不断询问用户输入直到条件满足 C++

Question

我正在尝试编写一个脚本，用户将在其中输入半径，然后控制台将显示球体的体积和表面积。如果输入半径为负数，则提示用户输入正数半径，直到满足条件。我设法做到了这一点，但没有验证正半径位。我怎样才能做到这一点？

我的代码：

/*
 * Calculate the volume and surface area of a sphere.
 *
 */

#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream>
#include <cmath> // Include cmath for M_PI constant
using namespace std;

int main()
{
    const double pi = M_PI; /// Value of PI defined by C++
    string input = "";      /// Temporary input buffer
    double r = 0.0;         /// Sphere radius
    double A = 0.0;         /// Sphere area
    double V = 0.0;         /// Sphere volume

    // Request radius
    cout << "Please enter radius of sphere (positive only): ";

    // Get string input from user (up to next press of <enter> key)
    getline(cin, input);

    // Try to convert input to a double
    r = stod(input);

    // making sure r is positive
    if (r > 0)
    {
        // Calculate area and volume
        // Ensure floating-point division instead of integer division by
        // explicitly writing 4.0/3.0
        A = 4.0 * pi * r * r;
        V = (4.0 / 3.0) * pi * r * r * r;

        // Write out result
        cout << "Sphere radius: " << r << endl;
        cout << "Sphere area:   " << A << endl;
        cout << "Sphere volume: " << V << endl;
    }
    else
    {
        while (r < 0)
        {
            cout << "Please enter radius of sphere (positive only): " << endl;
        }
    }

    // Return success
    return 0;
}

Answer 1

首先，这段代码并不糟糕。与我从其他一些初学者那里看到的相比，这段代码表明到目前为止对基础知识的理解还算不错。

您的代码面临的最大问题是操作顺序。如果您想要来自用户的输入，则需要在处理之前对其进行验证。目前，您正在同时进行这两项工作。如前所述，创建一个循环，在您获得有效输入之前不会退出。然后继续做你的数学。这是将您的关注点分开，是最佳做法。

其他吹毛求疵的人包括using namespace std; as a bad practice，你应该早点放弃。前面声明你的变量也是不好的做法。在首次使用时或接近首次使用时声明。 std::string input; 足以作为默认字符串，不需要 = "";。

正如我评论的那样，如果无法转换输入，stod() 可以抛出异常并中止您的程序。你没有提到是否允许你假设你的输入总是一个数字，所以我不能假设它是。

/*
 * Calculate the volume and surface area of a sphere.
 *
 */

#include <cmath>
#include <iostream>
#include <numbers>
#include <string>

int main() {
  double radius = 0.0;
  bool inputIsInvalid = true;

  do {
    std::string input;
    std::cout << "Enter a radius: ";
    std::getline(std::cin, input);

    std::size_t pos = 0;
    try {
      radius = std::stod(input, &pos);
    } catch (const std::exception& e) {
      std::cerr << "Unable to convert to double. Reason: " << e.what() << '
';
      continue;
    }

    // We're still not done checking. We need to ensure that the entire string
    // was converted. If not, the input was invalid.
    if (pos != input.length()) {
      std::cerr << "Invalid characters added. Try again.
";
      continue;
    }

    // Making it here means a valid double was typed in.
    // Now we ensure that the double is positive.
    if (radius < 0.0) {
      std::cerr << "Please enter a positive number. Try again.
";
      continue;
    }

    // Making it here should mean that we have a valid input.
    inputIsInvalid = false;

  } while (inputIsInvalid);

  // Now we can do math!
  using namespace std::numbers;  // C++20 stuff for pi
  double surfaceArea = 4.0 * pi * std::pow(radius, 2);
  double volume = (4.0 / 3.0) * pi * std::pow(radius, 3);

  std::cout << "For a sphere of radius: " << radius << '
'
            << "Surface area: " << surfaceArea << '
'
            << "Volume: " << volume << '
';
}

输出：

❯ ./a.out 
Enter a radius: foo
Unable to convert to double. Reason: stod: no conversion
Enter a radius: 3o
Invalid characters added. Try again.
Enter a radius: -3
Please enter a positive number. Try again.
Enter a radius: 3
For a sphere of radius: 3
Surface area: 113.097
Volume: 113.097

如您所见，所有输入和验证的获取都发生在大的 do/while 循环中。如果我们在循环之外，我们就知道我们有一个有效值，现在做数学就非常简单了。

Answer 2

不需要复杂的语句。

当出现问题时，您只需要了解 IO 操作通知即可。然后他们设置故障位，您可以检查。

请在link 中查看 CPP 参考。对可能发生的情况、将设置的故障位以及如何对其进行测试有很长的描述。

因此，如果您使用例如 std::cin >> radius 中的站提取运算符 >>，那么此运算符将尝试从控制台读取一个值并将其转换为双精度值。如果它不能这样做，因为您输入了例如“abc”而不是数字，则会设置一个失败位。 std::cin然后处于失败状态并且不再工作。

如果您想继续使用std::cin，那么您必须使用clear()函数清除失败位。所以，你需要写std::cin.clear();。

但这还不够。输入缓冲区中可能还有一些其他字符。那些需要被删除。想象一下，您输入“XYZ”而不是数字，那么std::cin 将在读取第一个字符“X”后进入失败状态。我们需要消除所有错误的字符，否则，将在下一个>>操作中再次读取它们。

