Java面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(IDEA版) 課件 第3章結(jié)構(gòu)化編程

第3章結(jié)構(gòu)化編程面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計

1選擇結(jié)構(gòu)23主要內(nèi)容面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)switch語句與switch表達(dá)式案例學(xué)習(xí)：兩位數(shù)加減法45循環(huán)結(jié)構(gòu)案例學(xué)習(xí)：求最大公約數(shù)6案例學(xué)習(xí)：打印輸出若干素數(shù)7編程方法3.1編程方法面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計結(jié)構(gòu)化編程（structuredprogramming）方法在1965年提出的，是軟件發(fā)展的一個重要的里程碑。在結(jié)構(gòu)化編程中，只允許三種基本的程序結(jié)構(gòu)，它們是順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)（包括多分支結(jié)構(gòu)）和循環(huán)結(jié)構(gòu)。僅由這三種基本結(jié)構(gòu)組成的程序稱為結(jié)構(gòu)化程序。3.1編程方法順序結(jié)構(gòu)表示程序中的各操作是按照它們出現(xiàn)的先后順序執(zhí)行的。如圖3-1所示，其中A、B可以是一個語句（甚至是空語句），也可以是這里介紹的7種結(jié)構(gòu)中的一種結(jié)構(gòu)。順序結(jié)構(gòu)程序的處理步驟出現(xiàn)了分支，它需要根據(jù)某一特定的條件選擇其中的一個分支執(zhí)行。簡單的選擇結(jié)構(gòu)如圖3-2的（a）和（b）所示，這里P表示謂詞條件。它們通常稱為單選擇、雙選擇。圖3-2（c）一般稱為多選擇，它可以通過嵌套的（b）得到。選擇結(jié)構(gòu)程序反復(fù)執(zhí)行某個或某些操作，直到某條件為假（或為真）時才可終止循環(huán)。循環(huán)結(jié)構(gòu)有三種，如圖3-3所示。這三種結(jié)構(gòu)依次為WHILE循環(huán)、REPEAT循環(huán)和N+1/2循環(huán)。前兩種循環(huán)可以看作第三種循環(huán)的特殊情形。循環(huán)結(jié)構(gòu)按照結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的觀點，任何算法功能都可以通過由程序模塊組成的三種基本程序結(jié)構(gòu)的組合來實現(xiàn)。采用結(jié)構(gòu)化編程方法的軟件開發(fā)需要遵循的主要原則包括：

自頂向下。程序設(shè)計時，應(yīng)先考慮總體，后考慮細(xì)節(jié)；先考慮全局目標(biāo)，后考慮局部目標(biāo)。

逐步求精。對復(fù)雜問題，通常應(yīng)設(shè)計一些子目標(biāo)作為過渡，然后逐步求精。

模塊化設(shè)計。一個復(fù)雜問題，是由若干簡單的問題構(gòu)成。模塊化是把程序要解決的總目標(biāo)分解為子目標(biāo)

限制goto語句使用。循環(huán)結(jié)構(gòu)選擇結(jié)構(gòu)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計6.1.1單分支結(jié)構(gòu)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)if(條件){//語句組}<條件>是一個布爾表達(dá)式，布爾表達(dá)式應(yīng)該使用圓括號括住，它的值為true或false。程序執(zhí)行的流程是：首先計算條件表達(dá)式的值，若其值為true，則執(zhí)行語句（組）語句序列，否則轉(zhuǎn)去執(zhí)行if結(jié)構(gòu)后面的語句.條件語句組truefalse程序要求用戶從鍵盤輸入兩個整數(shù)，分別存入變量a與b，如果a大于b，則交換a和b的值，也就是保證a小于或等于b，最后輸出a和b的值。單分支if語句Scannerinput=newScanner(System.in);System.out.print("請輸入整數(shù)a：");inta=input.nextInt();System.out.print("請輸入整數(shù)b：");intb=input.nextInt();if(a>b){intt=b;b=a;a=t;}程序3.1ExchangeDemo.javaSystem.out.println("a="+a);System.out.println("b="+b);在if語句中，如果花括號內(nèi)只有一條語句，則可以省略化括號。if(num%5==0){System.out.println(num+"能被5整除。");}單分支if語句與下面代碼等價。if(num%5==0)System.out.println(num+"能被5整除。");6.1.1雙分支if-else語句面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)if(條件){//語句組1}else{//語句組2}雙分支if-else語句是最常用的選擇結(jié)構(gòu)，它根據(jù)條件是真是假，決定執(zhí)行的路徑。if-else結(jié)構(gòu)的一般格式如下：判斷年份是否是閏年。符合下面兩個條件之一的年份即為閏年：（1）能被400整除；（2）能被4整除，但不能被100整除。if~else語句應(yīng)用if(year%400==0||(year%4==0&&year%100！=0){//輸出是閏年}else{//輸出不是閏年}Scannerscan=newScanner(System.in);System.out.print("請輸入年份：");intyear=scan.nextInt();if(year%400==0||(year%4==0&&year%100!=0)){System.out.println(year+"年是閏年。");}else{System.out.println(year+"年不是閏年。");}

