Тема 5. Розгалуження та цикли

Автор

Юрій Клебан

Опубліковано

2/2/25

Keywords

C#, розгалуження, умовні оператори, if, else, switch, тернарний оператор, цикли, for, while, do-while, foreach, оператор break, continue

Лекція охоплює основи розгалужень і циклів у C#. Студенти дізнаються про умовні оператори if-else та switch, а також про використання тернарного оператора. У другій частині лекції розглядаються цикли for, while, do-while і foreach, їх призначення та відмінності. Також пояснюється використання операторів break і continue для керування потоком виконання програм. Лекція супроводжується прикладами коду та практичними завданнями.

5.1.Оператори розгалуження

У C# для реалізації розгалужень коду використовуються спеціальні оператори: if-else, switch.

5.1.1. Оператор `if-else`

Якщо є потреба перевірити у коді програми виконання якоїсь умови та за її результатами перейти до одного із блоків програми зазвичай використовують оператор if-else. Загальний вигляд формату використання оператора if-else зображений у лістингу 4.1.

Лістинг 5.1.Формат використання оператора if-else

  if (умова)
  {
    //інструкція
  }
  else
  {
    //інструкція
  }

Вираз «умова» завжди повинен повертати результат у вигляді елемента логічного типу. Тобто, «умова» може бути або true, або false.

Якщо «умова» рівна true, то виконається інструкція (або код) записана у дужках після if. Якщо ж «умова» рівна false, то виконається інструкція записана у дужках після else.

Якщо після if або else тільки одна інструкція (можна ототожнити з один рядком коду), то «фігурні» дужки {} не є обов’язковими.

Розглянемо приклад: написати програму, що визначає парність/непарність числа. Тобто, користувач вводить число, а програма показує на консоль у текстовому вигляді: «парне» або «непарне» (лістинг 5.2).

Лістинг 5.2. Перевірка числа на парність

  int a = int.Parse(Console.ReadLine());
  if(a % 2 == 0)
    Console.WriteLine("парне");
  else
    Console.WriteLine("непарне");

Конструкції if-else можуть вкладеними одна в одну без обмежень по глибині (лістинг 5.3). Проте дуже глибокої вкладеності варто уникати, адже це ускладнює читання та розуміння коду програми.

if є обов’язковим і повинно існувати у всіх подібних конструкціях, у той же час else – необов’язковий.

Лістинг 5.3. Приклад використання вкладених операторів if-else

  if (умова1)
  {
    if (умова2)
    {
      //інструкція
    }
  }

Також конструкція if-else може мати структуру дерева із багатьма розгалуженнями. Така структура зазвичай записується якif-else-if (лістинг 5.4).

Лістинг 5.4. Формат запису if-else-if

  if (умова)
  {/*код*/}
  else if (умова)
      {/*код*/}
      else if (умова)
          {/*код*/}
          else {/*код*/}

Вирази обчислюються зверху-вниз. Якщо один із виразів («умова») отримає істинний результат, то програмний код, пов’язаний із цією гілкою розгалуження виконається, а всі інші гілки будуть пропущені. Якщо ж не виконається жодна з умов, то буде запущено код всередині останньої інструкції else (у цьому випадку else теж не обов’язковий).

5.1.2. Оператор `switch`

Наступною інструкцією для реалізації розгалуження, або точніше вибору значення є switch. Switch забезпечує багатонаправлене розгалуження і дозволяє вибрати один із варіантів із даної множини альтернатив. Ця конструкція працює наступним чином:

Значення виразу послідовно порівнюється з константами із заданого списку.
При виявленні збігу для однієї з умов порівняння виконується послідовність інструкцій, пов’язана з цією умовою.

Оператор switch приймає значення цілочисельного типу (наприклад, char, byte, int, long тощо) або тип string. Типи даних, що представляють числа з дробовою частиною не можуть бути використані даному випадку.

