[達人專欄] 跟著豬腳 C 起來：條件分歧，邏輯整個都出來了

作者：解凍豬腳│2020-09-17 20:04:41│巴幣：148│人氣：2347

　
　　前篇：跟著豬腳 C 起來：利用迴圈重複動作，省時又省力

　　好久不見了，這裡是有生之年系列（誤）的《跟著豬腳 C 起來》。

　　上一次~~，也就是一年多前~~，我們講到了程式設計當中體現電腦精髓的「迴圈」，也就是讓電腦去重複執行指定好的一套動作。

　　然而，單單使用「迴圈」也只不過是速度快而已，只有「快」並沒有什麼用。現實世界畢竟是複雜的，我們在做料理的時候，總得要知道哪些東西要切丁、哪些東西要切絲，總不是拿起菜刀來就朝著食材一陣瞎機巴亂砍。

　　這種時候我們就得讓電腦去判斷某些條件是否成立。這非常簡單，我們只要知道兩個單字就好：if 和 else。

　　就跟字面意思一樣，if 就是「如果」，else 就是「除此之外」。回顧上次說過的 for 迴圈用法，條件分歧也是「如果符合條件，就執行大括號裡面的東西；如果不符合條件，就不執行大括號裡面的東西」，也就是說：

    if (條件 A) {
        xxx;
    }

　　只要符合條件 A，那電腦就會執行 xxx，不符合的話這條 xxx 就會當作沒看到。

　　但我們的需求不見得往往都是這麼簡單。有時候我們也許會需要在不符合狀況的時候也做些什麼，比如說「如果 1099736 是 3 的倍數的話，電腦告訴使用者 1099736 是 3 的倍數；如果 1099736 不是 3 的倍數的話，電腦告訴使用者 1099736 不是 3 的倍數。」我們可以寫成：

    if (1099736 % 3 == 0) {
        printf("1099736 是 3 的倍數\n");
    }
    if (1099736 % 3 != 0) {
        printf("1099736 不是 3 的倍數\n");
    }

　　但這樣寫條件實在太麻煩了，而且即使 1099736 是 3 的倍數，執行完上面的條件後，電腦之後又會再計算一次 1099736 % 3 的值，造成不必要的效能浪費。我們可以改寫成：

    if (1099736 % 3 == 0) {
        printf("1099736 是 3 的倍數\n");
    } else {
        printf("1099736 不是 3 的倍數\n");
    }

　　如此一來，電腦最後一定只會走其中一條路，也不需擔心重複執行的問題。

　　但老樣子，現實生活中的問題並不總是非黑即白，有的時候也許是個多向岔路口。比如說你今天想買車：財產達五千萬的時候，你可能會去買一部跑車；財產達三百萬、小於五千萬的時候，你可能會去買一部休旅車；財產達二十萬、小於三百萬的時候，你可能會去買一部二手的轎車；沒錢的時候，你就只能回家。

　　我們可以寫成：

    int money = 20000000;
    if (money >= 50000000) {
        printf("買跑車\n");
    } else if (money >= 3000000) {
        printf("買休旅車\n");
    } else if (money >= 200000) {
        printf("買二手轎車\n");
    } else {
        printf("有夢最美\n");
    }

　　這裡值得注意的是，程式的執行順序都是由上往下，所以下面的 else if 都是建立在「先前的所有狀況都不成立」的前提上，我們自然也就沒必要把買休旅車的條件寫為「else if (money < 50000000 and money >= 3000000)」這麼麻煩了，後面的其他條件同理。

　　因此，我們在寫多條 else-if 的條件分歧的時候，可以優先把最難達成的條件擺在最前面處理，這樣就能把這些反面條件累積起來利用了。

　　順帶一提，遇到這種很多個 0 的情況，可以用科學記號來取代，比如把 50000000 簡寫成 5e7，代表 5×10^7 的意思，但使用科學記號就要注意型別轉換，直接把它當成整數來操作的話可能會遇上一些問題，比如說用 printf("%d\n", 5e3); 沒有辦法正常顯示 5000。

　　有了 if-else 的基本概念，假如我們想要寫一個身分證字號的驗證器，那當然就會需要告訴電腦「如果身分證字號的第一位不是英文字母，那就可以直接當作無效的身分證字號」、「如果身分證字號的第一位數字不是 1 或 2」……諸如此類的條件。

　　這裡向海外的朋友解釋一下，臺灣的身分證字號格式是一個英文字母 + 九個數字，數字的第一位以 1 或 2 表示生理男性或女性，而每一位數字依照位置個別乘上固定的係數之後再加起來，如果可以被 10 整除就是有效的編號。

　　我們整理一下可以得到規則如下：
　　1. 身分證字號必須是 10 個字元
　　2. 第一個字元必須是英文字母
　　3. 第二個字元必須是數字 1 或 2
　　4. 按規則計算後的加權數值必須是 10 的倍數

　　也就是這樣的流程：

　　知道了流程，下一個問題自然就是該如何把它寫成 C 語言。按照身分證字號的判斷流程，可以知道它寫成 C 語言之後大概會長這樣：

    if (長度不是 10 個字元) {
        得到答案是無效
    } else {
        if (第一個字元不是英文字母) {
            得到答案是無效
        } else {
            if (第二個字元不是 1 也不是 2) {
                得到答案是無效
            } else {
                計算加權數值
                if (加權數值不是 10 的倍數) {
                    得到答案是無效
                } else {
                    得到答案是有效
                }
            }
        }
    }

