Last modified: August 31, 2023
This article is written in: 🇵🇱
Instrukcje warunkowe
Instrukcje warunkowe stanowią podstawowy mechanizm kontroli przepływu w praktycznie każdym języku programowania, w tym w C++. Pozwalają one na wykonywanie określonych fragmentów kodu tylko wówczas, gdy spełniony jest ustalony warunek. Dzięki temu programy mogą podejmować decyzje i reagować na bieżące wartości zmiennych bądź wynik operacji. Poniżej przedstawiono najważniejsze konstrukcje i dobre praktyki związane z instrukcjami warunkowymi w C++, w tym typowe pułapki, na które trzeba uważać podczas pisania i debugowania kodu.
Podstawowa instrukcja if
Najprostszą i zarazem najczęściej wykorzystywaną konstrukcją warunkową jest if. Pozwala ona na wykonanie określonego bloku kodu wyłącznie wtedy, gdy podany w nawiasie okrągłym warunek przyjmuje wartość prawdziwą. Aby to zilustrować, przyjmijmy przykładową zmienną x o wartości 5. Jeśli x okaże się większe niż 3, wtedy wyświetlimy komunikat w konsoli:
int x = 5;
if (x > 3) {
std::cout << "x jest większe niż 3" << std::endl;
}W tym przykładzie warunek x > 3 jest spełniony (gdyż 5 > 3), więc wewnątrz bloku if zostanie wywołane polecenie std::cout << .... Jeżeli zaś chcielibyśmy zareagować na inny scenariusz, w którym warunek nie jest spełniony, możemy zastosować rozszerzenie if-else.
Rozszerzenie if-else
Instrukcja else przydaje się w sytuacjach, kiedy chcemy wykonać inny blok kodu, jeśli warunek pierwotny nie został spełniony. Pozwala to na jasne rozgraniczenie dwóch różnych ścieżek działania programu, w zależności od wartości zmiennej:
if (x > 10) {
std::cout << "x jest większe niż 10" << std::endl;
} else {
std::cout << "x nie jest większe niż 10" << std::endl;
}Tutaj, jeśli x wyniesie przykładowo 12, to w konsoli zobaczymy pierwszy komunikat. Natomiast gdy x wyniesie 3, zostanie wyświetlony komunikat z bloku else. Jest to jeden z najbardziej podstawowych wzorców decyzyjnych w kodzie.
Instrukcja if-else if-else
Często zdarza się, że chcemy zbadać więcej niż jeden warunek i wykonać różne działania zależnie od ich wyniku. W takim przypadku wygodnie jest skorzystać z instrukcji warunkowej rozszerzonej o dodatkowe gałęzie else if:
if (x > 10) {
std::cout << "x jest większe niż 10" << std::endl;
} else if (x > 5) {
std::cout << "x jest większe niż 5, ale nie większe niż 10" << std::endl;
} else {
std::cout << "x nie jest większe niż 5" << std::endl;
}Algorytm sprawdzi kolejno: najpierw, czy x > 10; jeśli to prawda – wykona pierwszy blok i pominie resztę. Jeśli nie, przejdzie do drugiego warunku x > 5; jeśli on zostanie spełniony – wyświetli drugi komunikat, a jeśli okaże się fałszywy, wykona wreszcie blok else. Warto mieć na uwadze, że pierwszy warunek, który zostanie rozpoznany jako prawdziwy, przerywa dalsze sprawdzanie.
Złożone warunki logiczne
Operatory logiczne && (koniunkcja/AND) oraz || (alternatywa/OR) pozwalają na łączenie wielu warunków w jednej instrukcji if. Dzięki nim możemy tworzyć bardziej rozbudowane wyrażenia logiczne:
if (x > 5 && x < 10) {
std::cout << "x jest większe niż 5 i mniejsze niż 10" << std::endl;
}
if (x < 5 || x > 10) {
std::cout << "x jest mniejsze niż 5 lub większe niż 10" << std::endl;
}Pierwszy przykład wykona się tylko wówczas, gdy wartość x będzie jednocześnie większa niż 5 oraz mniejsza niż 10. Drugi zadziała w sytuacjach, w których wartość x znajdzie się poza przedziałem [5, 10]. Tworzenie złożonych wyrażeń logicznych znacznie zwiększa elastyczność warunków, jednak zawsze należy dbać o ich czytelność.
