运算符和表达式-2 与分支结构

Posted 2020-06-19

1. 运算符和表达式-2

1.1. 赋值运算

1.1.1. 使用“=”进行赋值运算

“=”称为赋值运算符，用于对变量赋值。关于赋值运算符，除了将右边的表达式计算出来赋给左边以外还具备如下特点：赋值表达式本身也有值，其本身之值即为所赋之值。示例代码如下所示：

1. int num = 18, index;
2. System.out.println(index = num % 5); // 结果为：3，赋值表达式本身也有值
3. System.out.println(index); // 结果为：3
4. int a, b, c;
5. a = b = c = 100;
6. //c=100 整个表达式的值为100，将其赋值给b，同样b=(c=100) 整个表达式的值也为100，然后又将这个值赋给了a，所以a的值也是100.

1.1.2. 使用扩展赋值表达式

在赋值运算符”= ”前加上其它运算符，即为扩展赋值运算符，其效率高于赋值运算符，推荐使用，扩展赋值运算符如下图 - 5所示：

1.2. 字符连接运算

1.2.1. 使用“+”进行字符串连接

“+”除了可以进行算术运算以外，还可以实现字符串的连接，同时可以实现字符串与其他数据类型的“相连”。

当 + 号作用于两个数字类型变量时，是在进行算术运算。

当 + 号两边的变量有一个是字符串类型，即””括起来的时候，则其进行的是字符串的连接，连接后的结果为字符串类型。示例代码如下所示：

1. int a = 100;
2. String msg = "a=" + a;
3. System.out.println(msg); //a=100，字符串拼接
4. msg = "" + 100 + 200;
5. System.out.println(msg); //结果为： 100200，””+100，为字符串100再拼上200为100200
6. msg = 100 + 200 + "";
7. System.out.println(msg); //结果为：300，100+200为算术运算结果为300，再加上””为300

1.3. 条件（三目）运算

1.3.1. 使用条件（三目）运算符

条件运算符又称“三目”运算符，其结构为：boolean表达式 ? 表达式1：表达式2。

条件运算符的规则如下：

1. 先计算boolean表达式；
2. 如果boolean表达式的值为true，整个表达式的值为表达式1的值；
3. 如果boolean表达式的值为false，整个表达式的值为表达式2的值。

示例代码如下：

1. int a = 100, b = 200;
2. int flag = a > b ? 1 : -1; //因为a>b为false，所以整个表达式的值为-1，将其赋给flag，即:flag的值为-1。

1.3.2. 条件（三目）运算符的嵌套

条件运算符可以嵌套使用，所谓嵌套是指在条件（三目）表达式：“boolean表达式 ? 表达式1：表达式2”中的表达式1或表达式2也是条件（三目）表达式，相当于多重判断，示例代码如下所示：

1. int a = -3;
2. String r = a > 0 ? "正数" : (a == 0 ? "0":"负数");
3. System.out.println(r); //结果为负数，因为 a 的值小于 0，即boolean 表达式的值为 false ，则取问号后第二个表达式的值作为表达式的结果。而问号后的第二个表达式也是一个三目运算符所构成的表达式。因为 a==0 表达式的值为 false，则取“负数”为表达式的结果。

2. 分支结构

2.1. 什么是分支结构

首先，看一个需求，假设需要编写一个收银柜台收款程序，要求根据商品单价、购买数量以及收款金额，计算并输出应收金额和找零。

通过分析可以想到，这个程序，需要定义三个输入，即：单价、数量、金额。定义两个输出，即：应收金额、找零。因为金额有可能为小数类型，所以变量的数据结构定义为double类型。

