总结与测验

── 章节回顾 ──

CPU 在程序中执行的具体语句序列称为程序的执行路径。直线式程序每次运行时路径完全相同。

控制流语句（亦称流程控制语句）允许程序员改变正常的执行路径。当控制流语句使程序开始执行非顺序的指令序列时，称为一次“分支”。

条件语句用于指定其关联语句是否应当执行。

if 语句在条件为真时执行关联语句；
else 语句在条件为假时执行；
可将多个 if 与 else 链式组合。
“悬垂 else”指 else 与哪个 if 配对出现歧义；悬垂 else 会与同一作用域内最后一个未匹配的 if 配对。因此，将 if 语句体置于代码块中即可避免悬垂 else。

空语句仅由一个分号构成，什么也不做；当语法要求存在语句而程序员无需其执行任何操作时，可使用空语句占位。

switch 语句为在多项匹配值中进行选择提供了更简洁、高效的手段，仅适用于整型。case 标签用于标识待匹配值；若找不到匹配 case，则执行 default 标签下的语句。

当执行流从某标签下流入下一标签下的语句时，称为“贯穿（fallthrough）”。可用 break（或 return）防止贯穿，也可用 [[fallthrough]] 属性显式标记有意的贯穿。

goto 语句允许程序跳转到代码中任意位置（向前或向后）。通常应避免使用，以免产生“意大利面条代码”——执行路径如同一碗缠绕的面条。

while 循环使程序在条件为真时反复执行。条件在循环开始前求值。

无限循环指条件恒为真的循环；除非其他控制流语句介入，否则会永远执行。
循环变量（亦称计数器）是用于记录循环执行次数的整型变量；每次循环执行称为一次“迭代”。

do-while 循环与 while 类似，但其条件在循环体执行后求值。

for 循环最为常用，适用于需固定次数循环的场景。

差一错误指循环次数多一次或少一次。

break 语句可立即跳出 switch、while、do-while、for（以及尚未介绍的范围 for）循环。
continue 语句立即进入下一次循环迭代。

终止（halt）语句用于结束程序。

正常终止：程序按预期退出，状态码指示成功或失败。std::exit() 在 main 结束时自动调用，也可显式调用以终止程序；其执行部分清理，但不销毁局部变量，也不展开调用栈。
异常终止：程序遇到意外错误被迫关闭。可调用 std::abort 实现异常终止。

算法是为解决某问题或产生有用结果而制定的有限指令序列。

若算法在多次调用间保留信息，则为“有状态”；否则为“无状态”。
若给定输入总能产生相同输出序列，则称算法为“确定性”。

伪随机数生成器（PRNG）是一种算法，其输出序列的统计特性模拟随机数序列。实例化 PRNG 时，可提供初始值或值集（称为随机种子或种子）以初始化其状态，称为“播种”。若种子位数小于 PRNG 状态位数，则称 PRNG“欠播种”。PRNG 开始重复前的序列长度称为“周期”。

随机数分布将 PRNG 输出转换为其他分布。均匀分布是在区间 [X, Y]（含端点）内等概率产生输出的随机数分布。

测验时间

提示：自本测验起难度逐步提升，但请相信你能完成！

问题 1

在第 4 章总结与测验中，我们编写了一个模拟球从塔上坠落的程序。由于当时尚未学习循环，球只能下落 5 秒。请将下方程序修改为：球持续下落直至触地，并应用所有已介绍的最佳实践（命名空间、constexpr 等）。

#include <iostream>

double getTowerHeight()
{
    std::cout << "Enter the height of the tower in meters: ";
    double towerHeight{};
    std::cin >> towerHeight;
    return towerHeight;
}

double calculateBallHeight(double towerHeight, int seconds)
{
    const double gravity { 9.8 };
    const double fallDistance { gravity * (seconds * seconds) / 2.0 };
    const double ballHeight { towerHeight - fallDistance };
    return ballHeight < 0.0 ? 0.0 : ballHeight;
}

void printBallHeight(double ballHeight, int seconds)
{
    if (ballHeight > 0.0)
        std::cout << "At " << seconds << " seconds, the ball is at height: "
                  << ballHeight << " meters\n";
    else
        std::cout << "At " << seconds << " seconds, the ball is on the ground.\n";
}

void calculateAndPrintBallHeight(double towerHeight, int seconds)
{
    printBallHeight(calculateBallHeight(towerHeight, seconds), seconds);
}

int main()
{
    const double towerHeight{ getTowerHeight() };
    for (int sec{ 0 }; ; ++sec)
    {
        const double height{ calculateBallHeight(towerHeight, sec) };
        printBallHeight(height, sec);
        if (height <= 0.0) break;
    }
    return 0;
}

问题 2

质数是指大于 1 且仅能被 1 和自身整除的自然数。请补全下列程序，实现使用 for 循环的 isPrime() 函数。成功后将输出 “Success!”。

#undef NDEBUG
#include <cassert>
#include <cmath>
#include <iostream>

bool isPrime(int x)
{
    if (x < 2) return false;
    if (x == 2) return true;
    if (x % 2 == 0) return false;

    for (int i{ 3 }; i * i <= x; i += 2)
        if (x % i == 0) return false;

    return true;
}

int main()
{
    assert(!isPrime(0));
    assert(!isPrime(1));
    assert(isPrime(2));
    assert(isPrime(3));
    assert(!isPrime(4));
    assert(isPrime(5));
    assert(isPrime(7));
    assert(!isPrime(9));
    assert(isPrime(11));
    assert(isPrime(13));
    assert(!isPrime(15));
    assert(!isPrime(16));
    assert(isPrime(17));
    assert(isPrime(19));
    assert(isPrime(97));
    assert(!isPrime(99));
    assert(isPrime(13417));

    std::cout << "Success!\n";
    return 0;
}

问题 3

实现 Hi-Lo 猜数游戏。程序随机选取 1–100 之间的整数，玩家有 7 次机会猜测。

猜错则提示“过高”或“过低”；
猜对则提示胜利；
用完 7 次仍未猜中则提示失败并公布答案；
每局结束询问是否再玩，输入非 'y'/'n' 则重复询问。

使用 Random.h。

示例会话见原题，额外加分：将最小值、最大值及猜测次数设为可配置参数。

#include <iostream>
#include "Random.h"

void playGame(int min, int max, int guesses)
{
    int target{ Random::get(min, max) };
    for (int attempt{ 1 }; attempt <= guesses; ++attempt)
    {
        std::cout << "Guess #" << attempt << ": ";
        int guess{};
        std::cin >> guess;

        if (guess == target)
        {
            std::cout << "Correct! You win!\n";
            return;
        }
        else if (guess < target)
            std::cout << "Your guess is too low.\n";
        else
            std::cout << "Your guess is too high.\n";
    }
    std::cout << "Sorry, you lose. The correct number was " << target << ".\n";
}

int main()
{
    constexpr int min{ 1 }, max{ 100 }, guesses{ 7 };
    while (true)
    {
        std::cout << "Let's play a game. I'm thinking of a number between "
                  << min << " and " << max << ". You have " << guesses
                  << " tries to guess what it is.\n";
        playGame(min, max, guesses);

        char again{};
        do
        {
            std::cout << "Would you like to play again (y/n)? ";
            std::cin >> again;
        } while (again != 'y' && again != 'n');

        if (again == 'n')
        {
            std::cout << "Thank you for playing.\n";
            break;
        }
    }
    return 0;
}

测验时间

问题 1

问题 2

问题 3

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