Switch складається з набору case конструкцій. Кожна конструкція case представлена у вигляді літерала такого ж типу даних як і значення, що приймає switch. Усі case конструкції у межах одного switch можуть мати тільки унікальні константи. Формат оголошення продемонстровано у лістингу 4.5.

Лістинг 5.5. Формат оголошення switch

  switch (значення)
  {
    case костанта1:
      //інструкція
      break;
    case костанта2:
      //інструкція;
      break;
    ...
    default:
      //інструкція
      break;
}

Case-конструкції перевіряються у порядку розміщення. Вкінці кожного case повинно бути ключове слово break, що означає вихід із switch.

Також у switch використовують конструкцію default, яка не є обов’язковою і виконується лише у випадку, якщо жодна із case-конструкцій так і не відпрацювала.

Для розуміння принципів роботи switch розглянемо приклад. Написати програму, яка у залежності від введеної цифри виводить на консоль пору року: 1 — «Зима», 2 — «Весна», 3 — «Літо», 4 — «Осінь», інше число — «Введіть число із діапазону [1;4]» (Лістинг 5.6).

Лістинг 5.6. Розв’язання задачі «Пори року» з використанням switch

  Console.Write("Введіть номер пори року [1;4]:\t");
  int res = int.Parse(Console.ReadLine());
  
  switch (res)
  {
    case 1:
      Console.WriteLine("Зима");
      break;
    case 2:
      Console.WriteLine("Весна");
      break;
   case 3:
     Console.WriteLine("Літо");
     break;
   case 4:
     Console.WriteLine("Зима");
     break;
   default:
     Console.WriteLine("Введіть число від 1 до 4");
     break;
  }

Результат виконання:

  Введіть номер пори року [1;4]: 2
  Весна

У випадку, якщо потрібно, щоб одна і та ж інструкція виконувалася для кількох різних значень констант код switch може мати вигляд як на лістингу 4.7.

Лістинг 5.7. Приклад використання switch

  Console.Write("Введіть оцінку [1-12]:\t");
  int res = int.Parse(Console.ReadLine());
  
  switch (res)
  {
     case 1:
     case 2:
     case 3:
       Console.WriteLine("Низький рівень");
       break;
     ...
     case 10:
     case 11:
     case 12:
       Console.WriteLine("Високий рівень");
       break;
  }

У прикладі показано виведення шкільких оцінок відповідно до 12-ти бальної системи по рівнях.

5.1.3. Тернарний оператор

Інколи для простої заміни оператора if-else використовують тернарний оператор. Тернарний оператор отримав свою назву від кількості задіяних виразів (3) і позначається символами ?:. Загальний формат запису тернарного оператора має вигляд:

Вираз_1 ? Вираз_2 : Вираз_3

де Вираз_1 — логічний вираз, за рузультатом обчислення якого визначається наступна дія, Вираз_2 — значення, що повертається, якщо результатом Виразу_1 є true, Вираз_3 — значення, що повертається, якщо результатом Виразу_1 є false.

Для демонстрації роботи тернарного оператора спробуємо розвязати задачу визначення модуля цілого числа. Можна було б для також задачі скористатися оператором if-else, проте тернарний оператор спрощує синтаксис запису такого коду (лістинг 5.8).

Лістинг 5.8. Приклад використання тернарного оператора: визначення модуля числа

  Console.Write("Введіть ціле число:\t");
  int a = Convert.ToInt32(Console.ReadLine());
  int absval = (a > 0) ? a : -a;
  Console.WriteLine("ABS: {0}", absval);

Увага! Для знаходження модуля числа у C# існує спеціальний метод Math.Abs(значення).

5.2. Використання циклів під час написання програм

Для виконання повторюваних операцій у програмуванні використовуються цикли. Цикл – це спеціальна конструкція мови програмування для багаторазового виконання набору інструкцій. У C# існують 4 типи циклів: for, while, do-while, foreach.