此程序可以以如下方式解决，用户由控制台输入：商品单价、购买数量、收款金额；而后计算商品的总价及找零，并输出。示例代码如下所示：

1. public static void main(String[] args) {
2.         //定义输入
3.         Scanner console = new Scanner(System.in);
4.         System.out.println("请输入单价（￥）:");
5.         double unitPrice = console.nextDouble();
6.         System.out.println("请输入数量:");
7.         double amount = console.nextDouble();
8.         System.out.println("请输入金额（￥）:");
9.         double money = console.nextDouble();
10.         console.close();
11.         
12.         //计算商品总价
13.         double totalPrice = unitPrice * amount;
14.         //计算找零
15.         double change = money - totalPrice;
16.         
17.         //输出
18.         System.out.println("应收金额为:" + totalPrice +"，找零为:" + change);
19.     }

如上代码，输入数据后，可以正确输出应收金额及找零，假设现在需求增加，当商品总价满500时享受8折优惠， 如何解决？这种情况，在软件应用中，需要使用分支结构来实现。

任何复杂的程序逻辑结构都可以通过“顺序”，“分支”，“循环”这三种基本的程序结构实现。如图 – 1所示：

刚刚的案例即为顺序结构，第一步A执行完执行第二步B，第二步执行完执行第三步，一步一步顺序执行。分支结构即为根据一个条件做判断，如果条件满足则执行A，否则执行B。还有一种即为后面要介绍的循环结构。原则上，任何复杂的程序， 都可以通过这三种结构来解决。

当程序在运行过程中， 需要根据不同的条件而运行不同的语句时，即可以使用分支结构，Java中有专门的语法结构来实现分支：

1. 当条件满足时运行某些语句；当条件不满足时则不运行这些语句——if结构。
2. 当条件满足时运行某些语句； 当条件不满足时运行另外一些语句——if-else结构 

2.2. if语句

2.2.1. if语句的执行逻辑

首先看下面if语句的语法：

1. 语句0;
2. if（逻辑表达式）{
3.      语句1；
4.      语句2；
5. }
6. 语句3；

如上语句的执行步骤如下所示：

步骤一：执行语句0；

步骤二： 判断逻辑表达式的值，此表达式的值结果为boolean类型，即true或者false。此处可以是关系表达式也可以是逻辑表达式。

1. 若值为true，则执行if语句块中的语句；
2. 若值为false，则跳过if语句块；

步骤三：执行语句3语句。

2.2.2. if语句流程图

if语句的执行逻辑如下图 - 2所示：

通过图示得出结论：当条件满足时，执行语句块，然后执行if语句下面的语句；否则跳过语句块，直接执行if语句下面的语句。

2.2.3. if语句用于处理分支逻辑

if语句是java中用于处理分支结构的语句，下面，通过if语句来实现刚刚的打折功能逻辑，再回顾一下新添的需求：如果商品总价大于等于500，则打8折。如下图– 3 红色部分即为if的判断逻辑：

可以看到，计算商品总价之后，进行了总价大于等于500的业务判断，若判断结果为true，则计算折扣后的应收金额，再计算找零后输出。若判断结果为false，则直接计算找零后输出。如下即为实现代码：

1. ……
2. double totalPrice = ……；
3. if (totalPrice >= 500) {
4.         totalPrice = totalPrice * 0.8;
5. }
6. ……

通过如上代码可以看出： 当total>=500为true时， 总额乘以0.8， 即打8折。当total>=500为false时，不执行if语句块的内容。

2.2.4. if语句块不要省略“｛｝”

if语句块在执行过程中，有一个问题是需要注意的，先看下面的两段代码：

1. 代码一：
2. int num = 5;
3. if(num>2)
4.         System.out.print(num);
5.         System.out.println(“ 大于2 ”);
6. 代码二：
7. int num = 5;
8. if(num>2){
9.     System.out.print(num);
10.     System.out.println(“ 大于2 ”); }

分析如上两个代码段，得出的结论是：两段代码输出结果一样，即 “5 大于 2”。再看如下两段代码，输出结果还一样吗？

1. 代码一：
2. int num = 5;
3. if(num<2)
4.         System.out.println(num);
5.         System.out.println(“小于2”);
6. 代码二：
7. int num = 5;
8. if(num<2){
9. System.out.print(num);
10. System.out.println(“小于2”); }