Operator warunkowy (trójargumentowy)
W C++ funkcjonuje również tzw. operator trójargumentowy ?:, nazywany często „ternary operator”. Pozwala on na zapisanie prostego warunku i przypisania wartości w jednej linii, co bywa przydatne przy nadawaniu wartości zmiennym. Składnia wygląda następująco:
int max = (x > y) ? x : y;Wyrażenie (x > y) ? x : y odczytujemy w sposób: „Jeżeli x jest większe od y, zwróć x, w przeciwnym razie zwróć y”. Dzięki temu w zmiennej max znajdzie się większa z dwóch liczb bez konieczności stosowania rozbudowanego if-else.
Instrukcja warunkowa z wartością logiczną
W języku C++ typ logiczny bool może być bezpośrednio wykorzystywany w instrukcjach if. Zmienna typu bool przyjmuje wartość true lub false, a jej interpretacja w warunku odbywa się bezpośrednio:
bool warunek = true;
if (warunek) {
std::cout << "Warunek jest prawdziwy" << std::endl;
} else {
std::cout << "Warunek jest fałszywy" << std::endl;
}Powyższy przykład jest bardzo przejrzysty, gdyż unika rzutowania na wartość całkowitą (0/1). Niemniej w C++ dopuszczalne jest używanie liczb całkowitych w warunkach – warto jednak zaznaczyć, że 0 interpretowane jest jako false, a każda inna wartość całkowita jako true.
Na co uważać przy używaniu instrukcji warunkowych
Choć konstrukcje warunkowe wydają się dość proste, w praktyce mogą pojawić się pewne trudności i sytuacje, w których działanie programu nie będzie takie, jak się spodziewaliśmy. Oto kilka typowych pułapek i dobrych praktyk:
I. Kolejność ewaluacji warunków
W przypadku zagnieżdżonych instrukcji if-else if-else sprawdzanie kończy się w momencie znalezienia pierwszego warunku, który zwraca prawdę. Kolejne ścieżki nie zostaną wówczas wykonane, nawet jeśli również byłyby prawdziwe.
int x = 10;
if (x > 5) {
std::cout << "x jest większe niż 5" << std::endl;
} else if (x > 8) {
// Do tej gałęzi nigdy nie dojdzie, mimo że x > 8 również jest prawdą.
std::cout << "x jest większe niż 8" << std::endl;
}II. Ewaluacja wartości logicznych: W C++ liczba 0 jest interpretowana jako false, natomiast każda inna liczba całkowita traktowana jest jak true. Może to prowadzić do niezamierzonego działania, jeśli przez pomyłkę zostanie użyty typ całkowity w warunkach.
int liczba = 0;
if (liczba) {
std::cout << "To jest prawdziwe" << std::endl;
} else {
std::cout << "To jest fałszywe" << std::endl; // Wyświetli się ten komunikat.
}III. Pomyłki == vs. =: Zdarza się, że przez nieuwagę zamiast operatora porównania == użyjemy operatora przypisania =. Taka pomyłka w warunku nie wywoła błędu kompilacji, ale zmieni wartość zmiennej i zawsze zwróci wynik interpretowany jak true (jeśli przypisana wartość jest różna od zera).
int x = 5;
// Niepoprawne, bo użyto '=' zamiast '=='
if (x = 10) {
std::cout << "x jest równe 10" << std::endl;
// Ten blok wykona się zawsze (po przypisaniu x=10 jest interpretowane jako true).
}
// Poprawna wersja:
if (x == 10) {
std::cout << "x jest równe 10" << std::endl;
}IV. Porównywanie zmiennoprzecinkowe
Korzystanie z operatora == przy danych zmiennoprzecinkowych (float, double) może być niebezpieczne, ze względu na ograniczoną precyzję zapisu liczb w tym formacie. Zaleca się w takich przypadkach porównywanie z pewną tolerancją (epsilonem).
double a = 0.1;
double b = 0.1 + 0.1 + 0.1 - 0.3;
if (a == b) {
std::cout << "a == b" << std::endl; // Może nie zadziałać zgodnie z oczekiwaniami.