程序3-2LeapYear.java條件運算符（conditionaloperator）的格式如下：<條件表達(dá)式>?<表達(dá)式1>:<表達(dá)式2>因為有三個操作數(shù)，又稱為三元運算符。條件運算符<條件表達(dá)式>為關(guān)系或邏輯表達(dá)式，其計算結(jié)果為布爾值。如果該值為true，則計算<表達(dá)式1>的值，并將其結(jié)果作為條件表達(dá)式的結(jié)果；如果該值為false，則計算<表達(dá)式2>的值，并將其結(jié)果作為條件表達(dá)式的結(jié)果。條件運算符面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)條件運算符可實現(xiàn)if~else結(jié)構(gòu)。若max,a,b是int型變量：max=(a>b)?a:b;if(a>b){max=a;}else{max=b;}6.1.1嵌套的if語句面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)if或if-else結(jié)構(gòu)中語句可以是任意合法的Java語句，甚至可以是其他的if或if-else結(jié)構(gòu)。內(nèi)層的if結(jié)構(gòu)稱為嵌套在外層的if結(jié)構(gòu)中。例如，下面就是一個嵌套的if結(jié)構(gòu)，其功能是求a、b和c中最大值并將其保存到max中。。6.1.1多分支的if-else結(jié)構(gòu)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)如果程序邏輯需要多個選擇，可以在if語句中使用一系列的elseif語句，這種結(jié)構(gòu)稱為階梯式if-else結(jié)構(gòu)。問題描述編寫程序，要求輸入一個人的身高和體重，計算并打印出他的BMI，同時顯示BMI是高還是低。對于一個成年人，BMI值的含義如下：BMI<18.5，表示偏瘦；18.5≤BMI<25.0，表示正常；25.0≤BMI<30.0，表示超重；BMI≥30.0，表示過胖。Scannerinput=newScanner(System.in);doubleweight,height;doublebmi;System.out.print("請輸入你的體重（單位：公斤）：");weight=input.nextDouble();System.out.print("請輸入你的身高（單位：米）：");height=input.nextDouble();bmi=weight/(height*height);程序3.2ComputeBMI.java

System.out.println("你的身體質(zhì)量指數(shù)是："+bmi);if(bmi<18.5){System.out.println("你的體重偏瘦。");}elseif(bmi<25.0){System.out.println("你的體重正常。");}elseif(bmi<30.0){System.out.println("你的體重超重。");}else{System.out.println("你的體重過胖。");}3.3案例學(xué)習(xí)：兩位數(shù)加減運算面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計要求隨機(jī)生成兩個兩位數(shù)及加減號（如果是減法，要保證被減數(shù)大于減數(shù)），顯示題目讓學(xué)生輸入計算結(jié)果，程序判斷結(jié)果是否正確。兩位數(shù)加減運算

（1）隨機(jī)產(chǎn)生兩位整數(shù)。intnumber1=10+(int)(Math.random()*90);intnumber2=10+(int)(Math.random()*90);（2）確定加或減運算。這也可以通過產(chǎn)生2個隨機(jī)數(shù)確定（比如，0和1，0表示加法，1表示減法）。intoperator=(int)(Math.random()*2);（3）設(shè)學(xué)生沒有學(xué)過負(fù)數(shù)概念，如果做減法運算，要保證第一個數(shù)大于第二個數(shù)。也就是如果number1小于number2，應(yīng)該交換這兩個數(shù)。if(number1<number2){inttemp=number2;number2=number1;number1=temp;}（4）比較用戶答案與正確結(jié)果。