5.2.1. Цикл `for`

Загальний синтаксис оголошення циклу for має вигляд як на лістингу 4.9. Блок «ініціалізація» використовується для оголошення керуючих змінних циклу. У другому блоці оголошення циклу перевіряється умова можливості продовження виконання циклу. Якщо «умова» повератає false, то виконання циклу завершується. Блок «інструкції» довляє виконувати дії над змінними програми. Найчастіше у цьому блоці відбуваються дії над керуючими змінними.

Лістинг 5.9. Синтаксис оголошення циклу for

  for(ініціалізація; умова; інструкції)
  {
    //код;
  }

Усі три блоки «ініціалізація», «умова» та «інструкції» не є обов’язковим у оголошенні циклу for, проте розділювачі потрібно записати обов’язково (Лістинг 5.10).

Лістинг 5.10. Вічний цикл for

  for(;;)
  {
    //код;
  }

Розглянемо приклад задачі: знайти суму усіх чисел від 1 до 10-ти включно (Лістинг 5.11).

Лістинг 5.11. Приклад використання циклу for

  int sum = 0;
  for (int i = 1; i <= 10; ++i)
    sum += i;

Якщо після for тільки одна інструкція, то «фігурні» дужки {} не є обов’язковими.

Для деталізації розглянемо ще один приклад програми і розберемо його (Лістинг 5.12).

Лістинг 5.12. Приклад використання циклу for

  int sum = 0;
  for (int i = 0, j = 1; sum < 20; i++, j += 2)
  {
      sum += i + j;
  }

Проаналізуємо, як повинна відпрацювати дана програма та які значення будуть мати змінні на кожній ітерації циклу.

Початок: i = 0; j = 1; sum = 0.
1-ша ітерація: i = 1; j = 3; sum = 5.
2-га ітерація: i = 2; j = 5; sum = 12.
3-тя ітерація: i = 3; j = 7; sum = 22

Також у циклах можуть використовуватися ключові слова break та continue.

Ключове слово break зупиняє виконання циклу і переходить до виконання наступного після циклу коду. Ключове слово continue переводить цикл на нову ітерацію.

На прикладі лістингу 4.13. розглянемо використання цих операторів. Програма працює наступним чином: цикл послідовно проходить по усіх числах та виводить їх на екран; якщо число кратне 3-м, то цикл переходить на нову ітерацію; якщо число кратне 7-ми, то цикл закінчується.

Лістинг 5.13. Приклад використання операторів break та continue у циклах

  for (int i = 0; i < 10; ++i)
  {
     if (i%3 == 0)
        continue;
     
     Console.Write(i + " ");
     
     if(i%7==0)
        break;
  }

Результат виконання:

  1 2 4 5 7

5.2.2.Цикли `while` та `do-while`

Цикл while у мінімально модифікованому вигляді є частиною практично усіх мов програмування. Тіло циклу виконується до тих пір, поки залишається істинною умова while. Синтаксис оголошення має вигляд:

  while (умова) { 
      //інструкції 
  }

Цикл while може працювати з передумовою та післяумовою. Цикл з передумовою спочатку перевіряє умову, а після цього виконує або не виконує ітерацію циклу. Цикл з післяумовою спочатку виконується (одна ітерація), а потім тільки перевіряється умова. Таким чином можна зробити висновок, що цикл з післяумовою виконається мінімум 1 раз. Синтаксис огололшення циклу while з післяумовою:

  do 
  { 
      //інструкції 
  } while (умова);

Для порівняння циклів while розглянемо лістинги 4.14 та 4.15. У першому випадку не буде виведено на консоль нічого, у другому буде виведено «5».

Лістинг 5.14. Приклад використання циклу while з передумовою

  int x = 5;
  while (x < 5)
  {
       Console.Write(x + " ");
  }

Лістинг 5.15. Приклад використання циклу while з післяумовою

  int x = 5;
  do
  {
      Console.Write(x + " ");
  } while (x < 5);

Робота з циклом foreach буде розглянута у розділі 6 разом із вивченням масивів.