　　這看起來非常複雜，更不用說如果程式設計師沒有適當地加上縮排，這 code 想必是亂成一團（所以為什麼會強調縮排很重要），而身分證字號畢竟是要求每個條件都成立才能算是有效的，所以我們也可以把問題簡化成：

if (長度不是 10 個字元或第一個字元不是英文字母或第二個字元不是 1 也不是 2) {
    得到答案是無效
} else {
    計算加權數值
    if (加權數值不是 10 的倍數) {
        得到答案是無效
    } else {
        得到答案是有效
    }
}

　　寫法可以有很多種，端看你怎麼去組合它。

　　接下來就是實作了。為了取得字元陣列內容的長度，我們可以用「#include <string.h>」引入 string.h 標頭檔，利用裡面的 strlen() 函式來取得 char[] 型態變數的長度：　　

    char id[16]="test12345";
    printf("%d\n", strlen(id)); // → 得到長度為 9

　　其實流程出來了，也就只剩下加減乘除、陣列的運用和 char-int 之間的轉換而已。畢竟身分證的英文字母規律有點亂，為了不要在條件分歧以外的話題著墨太多，直接把 code 貼出來吧，細節就留給需要熟悉 chat-int 轉換的人慢慢看了：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main(void) {
    char id[16] = "A123456789";
    int checkArr[16];
    int checkMultiply[16] = {1, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 1};
    int checksum = 0;

    // to uppercase
    if (id[0] >= 97 && id[0] <= 122) {
        id[0] -= 32;
    }

    // check the format
    if (strlen(id) != 10 || id[0] < 65 || id[0] > 90 || (id[1]!='1' && id[1]!='2')) {
        printf("無效的格式\n");
    } else {
        // prepare for calculation
        if (id[0] >= 'A' && id[0] <= 'H') {
            checkArr[0] = 1;
            checkArr[1] = id[0]-'A';
        } else if (id[0] == 'I') {
            checkArr[0] = 3;
            checkArr[1] = 4;
        } else if (id[0] == 'J' || id[0] == 'K') {
            checkArr[0] = 1;
            checkArr[1] = id[0]-'J'+8;
        } else if (id[0] >= 'L' && id[0] == 'N') {
            checkArr[0] = 2;
            checkArr[1] = id[0]-'L';
        } else if (id[0] == 'O') {
            checkArr[0] = 3;
            checkArr[1] = 5;
        } else if (id[0] >= 'P' && id[0] <= 'V') {
            checkArr[0] = 2;
            checkArr[1] = id[0]-'P'+3;
        } else if (id[0] == 'W') {
            checkArr[0] = 3;
            checkArr[1] = 2;
        } else if (id[0] == 'X') {
            checkArr[0] = 3;
            checkArr[1] = 0;
        } else if (id[0] == 'Y') {
            checkArr[0] = 3;
            checkArr[1] = 1;
        } else if (id[0] == 'Z') {
            checkArr[0] = 3;
            checkArr[1] = 3;
        }
        int i;
        for (i=1; i<=9; i++) {
            checkArr[i+1] = id[i]-'0';
        }

        // calculate the checksum
        for (i=0; i<11; i++) {
            checksum += checkArr[i]*checkMultiply[i];
        }

        // check the checksum
        if (checksum % 10 == 0) {
            printf("%s 為有效的身分證字號\n", id);
        } else {
            printf("%s 為無效的身分證字號\n", id);
        }
    }
    return 0;
}

　　這裡補充一點，「&&」可以表示條件句的「and」，「||」可以表示條件句的「or」，「!」可以表示條件句的「not」。

　　在絕大多數的程式語言當中，你都可以看得到 if / else-if / else 的用法，只是可能語法會長得有點不一樣就是了。

　　如果你想判斷的對象非常單純，只有一個變數，但有非常多種可能性的話，你還可以選擇不要使用 if 句法，而是 switch-case 句法。用法非常簡單，填入變數和值交給電腦去判斷就可以了：

    switch (id[0]) {
        case 'A': // 如果 id[0] == 'A'
            printf("出生於台北市\n");
            break;
        case 'B':
            printf("出生於台中市\n");
            break;
        case 'D':
            printf("出生於台南市\n");
            break;
        case 'E':
            printf("出生於高雄市\n");
            break;
        case 'F':
            printf("出生於新北市\n");
            break;
        case 'H':
            printf("出生於桃園市\n");
            break;
        default:
            printf("反正不是直轄市的就對了\n");
            break;
    }

　　要注意 switch-case 句法必須在執行內容的尾部加上一個 break（如果沒有加上 break 的話就會繼續檢查或執行其他的 case），而下面的 default 則相當於 else，觀念上大同小異。

　　只要會了這兩種句法，程式寫起來就會變得很輕鬆，需要判斷多個條件就用 and、or 和小括號來組合、串接，達到想要的效果。至於如何把判斷的內容和順序寫得精簡又漂亮，就仰賴個人的經驗累積了。

　　雖然如此，講到了條件分歧，不免還是要講一下所謂的「三元運算子」。在 C 語言裡，如果你碰上了非常單純的「非黑即白」的狀況，可以使用三元運算子來讓程式碼變得更簡短。

　　用法就是「A ? B : C」。代表的是「A 成立嗎？成立的話就 B，不成立的話就 C」。像前面的「有效」和「無效」之分，我們就可以直接把它從五行縮短成一行，利用三元運算子來表示：

    printf("%s 為%s的身分證字號\n", id, (checksum%10 == 0)?"有效":"無效");

　　只是這麼做就會犧牲掉部分的可讀性了，畢竟簡化得太多容易讓其他程式設計師一時看不懂你在寫什麼（e.g., 北車, 高火）。

　　截至目前為止，我們已經講了如何顯示文字、如何操作變數、如何使用迴圈、如何一次宣告大量變數、如何使用條件分歧……有了這些，你就備齊了解決問題前需要的各項工具。

　　讓我們一起踏上偉大的爆肝之路吧。

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