分析如上两个代码段，可以得出，代码段一的输出结果是“小于2”，代码段二没有任何输出。分析输出结果可以看出，代码段二的结果为正确结果，而代码段一输出的“小于2”是不应该存在的，出现这个问题的原因在于，在if语句之后没有添加“{}”，而java语法规定，当if语句块中只包含一条语句时，可以省略“{}”，但是if语句块也只能作用于它下面的一条语句。

看如上代码段一的if判断，只作用于第一个输出语句，因为num<2结果为false，所以第一个输出语句并未执行，而第二个输出语句“小于2”不属于if作用范围，所以无论条件满足与否，都会执行。故而，输出了“小于2”的结果。

所以，考虑到代码的可读性、扩展性，建议即便if语句块中只有一条语句，也不要省略“{}”。

2.3. if-else语句

2.3.1. if-else语句的执行逻辑

分析上面的案例，当计算出最终（打折前、打折后）的应收金额后，直接计算找零，这

个时候就出现了一个问题，如果收款的金额小于应收的金额，那么输出的找零就会为负数结果，这显然用户体验不好，下面对它做一下改进，要求考虑程序的异常情况，增加需求如下：

1. 若收款金额大于等于应收金额，则计算找零后输出；
2. 若收款金额小于应收金额，则输出错误提示信息，如何处理？

这种情况，单单使用if语句显然无法解决了，因为if语句用于解决的是，当某条件满足时执行某段业务处理的逻辑，而现在的逻辑时，当条件满足时执行某段业务逻辑，当条件不满足时需要执行另一段业务逻辑。看如下图 – 4所示的红色部分：

若想实现这样的判断逻辑，可以考虑if-else语句。看一下下面的语法：

1. 语句0；
2. if（逻辑表达式）{
3.      语句块1；
4. } else {
5. 语句块2；
6. }
7. 语句3；

如上语句的执行步骤如下所示：

步骤一：执行语句0；

步骤二：判断if逻辑表达式的值：

1. 若值为true，则执行语句块1；
2. 若值为false，则执行语句块2；

步骤三：执行语句3语句。

2.3.2. if-else语句流程图

if-else语句的执行逻辑如下图 - 5所示：

通过图-5可以看到：当条件满足时，执行语句块1，然后执行if-else语句下面的语句；否则执行语句块2，再执行if-else语句下面的语句。

2.3.3. if-else语句用于处理分支逻辑

通过下面的代码，可以解决新增加的异常情况处理问题：

1. ……
2. if( money >= totalPrice ) {     double change = money – totalPrice;
3.     System.out.println("应收金额为:" + totalPrice +"，找零为:" + change);
4. } else {     System.out.println(“Error! 收款金额小于应收金额”);
5. }

说明：money为收款金额，totalPrice为应收金额；当收款金额大于等于应收金额时，则计算找零并输出，否则，提示错误信息。

2.4. else if语句

2.4.1. if-else语句的嵌套

在日常生活中，很多情况并非进行一次逻辑判断就可以获取最终的结果， 如图– 6所示：

可以看出，实现制作沙拉的过程进行了两次判断，首先判断是否有黄瓜，若有则直接制作黄瓜沙拉后结束，若没有黄瓜则判断是否有胡萝卜，若有则制作胡萝卜沙拉结束，没有则不能上菜结束。这种情况，单单使用if-else还无法实现，因为if-else只是判断了一次就结束了，而当前的情况需要判断两次。

在java程序中，当程序的分支数大于2时，可以用if-else嵌套的方式解决，即：else语句块中又包含if语句（或if-else语句），下面看一个实际的需求：

根据学员的成绩来输出等级：

1. A（成绩大于等于90分）；
2. B（成绩小于90分且大于等于80分）;
3. C（成绩小于80分且大于等于60分）;
4. D（成绩小于60）。

此程序即为多路判断，如图– 7所示流程图：

首先判断分数是否大于等于90，若为真则输出A终止，为假则再判断分数是否大于等于80，若为真输出B终止，为假则再判断分数是否大于等于60，若为真输出C终止，为假则输出D。分析可以看出，该程序经过了3次判断。需要在else中嵌套判断。代码如下所示：

