✅09. 设计一个程序

我们已经学习了一些语法，也设计了一些简单的程序，这节课我们总结一下一些程序的基本要素，然后更加明确的学习如何设计一个程序。

这节课我们需要掌握3种循环结构的写法，以及循环输入和循环输出。

1. 三大流程结构

C++ 里最基本的三种控制结构，叫做三大基本流程控制结构，也是初学者应该掌握的流程：

1. 顺序执行

2. 分支（选择） —— if、switch 等

3. 循环 —— for、while、do...while 等

1.1 顺序执行

程序从上到下，一行一行按顺序执行，不跳过、不重复、不分支。

一个顺序结构的程序例子：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    cout << "开始程序" << endl;
    cout << "计算 3 + 5" << endl;
    int result = 3 + 5;
    cout << "结果是: " << result << endl;
    cout << "程序结束" << endl;
    return 0;
}

输出：

开始程序
计算 3 + 5
结果是: 8
程序结束

NOTE

这就是最基础的程序执行流程：顺序执行。每一行代码依次执行，直到结束。

1.2 分支（选择）

根据不同的条件，选择执行不同的代码。

一个 if分支语句的程序：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int score;
    cout << "请输入你的分数：";
    cin >> score;

    if (score >= 60) {
        cout << "及格了！" << endl;
    } else {
        cout << "不及格。" << endl;
    }

    return 0;
}

输入：

70

输出：

及格了！

• 一个switch分支语句的程序：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int day;
    cout << "请输入今天是星期几（1-7）：";
    cin >> day;

    switch (day) {
        case 1:
            cout << "今天是星期一" << endl;
            break;
        case 2:
            cout << "今天是星期二" << endl;
            break;
        case 3:
            cout << "今天是星期三" << endl;
            break;
        case 4:
            cout << "今天是星期四" << endl;
            break;
        case 5:
            cout << "今天是星期五" << endl;
            break;
        case 6:
            cout << "今天是星期六" << endl;
            break;
        case 7:
            cout << "今天是星期日" << endl;
            break;
        default:
            cout << "输入有误" << endl;
    }

    return 0;
}

TIP

switch 适合多个固定的选项，记得加上 break，否则会一直往下执行。

1.3 循环

重复执行一段代码，直到满足退出条件。

for 循环 —— 知道要重复多少次：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        cout << "第 " << i << " 次循环" << endl;
    }
    return 0;
}

输出：

第 1 次循环
第 2 次循环
第 3 次循环
第 4 次循环
第 5 次循环

• while 循环 —— 不确定要执行的次数

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int count = 1;
    while (count <= 5) {
        cout << "第 " << count << " 次循环" << endl;
        count++;
    }
    return 0;
}

do...while 循环 —— 先执行一次再说

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int count = 1;
    do {
        cout << "第 " << count << " 次循环" << endl;
        count++;
    } while (count <= 5);
    return 0;
}

NOTE

do...while 保证至少执行一次。

1.4 三种循环的对比

结构	用途	是否先判断
for	一般用于确定循环次数的程序	是
while	一般用于不确定循环次数的程序	是
do...while	先执行一次，再判断	否

2. IPO 模型详解

输入-处理-输出模型（Input - Processing - Output）是一种非常常见的程序结构，指的是一个程序由输入，数据处理，输出三个结构组成。计算器就是典型的例子，我们通过输入数据和计算符号，计算器通过处理后，给我们输出结果。

2.1 输入模块（Input）

输入：让程序从外部获取数据。常见输入来自于键盘、文件、传感器等。 在初学阶段，主要用 cin 从键盘输入。

2.1.1 单一输入

使用 cin 输入一个数值：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int number;
    cin >> number;
    return 0;
}

NOTE

cin >> 变量名 可以把用户输入的值存入变量里。

2.1.2 循环输入

当需要多次输入时，可以配合循环使用，这也是初学者需要掌握的常用输入。

一个让用户输入 5 次数据的程序：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int num[5];
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        cin >> num[i];
    }
    return 0;
}

TIP

一般我们使用数组来存放输入的多个数据，一是可以让程序精简，二是可以通过下标的方式管理它们。

上个程序我们使用了 for循环来输入一个确定循环次数的程序，接下来用while设计一个不确定输入次数的循环程序：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int num;
    cout << "请输入数字（输入 0 结束）：";
    cin >> num;

    while (num != 0) {
        cout << "你输入的是：" << num << endl;
        cout << "继续输入（输入 0 结束）：";
        cin >> num;
    }
    return 0;
}

思考：这里可以使用数组来存储变量吗？可能遇到哪些问题，如何规避这些问题呢？

2.2 处理模块（Processing）

处理：让程序根据输入的数据进行计算、判断、排序、查找等操作。

一个简单的处理数据的程序：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int a, b;
    cout << "请输入两个整数：";
    cin >> a >> b;

    int sum = a + b;
    int diff = a - b;

    cout << "和为：" << sum << endl;
    cout << "差为：" << diff << endl;

    return 0;
}

NOTE

处理部分的内容以后会学得越来越丰富，比如数组、函数、算法等。

2.3 输出模块（Output）

输出：把计算结果显示给用户或保存起来。

在初学阶段，主要用 cout 输出到屏幕。

2.3.1 单一的输出

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int result = 10;
    cout << "计算结果是：" << result << endl;
    return 0;
}

2.3.2 循环输出（批量输出）

一个输出1到5的例子：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        cout << "当前数字：" << i << endl;
    }
    return 0;
}

一个输出数组中的所有元素的例子：

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int arr[5] = {10, 20, 30, 40, 50};

    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        cout << "第 " << i + 1 << " 个元素：" << arr[i] << endl;
    }

    return 0;
}