Приклади розв’язання задач

Приклад 4.1. Написати програму, яка генерує і виводить на консоль 10 випадкових чисел із діапазону від 10 до 50.

Розв’язок:

  Random r = new Random();
  for (int i = 0; i < 10; ++i)
  {
      Console.Write(r.Next(10,50) + "\t");
  }

Приклад 4.2. Написати програму, яка серед 5-ти введених чисел знаходить найменше. Програма працює наступним чином: користувач вводить за запитом системи числа, а потім на консоль виводиться найменше з них.

Розв’язок:

  int min = int.MaxValue;
  for (int i = 0; i < 5; ++i)
  {
     Console.Write("Введіть {0} число:\t", i + 1);
     int num = int.Parse(Console.ReadLine());
     min = num < min ? num : min;
  }
  Console.WriteLine("Найменше число:\t{0}",min);

Приклад 5.3. Написати програму, що моделює роботу навігації. Програма повинна пропонувати користувачу вибір дії шляхом введення символа з клавіатури. Доступними діями є: - [x] Hello - виводить на консоль текст «Hello, user!» - [x] Time - виводить години, хвилини та секунди на поточному ПК - [x] Exit - завершує роботу програми.

Розв’язок:

  while (true)
  {
     Console.WriteLine("\nMake a choice:");
     Console.Write(" [H]ello\n [T]ime\n E[x]it\n\t\t:>");
     string res = Console.ReadLine();
     
     switch (res)
     {
       case "H":
       case "h":
          Console.WriteLine("Hello, user!");
          break;
       case "T":
       case "t":
         Console.WriteLine(
         DateTime.Now.ToString("HH:mm:ss",
         new CultureInfo("uk")));
         break;
       case "X":
       case "x":
         return;
         break;
       default:
         Console.WriteLine("Wrong choice");
         break;
     }
  }

Задачі

Задача 5.1.

Написати програму, що знаходить добуток чисел у вказаному користувачем діапазоні.

Задача 5.2.

Дано цілі додатні числа \(i\) та \(k\) . Реалізувати функцію, що обчислює значення виразу:

\[ z = i - k, при i кратному k \] \[z = k - i, при k кратному i\] \[z = k + i, при{ }всіх{ }інших{ }умовах\]

Задача 5.3.

Обчислити значення виразу \(y=\frac{(x + 5)^3}{\sqrt{x + 1}}\) для усіх \(x\) з діапазону \([10; 100]\) кратних \(7\)-ми. На консоль вивести результат у вигляді, наприклад:

Примітка. Вивести на консоль не більше двох знаків після розділювача дробової та цілої частини (крапки) для значень \(y\).

Задача 5.4

Написати програму, яка генерує і виводить на консоль \(8\) випадкових чисел із діапазону від \(1 до 10\). Якщо згенероване число є непарним, то його значення замінюється на \(0\) і виводиться у фигляді \(0(непарне число)\).

Наприклад, виведення може мати вигляд:

2 4 0(7) 0(1) 8 4 2 6 0(9) 0(1) 6

Задача 5.5.

Обчислити значення виразу \(y=\frac{cos(x^2 + 5)^3}{\sqrt{x - ln(x)}}\) для усіх \(x\) з діапазону \([100; 200]\) кратних \(10\)-ти. На консоль вивести результат у вигляді, наприклад:

  x     y
  100    0.8710
  110   -0.0247
  ...

Примітка. Вивести на консоль не більше чотирьох знаків після розділювача дробової та цілої частини (крапки) для значень \(y\). Також зверніть увагу на виведення чисел з від’ємним та додатними значеннями.

Задача 5.6.

Написати програму, що виводить на консоль таблицю множення на вказане користувачем число. Наприклад, якщо користувач ввів число \(5\), то результат виконання програми матиме вигляд:

  5 x 1 = 5
  5 x 2 = 10
  ...
  // і так далі...
  ...
  5 x 10 = 50

Задача 5.7.