2.4.2. else if语句执行逻辑

如下图 – 8所示，在else中再次进行if-else的判断：

从上图中看出，当判断层数比较多时，代码清晰度不够好，在实际开发中常常使用如下图- 9的方式来实现，事实上，else if结束就是if-else嵌套的简便写法：

实现该程序代码如下所示：

1. … … ...
2. if(score>=90) {
3.     System.out.println("A");
4. } else if (score>=80) {
5.     System.out.println("B");
6. } else if(score>=60) {
7.     System.out.println("C");
8. } else {
9.     System.out.println("D");
10. }

通过上面的代码可以看出，使用else if方式，程序逻辑更清晰，可读性更好。

2.5. switch-case语句

2.5.1. switch-case语句执行逻辑

switch-case是一种特殊的分支结构，与else if类似，但其应用面不如else if，只能用于特殊的情况之下， switch-case可以根据一个整数值的不同取值，从不同的程序入口开始执行。语法如下所示：

1. switch(整型表达式) {
2. case 整型常量值1: //入口1
3. 语句1;
4. 语句2;
5. case 整型常量值2: //入口2
6. 语句3;
7. ……
8. default: //默认入口
9. 语句n;
10. }

switch-case流程图见图 – 10所示：

分析上图，可以看出其执行逻辑如下：

计算整型表达式的值：

1. 若值等于整型常量值1，则从语句1开始执行，而后语句2、3，一直执行到语句n。
2. 若值等于整型常量值2，则从语句3开始执行，一直执行到语句n。
3. 若没有找到匹配的值，则只执行语句n。

通过分析可以看出，switch是以case后的整型常量值作为入口的，若值相等，即开始执行其后面的语句。

使用switch时需要注意两个问题，第一，case后面的常量值必须不同，第二，switch后面的整型表达式的值必须是整型或字符型。

2.5.2. switch-case和break联合使用

前面的代码中判断整型表达式的值，若其值等于某个整型常量值，则会以此作为入口，依次执行其后面所有的语句。但是在实际应用中，通常case1、case2、…、caseN对应完全不同的操作，即： 若表达式的值等于case1，则只执行case1后的语句，不会再执行case2、caseN等后面的语句。这种情况下可以和break语句配合使用，执行完相应语句后即退出switch块，不继续执行下面的语句。语法如下所示：

1. switch(整型表达式) {
2. case 整型常量值1: //入口1
3. 语句1;
4. 语句2;
5.              break ;
6. case 整型常量值2: //入口2
7. 语句3;
8.              break ;
9. ……
10. default: //默认入口
11. 语句n;
12. }

如上程序中的break语句的作用在于跳出switch结构，其执行逻辑如下：

1. 计算整型表达式的值：
2. 如果值等于整型常量值1，则执行语句1、语句2，跳出switch结构结束；
3. 若值等于整型常量值2，则执行语句3，跳出switch结构结束；
4. 如果没有找到匹配的值，则执行语句n，结束。default后可以不写break。

2.5.3. switch-case语句用于分支

在实际应用中，switch-case语句常常与break配合使用，参见下面的代码：

1. int num = 2;
2. switch(num) {
3.      case 1:
4.     System.out.println(“呼叫教学部”);
5.     break;
6.     case 2:
7.     System.out.println(“呼叫人事部”);
8.     break;
9.     default:
10.     System.out.println(“人工服务”);
11. }

上面代码的输出结果为“呼叫人事部“，因为匹配case 2输出后，即break跳出switch语句了。

2.5.4. switch-case的优势

switch-case结构在实际应用中较广泛， 常常和break语句结合使用实现分支的功能。

在很多情况下,switch-case可以代替else if结构，而switch-case实现分支功能的效率要高于else if结构，并且结构更清晰，所以推荐使用。从JDK 7.0开始，switch-case可以支持字符串表达式，将更加方便程序的操作。