Scannerinput=newScanner(System.in);intnumber1=10+(int)(Math.random()*90);intnumber2=10+(int)(Math.random()*90);intoperator=(int)(Math.random()*2);intresult,answer;if(operator==0){result=number1+number2;System.out.print(number1+"+"+number2+"=");}else{if(number1<number2){程序3.7Calculator.javainttemp=number2;number2=number1;number1=temp;}result=number1-number2;System.out.print(number1+"-"+number2+"=");}answer=input.nextInt();if(answer==result){System.out.print("恭喜你，回答正確！");}else{System.out.print("對不起，回答錯誤！");}3.4switch語句和switch表達(dá)式面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計Java語言從一開始就提供了switch語句實現(xiàn)多分支結(jié)構(gòu)。從Java12開始對switch語句進(jìn)行了修改并支持switch表達(dá)式。盡管Java仍然支持舊的switch結(jié)構(gòu)，但建議熟悉并使用新的switch語句和switch表達(dá)式。概述3.4.1switch語句switch語句格式：switch(表達(dá)式){

case

值1->

語句（組）1;

case值2->

語句（組）2;…

case值n->

語句（組）n;[default->語句（組）]}表達(dá)式值類型為byte,short,int,char,enum,String值為常量或常量表達(dá)式語句組，多個語句使用大括號結(jié)束switch結(jié)構(gòu)所有情況都不匹配執(zhí)行的語句組值后面是->,不是冒號：程序要求從鍵盤輸入一個季節(jié)數(shù)字（1,2,3,4），程序根據(jù)輸入的數(shù)輸出一句話。3.4.1switch語句可以在switch語句的表達(dá)式中使用String對象，本案例根據(jù)英文季節(jié)字符串名稱（Spring、Summer、Autumn和Winter）輸出中文季節(jié)名。3.4.1switch語句Scannerinput=newScanner(System.in);System.out.print("輸入一個季節(jié)（1,2,3,4）：");intseason=input.nextInt();switch(season){case1->System.out.println("春雨驚春清谷天");case2->System.out.println("夏滿忙夏暑相連");case3->System.out.println("秋處露秋寒霜降");case4->System.out.println("冬雪雪冬小大寒");default->System.out.println("季節(jié)輸入非法.");}程序3.3SwitchDemo.java是Java12提供的新的表達(dá)式。格式如下：變量名=switch(表達(dá)式){

case

值1->

表達(dá)式1;

case值2->

表達(dá)式2;…

case值n->

表達(dá)式n;[default->表達(dá)式]}；3.4.2switch表達(dá)式下面程序從鍵盤輸入一個年份（如2020年）和一個月份（如2月），用switch表達(dá)式返回該月的天數(shù)（29），將其存入一個變量。3.4.2switch表達(dá)式Scannerinput=newScanner(System.in);System.out.print("輸入一個年份：");intyear=input.nextInt();System.out.print("輸入一個月份：");intmonth=input.nextInt();intnumDays=switch(month){case1,3,5,7,8,10,12->31;case4,6,9,11->30;程序3.5SwitchExprDemo.java//對2月需要判斷是否是閏年case2->{ if(((year%4==0)&&!(year%100==0))||(year%400==0))

yield29;

else

yield28;}default->0;};System.out.println("該月的天數(shù)為："+numDays);DayOfWeekday=DayOfWeek.SATURDAY;intnumLetters=switch(day){

caseMONDAY,FRIDAY,SUNDAY->6;caseTUESDAY->7;caseTHURSDAY,SATURDAY->8;caseWEDNESDAY->9;};System.out.println(numLetters);//輸出：8循環(huán)結(jié)構(gòu)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計概述在程序設(shè)計中，有時需要反復(fù)執(zhí)行一段相同的代碼，這時就需要使用循環(huán)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。Java語言提供了4種循環(huán)結(jié)構(gòu)：while循環(huán)、do-while循環(huán)、for循環(huán)和增強(qiáng)的for循環(huán)。一般情況下，一個循環(huán)結(jié)構(gòu)包含四部分內(nèi)容：（1）初始化部分：設(shè)置循環(huán)開始時變量初值。（2）循環(huán)條件：一般是一個布爾表達(dá)式，當(dāng)表達(dá)式值為true時執(zhí)行循環(huán)體，為false時退出循環(huán)。（3）迭代部分：改變變量的狀態(tài)。（4）循環(huán)體部分：需要重復(fù)執(zhí)行的代碼。while循環(huán)是Java最基本的循環(huán)結(jié)構(gòu)，這種循環(huán)是在某個條件為true時，重復(fù)執(zhí)行一個語句或語句塊。它的一般格式如下：while循環(huán)[初始化部分]while(條件){//循環(huán)體[迭代部分]}編寫一個正確的循環(huán)對編程初學(xué)者來說并不是件容易的事，編寫循環(huán)時應(yīng)該考慮三個步驟：（1）確定需要重復(fù)的語句；（2）將這些語句放入一個循環(huán)體；（3）編寫循環(huán)繼續(xù)條件，并添加適合的語句控制循環(huán)。while循環(huán)下面一段代碼使用while結(jié)構(gòu)計算1到100之和。intn=1;intsum=0;while(n<=100){sum=sum+n;