为此，我们有函数ignore。请阅读here了解该功能并查看页面底部的示例。正是您所需要的。

下一篇：我们如何检查IO操作的错误？

你可能听说过我们可以链式 IO 操作。例如：int a,b; std::cin >> a >> b; 或者，对于输出案例 std::cout << value << " ";

为什么这行得通？您需要了解提取和插入运算符 >> 和 << 返回对调用它们的流的引用。

所以，std::cin >> a; 将返回对 std::cin 的引用。这就是为什么您可以链接 IO 操作的原因。

std::cin >> a >> b; 将首先执行 std::cin >> a，它将返回 std::cin。表达式的其余部分现在将是 std::cin >> b;。这也将被执行并再次返回std::cin。

我们可以使用这个。 basic:ios 有 2 个操作员来检查故障状态。

1. bool 运营商
2. not运营商!

   所以，你可以简单地用if (std::cin)来检查std::cin的状态。因为 if-statement 需要一个 bool 表达式，所以它将调用流 bool 运算符。并以此获得状态。

   现在，我们在上面了解到：if (std::cin >> a) 将尝试将值读入“a”，然后返回 std::cin，然后调用其 bool 运算符。

   现在我们发现可以使用 if (std::cin >> radius) 检查正确的 IO 操作，但当然我们可以在 if 语句中进行更多测试。你经常看到and && 或or||条件下的运营商。你可以利用它。特别是您可以使用布尔快捷方式求值。

   意思是，如果条件的结果通过第一项的评估已经明确，那么第二项将不会被评估。

   所以，我们可以写if ((std::cin >> radius) and (radius > 0.0))来检查有效输入。如果读取输入失败，则不会执行大于 0 的检查。只有在输入成功时才会执行。

   综上所述，我们现在可以起草以下非常简单的解决方案：

   #include <iostream>
   #include <limits>
   
   int main() {
       double radius = 0.0;
       bool valueOK = false;
   
       while (not valueOK) {
           std::cout << "
   
   Insert radius. A positive value: ";
           if ((std::cin >> radius) and (radius > 0.0))
               valueOK = true;
           else {
               std::cout << "
   
   ***Error: invalid input
   ";
           }
           std::cin.clear();
           std::cin.ignore(std::numeric_limits<std::streamsize>::max(), '
   ');
       }
   
       const double PI = 3.14159265358979323846;
       std::cout << "
   
   Sphere Radius:	" << radius
           << "
   Sphere area:	" << 4.0 * PI * radius * radius
           << "
   Sphere volume:	" << 4.0 / 3.0 * PI * radius * radius * radius << '
   ';
   }
   

   不需要复杂的语句。

Answer 3

您可以在无限循环中使用 std::from_chars 来读取 double 类型的半径（参见 here）：

• 它在要解析的字符串的开头和结尾接收一对const char*，以及对双精度值的引用（如果解析成功，将设置该值）。
• 它返回一个指向第一个与双精度值模式不匹配的字符的指针，并返回一个错误。
• 如果错误为“空”（只是值初始化），并且指针指向输入字符串的末尾，则意味着所有字符都用于解析双精度值（即没有多余的字符在输入字符串的开头或结尾）。

[Demo]

#include <charconv>  // from_chars
#include <iostream>  // cin, cout
#include <numbers>  // Include cmath for M_PI constant
#include <sstream>
#include <string>  // getline
#include <system_error>  // errc

int main() { 
    // Request radius
    double r = 0.0;  /// Sphere radius
    for (;;) {
        std::cout << "Please enter radius of sphere (positive only): ";

        // Get string input from user (up to next press of <enter> key)
        std::string input = "";  /// Temporary input buffer
        getline(std::cin, input);
        std::cout << input << "
";

        // Try to convert input to a double
        auto [ptr, ec] = std::from_chars(input.data(), input.data() + input.size(), r);
        if (ec != std::errc{} or ptr != input.data() + input.size() or r < 0) {
            std::cout << "Invalid input: '" << input << "'
";
        } else {
            break;
        }
    }

    // Calculate area and volume
    // Ensure floating-point division instead of integer division by
    // explicitly writing 4.0/3.0
    double A = 4.0 * std::numbers::pi_v<double> * r * r;  /// Sphere area
    double V = (4.0 / 3.0) * std::numbers::pi_v<double> * r * r * r;  /// Sphere volume

    // Write out result
    std::cout << "Sphere radius: " << r << "
";
    std::cout << "Sphere area:   " << A << "
";
    std::cout << "Sphere volume: " << V << "
";
 
    // Return success
    return 0;
}

// Outputs:
//
//   Please enter radius of sphere (positive only): -5
//   Invalid input: '-5'
//   Please enter radius of sphere (positive only): hola
//   Invalid input: 'hola'
//   Please enter radius of sphere (positive only): 25abc
//   Invalid input: '25abc'
//   Please enter radius of sphere (positive only): 1.5
//   Sphere radius: 1.5
//   Sphere area:   28.2743
//   Sphere volume: 14.1372