization statement，而且只會執行一次，此步驟為設定變數初值。
2. 執行 test expression，判定變數是否為真。
3. 如果為真 True，程式會進入迴圈裡的 statement，之後會執行 update statement，更新參數。
4. 開始重複第二步驟。直到判定為否 False。
5. 判定為否，則會跳出迴圈區塊，執行迴圈外的 statement。

for(initialization_Statement; test_Expression; update_State){
    // statements inside the body of loop
}

while loop flow chart

while loop 執行步驟：

1. 執行 test expression，判定變數是否為真。
2. 如果判定為否，則跳過迴圈裡的 statement，直接結束迴圈。
3. 如果為真，執行迴圈裡的 statement。
4. 執行完畢，跳回第一步，直到判定變數為否。

while(test_Expression){
    // the body of loop
}

do...while loop flow chart

兩種不同 while 迴圈

• 這兩種 while loop 差別在於前測式與後測式迴圈：
  • 前測式迴圈：先測試迴圈變數是否符合迴圈終止條件。
  • 後測式迴圈：先執行迴圈本體一次，再測試迴圈變數是否符合終止條件。
• 兩者的差異在於 do…while 後測式迴圈至少執行一次。
• 要使用哪一種結構是看程式功能需求，如：帳號密碼登入功能至少要讓使用者輸入一次帳號密碼，再確認帳號密碼是否正確，就可以使用後測式迴圈結構。

ref.

• 怎麼表示是非對錯 ? 在 C 與 C++ 中布林 (Boolean) 型態的演進 (二) : C++98
• switch 條件判斷

範例

範例四：總和計算

請設計一程式，使用者輸入一正整數，並顯示 1 + 2 + … + N 的總和。
如：輸入 9 ，結果為 1~9 的總和。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int n, sum=0;

    printf("Enter a number: ");
    scanf("%d", &n);

    for(int i=1; i <= n; i++){
        sum += i;
    }
    printf("Summary of 1 ~ %d = %d\n\n", n, sum);

    system("PAUSE");
    return 0;
}

範例五：猜大小

猜大小遊戲（high or low），由電腦想定一個數字（1-1000），人來猜電腦想定的數。每人每次猜一個數，電腦則會回答：＜答對＞ ＜太大＞ ＜太小＞。
答對後在螢幕顯示猜了幾次才猜到正確答案。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

void main()
{
    int answer, n, count = 0;

    srand( time(NULL) ); // 設定亂數種子

    answer = (rand() % 1000) + 1; // 比較常寫成這種模式 (rand()%(max-min+1))+min

    /**while 寫法**/
    /*while(1){ // while(1) 代表無限迴圈，但是切記，一定要設停止迴圈的機制
        printf("Enter your Answer: ");
        scanf("%d", &n);
        count++;

        if(n == answer){
            printf("CONGRA!\n\n");
            break;  // 跳出迴圈，也就是停止無限迴圈的機制
        }else if(n < answer){
            printf("Higher\n\n");
        }else{
            printf("Lower\n\n");
        }
    }*/
    /**do while 寫法**/
    do{
        printf("Enter your answer: ");
        scanf("%d", &n);
        count++;

        if(n < answer){
            printf("Higher\n\n");
        }else if(n > answer){
            printf("Lower\n\n");
        }else{
            printf("Congra!\n\n");
        }
    }while(n != answer);

    printf("第 %d 次猜到結果\n", count);
}

補充：產生亂數

C 語言的 stdlib.h 函式庫裡提供了 rand() 函式來產生亂數。
不過因為 rand() 函式是由它上一個數值來產出下一個亂數，如果不做任何設定，初值系統都預設為 0。
因此這個時候我們可以用 srand() 函式來改變一開始的亂數值（一樣定義在 stdlib.h），srand() 需要一個參數作為 seed（種子）。
通常我們會已目前的時間當作亂數種子，使用 time() 函式，而 time() 定義在 time.h 函式庫裡。

可以參考以下範例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> //亂數相關函數
#include <time.h>

void main() // 把 main function 改成 void 就可以省掉最後的 return 0
{
    /** 第一種亂數範例 **/

    // 先設定亂數種子
    srand( time(NULL) ); //srand定義在stdlib裡，用現在時間當作亂數種子

    // 產生亂數
    int x = rand();
    printf("產生亂數 (基本)\n");
    printf("x= %d\n", x);
    /* 這個範例產生的亂數是一個整數，值介於 0~RAND_MAX 之間
    不同系統定義的 RAND_MAX 有不同大小 */

    printf("======\n");
    system("PAUSE");
    printf("\n");

    // show RAND_MAX
    printf("RAND_MAX = %d\n", RAND_MAX); // RAND_MAX 32767
    /* This is completely useless to us. */

    printf("======\n");
    system("PAUSE");
    printf("\n");

    /** 第二種亂數範例 - 特定範圍整數亂數 **/

    // 指定亂數範圍
    int min = 1;
    int max = 100;

    // 產生 [min, max] 的整數亂數, min <= x <= max
    int y = rand() % (max - min + 1) + min;
    printf("產生特定範圍整數亂數，範圍：[%d,%d]\n", min, max);
    printf("y = %d\n", y);

    printf("======\n");
    system("PAUSE");
    printf("\n");

    /** 第三種亂數範例 - [0,1) 浮點數亂數, 0 <= x < 1 **/
    double z = (double) rand() / (RAND_MAX + 1.0);
    printf("產生 [0,1) 範圍浮點數亂數\n");
    printf("z = %f\n", z);

    printf("======\n");
    system("PAUSE");
    printf("\n");

    /** 第四種亂數範例 - [min,max) 浮點數亂數, min <= x < max **/
    double min_float = 3.6;
    double max_float = 8.7;

    double w = (max_float-min_float) * rand() / (RAND_MAX + 1.0) + min;
    printf("產生特定範圍浮點數亂數，範圍：[%.2f,%.2f)\n", min_float, max_float);
    printf("w = %f\n", w);

    printf("======\n");
    system("PAUSE");
    printf("\n");
}

產生亂數 (基本)
x= 26378
======
請按任意鍵繼續 . . .

RAND_MAX = 32767
======
請按任意鍵繼續 . . .

產生特定範圍整數亂數，範圍：[1,100]
y = 84
======
請按任意鍵繼續 . . .

產生 [0,1) 範圍浮點數亂數
z = 0.412872
======
請按任意鍵繼續 . . .

產生特定範圍浮點數亂數，範圍：[3.60,8.70)
w = 1.801700
======
請按任意鍵繼續 . . .


Process returned 10 (0xA)   execution time : 4.756 s
Press any key to continue.

範例六：作圖

請設計一程式，由使用者輸入一整數，螢幕顯示如下：

Input

4

Output

*
**
***
****

Input

5

Output

*
**
***
****
*****

以此類推

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

void main()
{
    int i, j, num;
    scanf("%d", &num);
    
    printf("\n");
    for(i = 0; i < num; i++){
        for(j = 0; j <= i; j++){
            printf("*");
        }
        printf("\n");
    }
}