n=n+1;}案例學(xué)習(xí)：while循環(huán)隨機(jī)產(chǎn)生一個100~200之間的整數(shù)，用戶從鍵盤上輸入所猜的數(shù)，程序顯示是否猜中的消息，如果沒有猜中要求用戶繼續(xù)猜，直到猜中為止。intmagic=(int)(Math.random()*101)+100;Scannersc=newScanner(System.in);System.out.print("請輸入你猜的數(shù)：");intguess=sc.nextInt();while(guess!=magic){if(guess>magic)System.out.print("錯誤!太大，請重猜：");elseSystem.out.print("錯誤!太小，請重猜：");guess=sc.nextInt();}System.out.println("恭喜你，答對了！\n該數(shù)是："+magic);程序3.8GuessNumber.javado-while循環(huán)的一般格式如下：do-while循環(huán)[初始化部分]do{//循環(huán)體[迭代部分]}while(條件);特點：循環(huán)體至少被執(zhí)行一次。for循環(huán)是Java語言中使用最廣泛的，也是功能最強(qiáng)的循環(huán)結(jié)構(gòu)。它的一般格式如下：for循環(huán)

for(初始化部分;條件;迭代部分){//循環(huán)體

}其中，初始化部分、循環(huán)條件和迭代部分用分號隔開。執(zhí)行流程如圖所示。下面代碼使用for循環(huán)計算1到100之和。intsum=0;for(inti=1;i<=100;i++){sum=sum+i;}System.out.println("sum="+sum);//輸出：sum=5050for循環(huán)在初始化部分可以聲明多個變量，中間用逗號分隔，它們的作用域在循環(huán)體內(nèi)。在迭代部分也可以有多個表達(dá)式，中間也用逗號分隔。下面循環(huán)中聲明了兩個變量i和j。for(inti=0,j=10;i<j;i++,j--){System.out.println("i="+i+",j="+j);}for循環(huán)for循環(huán)中的一部分或全部可為空，循環(huán)體也可為空，但分號不能省略，如：for(;;){//這實際是一個無限循環(huán)，循環(huán)體中應(yīng)包含結(jié)束循環(huán)代碼}對于無限循環(huán)，在循環(huán)體中應(yīng)該包含結(jié)束循環(huán)的代碼，否則可能產(chǎn)生死循環(huán)（deadloop）?？梢允褂胋reak語句或帶標(biāo)簽的break語句結(jié)束循環(huán)。同樣，對while和do-while循環(huán)，如果循環(huán)條件永遠(yuǎn)為true，也會產(chǎn)生無限循環(huán)。for循環(huán)for循環(huán)和while循環(huán)及do~while循環(huán)有時可相互轉(zhuǎn)換，例如有下面的for循環(huán)：for(inti=0,j=10;i<j;i++,j--){System.out.println("i="+i+",j="+j);}可以轉(zhuǎn)換為下面等價的while循環(huán)結(jié)構(gòu)。inti=0,j=10;while(i<j){System.out.println("i="+i+",j="+j);i++;j--;}for循環(huán)6.1.1增強(qiáng)的for循環(huán)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)for(Typevar:collectionName){//循環(huán)體

}主要用于對數(shù)組和集合元素迭代。6.1.1循環(huán)的嵌套面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)在一個循環(huán)的循環(huán)體中可以嵌套另一個完整的循環(huán)，稱為循環(huán)的嵌套。while(條件){//外層循環(huán)體

do{//內(nèi)層循環(huán)體}while(條件);//其他語句}for(初始化;條件;迭代){//外層循環(huán)體

for(初始化;條件;迭代){//內(nèi)層循環(huán)體}//其他語句}【程序3.10】循環(huán)的嵌套的應(yīng)用用嵌套的for循環(huán)打印輸出如下圖形。這里，第一行輸出一個星號，第二行輸出2個星號，…，第8行輸出8個星號。

for(intn=1;n<=8;n++){for(intk=0;k<=(8-n);k++){System.out.print(“”);//輸出前導(dǎo)空格}

