【C语言详解】分支与循环
2021-10-29-
作者：Nico
时间: 2021-10-25
网站地址：https://github.com/sxfinn
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- 什么是语句
- 分支语句(选择结构)
- 循环语句
- goto语句
什么是语句
C语句可分为以下五类：
- 表达式语句
- 函数调用语句
- 控制语句
- 复合语句
- 空语句
这里介绍的是控制语句。
控制语句用于控制程序的执行流程，以实现特定的功能和结构，它们具有特定的语句定义符组成，C语言有九种控制语句。
分为三类：
- 分支语句：if、switch语句；
- 循环语句：while、for、do while语句；
- 转向语句：break、continue、goto、return语句；
分支语句(选择结构)
if语句
面对选择，我们会直接想或者说：我要XXX，我不要XXX。
举个例子：
面临以下选择
- 好好学习—>收获满满
- 无所事事—>继续废柴
可以看到二者是不可兼得的，只能选择其中的一个。
那么对于计算机呢？
if的语法结构：
//一般结构
if(表达式)
语句;
if(表达式)
语句;
//多分支结构
if(表达式1)
语句1;
else if(表达式2)
语句2;
else
语句;
注意:表达式的内容只看真假，可以是一个常数，可以是一个变量。
如下图：
由图可知：
若表达式结果为真，则对应语句执行。
那么C语言中如何表示真假？
C语言中 0为假，非0为真。
如果要执行的语句不止一条，那我们还需要将要执行的语句用大括号{}括起来。
例：
#include一个if与一个else匹配，如果有多个if或者else语句呢？
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
if (a == 5)
if (b == 2)
printf("true");
else
printf("false");
return 0;
}
输出结果：
无输出结果。
所以可以断定else是与第二个if匹配的。
可以看到上面代码的写法，很容易让我们产生误解，所以代码风格非常重要。
我们可以改写成以下形式：
int main()
{
int a = 1;
int b = 2;
if (a == 5)
{
if (b == 2)
printf("true");
}
else
{
printf("false");
}
return 0;
}
结论：else必须紧挨if后要执行的语句，且总是与最近且未匹配else的if匹配。
if语句的书写形式
//代码1
//函数体
if (1)
{
return 1;
}
return 2;
返回值结果：
1
上述代码给人模棱两可的感觉，表达不清晰，很容易产生误解。
我们来换一种写法
//代码2
if (1)
{
return 1;
}
else
{
return 2;
}
返回值结果：
1
显然，代码2的逻辑更加清晰，可读性更高。
结论：代码风格很重要，可读性和逻辑要好。
练习：
判断一个数是奇书还是偶数。
奇数：不可以被2整除的数。
偶数：可以被2整除的数。
能否被2整除就是我们的突破口，可以用此条件进行区分。
代码：
int main()
{
int i = 0;
scanf("%d", &i);
if (i % 2 == 0)
{
printf("%d是偶数\n", i);
}
else
{
printf("%d是奇数\n", i);
}
return 0;
}
输入：3
输出：3是奇数
输入：4
输出：4是偶数
分支语句（branch），如同河流的不同支流，分支少还好，但是当分支很多的情况呢？
我们再一个一个去写就太繁琐，于是switch语句的作用就体现出来了。
switch语句
通常是多分支的，有多种情况可以选择。
例如：我们想输出今天周几
输入1，输出周一
输入2，输出周二
输入3，输出周三
输入4，输出周四
输入5，输出周五
输入6，输出周六
输入7，输出周天
if语句实现：
int main()
{
int day = 0;
scanf("%d", &day);
if (day == 1)
printf("周一");
else if (day == 2)
printf("周二");
else if (day == 3)
printf("周三");
else if (day == 4)
printf("周四");
else if (day == 5)
printf("周五");
else if (day == 6)
printf("周六");
else if (day == 7)
printf("周七");
else
printf("输入错误");
return 0;
}
我们用if else语句实现看起来实在拖拉，且形式复杂。
使用switch语句呢？
int main()
{
int day = 0;
scanf("%d", &day);
switch (day)
{
case 1:
printf("周一");
case 2:
printf("周二");
case 3:
printf("周三");
case 4:
printf("周四");
case 5:
printf("周五");
case 6:
printf("周六");
case 7:
printf("周天");
}
return 0;