Відомо, що \(1 дюйм\) рівний \(2.54 см\). Розробити додаток, що переводить дюйми в сантиметри і навпаки. Діалог з користувачем реалізувати через систему меню.

Задача 5.8.

Написати програму, що знаходить суму усіх чисел кратних \(7\) у діапазоні від \(0\) до \(100\).

Задача 5.9.

Написати програму, що обчислює суму цифр введено числа.

Задача 5.10.

Написати програму, що виводить на екран цифри введеного числа у зворотному порядку. Наприклад, \(248641 > 146842\).

Задача 5.11.

Написати програму, дозволяє вивести на консоль в порядку спадання непарні числа із діапазону \([5;90]\), кратні \(3\) та не кратні \(5\). одночасно.

Задача 5.12.

Розробити програму, що працює як найпростіший калькулятор, який виконує арифметичні дії +, -, *, / (скористатися оператором switch).

Пояснення. Програма повинна працювати у режимі постійного діалогу з користувачем.

--- МЕНЮ ---
[+] - Додати
[-] - Відняти
[*] - Множити
[/] - Ділити
[0] - Вийти з програми

Ваш вибір :> *

Введіть число 1: 4
Введіть число 2: 5

Резльутат: 20

// повторне виведення меню

Задача 5.13.

Знайти найбільший спільний дільник двох натуральних чисел, використавши алгоритм Евкліда. Алгоритм Евкліда полягає в наступному: від більшого числа віднімається менше до тих пір, поки вони не стануть рівними; отримане в результаті число і буде найбільшим спільним дільником.

Задача 5.14.

Написати програму, яка виводить на екран лінію з символів. Число символів та сам символ, і яка буде лінія вертикальна, або горизонтальна - вказує користувач.

Задача 5.15.

Написати програму, яка виводить на консоль фігури, зображені нижче. Примітка. Розміри фігур вказує користувач.

Фігура 1.

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

Фігура 2.

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

Фігура 3.

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

Задача 5.16.

Написати програму, що генерує та виводить на консоль 5 випадкових чисел, кратних 7-ми та некратних 5-ти одночасно з діапазону \([50; 150]\).

Задача 5.17.

Написати програму, що передбачає вгадування користувачем числа, загаданого комп’ютером. Після кожної спроби вгадати число комп’ютер повідомляє чи загадане значення більше (>) чи менше (<) від запропонованого користувачем. Після вгадування на екран виводиться кількість спроб.

Припустимо, що компютер має право загадувати число у діапазоні \([1; 10000)\).

Примітка. Потрібне вміння генерувати випадкові числа за допомогою класу Random.

Задача 5.18.

Згенерувати 10 випадкових чисел у діапазоні \([10, 100)\). Вивести числа на консоль.

Warning

Дорогі друзі, якщо Ви помітили, що для написання матеріалів використані джерела, які я не вказав - прошу надіслати мені інформацію на пошту. Дякую.

5.1.Оператори розгалуження

5.1.1. Оператор if-else

5.1.2. Оператор switch

5.1.3. Тернарний оператор

5.2. Використання циклів під час написання програм

5.2.1. Цикл for

5.2.2.Цикли while та do-while

Приклади розв’язання задач

Задачі

Задача 5.1.

Задача 5.2.

Задача 5.3.

Задача 5.4

Задача 5.5.

Задача 5.6.

Задача 5.7.

Задача 5.8.

Задача 5.9.

Задача 5.10.

Задача 5.11.

Задача 5.12.

Задача 5.13.

Задача 5.14.

Задача 5.15.

Задача 5.16.

Задача 5.17.

Задача 5.18.

5.1.1. Оператор `if-else`

5.1.2. Оператор `switch`

5.2.1. Цикл `for`

5.2.2.Цикли `while` та `do-while`