}
const double epsilon = 1e-9;
if (fabs(a - b) < epsilon) {
std::cout << "a i b są w przybliżeniu równe" << std::endl;
}V. Efekty uboczne w warunkach
Używanie inkrementacji (np. x++) czy wyrażeń z innymi efektami ubocznymi wewnątrz warunku może prowadzić do trudnych do wyśledzenia błędów. Wynika to z faktu, że samą inkrementację można łatwo przeoczyć, co zmienia dalsze działanie programu:
int x = 5;
if (x++ > 5) {
std::cout << "x jest większe niż 5" << std::endl;
}
std::cout << "x = " << x << std::endl; // x = 6, co może być nieoczywiste na pierwszy rzut oka.VI. Złożone warunki logiczne
Bardzo długie wyrażenia logiczne, łączące wiele operatorów && i ||, bywają trudne do odczytania. Dobrym pomysłem jest dzielenie ich na mniejsze, wyodrębnione warunki przypisane do pomocniczych zmiennych o znaczących nazwach:
int a = 5, b = 10, c = 15;
bool wszystkieDodatnie = (a > 0) && (b > 0) && (c > 0);
bool spelniaNierownosciTrojkata = (a + b > c) && (a + c > b) && (b + c > a);
if (wszystkieDodatnie && spelniaNierownosciTrojkata) {
std::cout << "Wszystkie liczby są dodatnie i spełniają nierówności trójkąta" << std::endl;
}VII. Unikanie powtórzeń kodu
Czasem w blokach if i else pojawia się identyczny fragment kodu. Zamiast duplikować instrukcje, lepiej przenieść je na zewnątrz, co poprawia czytelność i ułatwia konserwację:
int x = 5;
if (x > 10) {
std::cout << "x jest większe niż 10" << std::endl;
// wspólny fragment kodu
} else {
std::cout << "x nie jest większe niż 10" << std::endl;
// wspólny fragment kodu
}
// Lepsze podejście
if (x > 10) {
std::cout << "x jest większe niż 10" << std::endl;
} else {
std::cout << "x nie jest większe niż 10" << std::endl;
}
// Wspólna część po instrukcjach
std::cout << "To jest wspólny kod" << std::endl;Konstrukcja switch
Konstrukcja switch stanowi alternatywę dla rozbudowanych łańcuchów if-else if-else. Szczególnie przydaje się wtedy, gdy chcemy wielokrotnie porównać jedną i tę samą zmienną z różnymi wartościami stałymi (np. liczbami całkowitymi lub znakami). Działa to w ten sposób, że podajemy wartość zmiennej w nawiasie po słowie kluczowym switch, a następnie w kolejnych blokach case sprawdzamy, czy zmienna tę wartość przyjmuje.
#include <iostream>
int main() {
int n;
std::cout << "Podaj numer dnia tygodnia (0-6): " << std::endl;
std::cin >> n;
switch (n) {
case 0:
std::cout << "Poniedziałek." << std::endl;
break;
case 1:
std::cout << "Wtorek." << std::endl;
break;
case 2:
std::cout << "Środa." << std::endl;
break;
case 3:
std::cout << "Czwartek." << std::endl;
break;
case 4:
std::cout << "Piątek." << std::endl;
break;
case 5:
std::cout << "Sobota." << std::endl;
break;
case 6:
std::cout << "Niedziela." << std::endl;
break;
default:
std::cout << "Błąd! Numer dnia powinien być w zakresie 0-6." << std::endl;
}
return 0;
}Gdy zostanie znaleziony pasujący case, wykonywanie kodu trwa aż do momentu napotkania słowa break lub końca całej konstrukcji switch. Z kolei default pełni rolę „wszystkich innych przypadków”, czyli jest wykonywany wtedy, gdy żaden z bloków case nie pasuje.
Konstrukcja switch bywa czytelniejsza i efektywniejsza w sytuacjach, gdzie występują liczne porównania zmiennej z różnymi wartościami. Dodatkowo, kompilator może czasem zoptymalizować switch wewnętrznie (np. przy użyciu tablicy przeskoków), co przy rozbudowanych instrukcjach może przyspieszyć wykonywanie kodu.