for(intj=1;j<=n;j++){System.out.print(“*”);//輸出星號

}System.out.println();//換行

}在Java循環(huán)體中可以使用continue語句和break語句。break語句和continue語句break語句是用來跳出while、do、for或switch結(jié)構(gòu)的執(zhí)行，該語句有兩種格式：break;breaklabel;break語句的功能是結(jié)束本次循環(huán)，控制轉(zhuǎn)到其所在循環(huán)的后面執(zhí)行。對各種循環(huán)均直接退出，不再計算循環(huán)控制表達(dá)式。下面程序演示了break語句的使用。intn=1;intsum=0;while(n<=100){sum=sum+n;if(sum>100){break;//若條件成立退出循環(huán)}n=n+2;}System.out.println("n="+n);System.out.println("sum="+sum);程序3.11BreakDemo.java使用break語句只能跳出當(dāng)前的循環(huán)體。如果程序使用了多重循環(huán)，又需要從內(nèi)層循環(huán)跳出或者從某個循環(huán)開始重新執(zhí)行，此時可以使用帶標(biāo)簽的break?？紤]下面代碼：break語句start:for(inti=0;i<3;i++){for(intj=0;j<4;j++){if(j==2){breakstart;//跳出start標(biāo)簽標(biāo)識的循環(huán)}System.out.println(i+":"+j);}}這里，標(biāo)簽start用來標(biāo)識外層的for循環(huán)，因此語句breakstart;跳出了外層循環(huán)。上述代碼的運行結(jié)果如下：6.1.1continue語句面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)continue語句與break語句類似，但它只終止執(zhí)行當(dāng)前的迭代，導(dǎo)致控制權(quán)從下一次迭代開始。該語句有下面兩種格式：continue;continuelabel;

下面代碼演示了continue語句的使用。代碼會輸出0~9之間除了5以外的數(shù)字。for(inti=0;i<10;i++){if(i==5){continue;}System.out.print(i+"");//輸出：012346789}當(dāng)i等于5時，if語句的表達(dá)式運算結(jié)果為true，使得continue語句得以執(zhí)行。因此，后面的輸出語句不能執(zhí)行，控制權(quán)從下一次循環(huán)處繼續(xù)，即i等于6的時候。continue語句continue語句也可以帶標(biāo)簽，用來標(biāo)識從那一層循環(huán)繼續(xù)執(zhí)行。下面是使用帶標(biāo)簽的continue語句的例子。continue語句start:for(inti=0;i<3;i++){for(intj=0;j<4;j++){if(j==2){continuestart;//返回到start標(biāo)簽標(biāo)識的循環(huán)的條件處}System.out.println(i+":"+j);}}帶標(biāo)簽的continue語句案例：求最大公約數(shù)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計6.1.1問題描述面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)兩個正整數(shù)的最大公約數(shù)（GreatestCommonDivisor，GCD）是能夠同時被兩個數(shù)整除的最大整數(shù)。例如，4和2的最大公約數(shù)是2，16和24的最大公約數(shù)是8。一種方法是，假設(shè)求兩個整數(shù)m和n的最大公約數(shù)，顯然1是一個公約數(shù)，但它可能不是最大的?？梢砸来螜z查k（k=2,3,4,…）是否是m和n的最大公約數(shù)，直到k大于m或n為止。Scannerinput=newScanner(System.in);System.out.print("請輸入第1個整數(shù):");intm=input.nextInt();System.out.print("請輸入第2個整數(shù):");intn=input.nextInt();//求m和n的最大公約數(shù)intgcd=1;intk=2;程序3.12GCDDemo.javawhile(k<=m&&k<=n){if(m%k==0&&n%k==0){gcd=k;}k++;}System.out.println(m+"與"+n+"的最大公約數(shù)是"+gcd);案例：打印輸出若干素數(shù)面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計6.1.1問題描述面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)素數(shù)又稱質(zhì)數(shù)，有無限個。素數(shù)定義為在大于1的正整數(shù)中，除了1和它本身以外不再有其他因數(shù)的數(shù)。比如，5、7、11、13等。判斷一個正整數(shù)number是否是素數(shù)，從2開始判斷number是否能被這個數(shù)整除，若能被它整除，則不是素數(shù)，一直到number-1為止，若都不能整除，則是素數(shù)。intcount=0;//記錄素數(shù)個數(shù)intnumber=2;booleanisPrime;System.out.printf("前50個素數(shù)如下:%n");while(count<50){isPrime=true;for(intdivisor=2;divisor<number;divisor++){if(number%divisor==0){isPrime=false;break;}}程序3.13PrimeNumber.javaif(isPrime){count++;if(count%10==0)System.out.printf("%5d%n",number);elseSystem.out.printf("%5d",number);}number++;}6.1.1課堂討論及訓(xùn)練面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)下面的if語句在Java語言中是否合法？if(0<=n<=10){System.out.println("n的值介于0和10之間");}6.1.1面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(Java語言描述微課版基于IntelliJIDEA)下面代碼的輸出結(jié)果是什么？解釋原因。intx=80000000;while(x>0)x++;System.out.println("xis"+x)