}
输入：5
输出：周五周六周天
与我们想要的似乎不太一样，我只想打印初周五，但是周六周天也打印出来了，可以看到，在执行完case 5后并没有跳出switch语句，而是继续执行接下来的语句，这显然不是分支。
如果我们想要执行完一个分支后立马跳出switch语句该怎么办？
在switch语句中的break
在switch语句中，我们没办法直接实现分支，必须依赖break与switch语句想结合，才能实现真正的分支。
int main()
{
int day = 0;
scanf("%d", &day);
switch (day)
{
case 1:
printf("周一");
break;
case 2:
printf("周二");
break;
case 3:
printf("周三");
break;
case 4:
printf("周四");
break;
case 5:
printf("周五");
break;
case 6:
printf("周六");
break;
case 7:
printf("周天");
break;
}
return 0;
}
break语句的实际效果是把语句列表分成不同的分支，所有的分支都是并列的。
假如我们的需求变化，在输入1~5是输出工作日，在输入6和7后输出休息日。
思考：这还是分支吗？
//代码1
int main()
{
int day = 0;
scanf("%d", &day);
switch (day)
{
case 1:
printf("工作日");
break;
case 2:
printf("工作日");
break;
case 3:
printf("工作日");
break;
case 4:
printf("工作日");
break;
case 5:
printf("工作日");
break;
case 6:
printf("休息日");
break;
case 7:
printf("休息日");
break;
}
return 0;
}
这样未免太麻烦了。
既然语句流会贯穿每一个case标签，那我们可以这样。
int main()
{
int day = 0;
scanf("%d", &day);
switch (day)
{
case 1:
case 2:
case 3:
case 4:
case 5:
printf("工作日");
break;
case 6:
case 7:
printf("休息日");
break;
}
return 0;
}
可以看到这仍然是分支，不过每一个分支的范围似乎不止是一个case，而是多个case组成的一个分支。
而将语句列表划分为每个分支的就是break。
switch语句一般形式：
switch(type)
{
case 1:
case 2:
case 3:
default://默认实行语句
}
需要注意的几点：
- type只能为整数
- type为多少，就跳入case type分支，按照顺序执行
- case只决定从哪里进，不决定从哪里出
- case后面必须是整型常量
- 如果所有case都不能进入，则默认执行default，每个switch语句只能出现一个default子句
default：可以出现在switch语句中的任何位置，而且语句流会像贯穿case标签一样贯穿default子句，若想让default子句成为一个新的分支，则也需要加break。
编程好习惯：
-
最后一个
case加上break -
每个switch语句都放入一个
default。
注意：break只能在switch语句和循环语句中使用，且一个break只能跳出当前的循环或者switch语句。
switch语句的嵌套
例：
int main()
{
int m = 1;
int n = 2;
switch (n)//case 2
{
case 1:
m++;
case 2:
n++;
case 3:
switch (m)
{
case 1:
m++;
case 2:
n++;
}
default:
printf("结束\n");
}
printf("m=%d n=%d ", m, n);
return 0;
}
输出：结束
m=4 n=2
总结：分支语句就是将语句列表划分不同的分支，分支的大小是任意的，分支的内容也是任意的可以是一个语句，也可以是多条语句。
循环语句
生活中我们有每天重复循环的事情，C语言中也同样存在，当我们想重复做一件事情，那该怎么处理？
C语言当然可以实现：
- while
- for
- do while
while循环
我们已经了解了if语句：
if(condition)
{
语句;
}
当condition为真时，if后面的语句被执行，反之则不执行。
但是if后的语句只会被执行一次，假如我们想要他执行多次，那我怎么做呢？C语言给我们提供了while循环做到这件事。
//while语法
while(condition)
{
循环语句;
}
while循环流程图：
如何在屏幕上打印出1~10的数字？
难道要十个printf来输出吗？显然，我们拥有while后不再需要如此麻烦。
代码：
int main()
{
int i = 1;
while (i <= 10)
{
printf("%d\n", i);
i++;
}
return 0;
}
可以看到我们只用了一个printf，但是利用while循环做到了与十个printf的效果。
简单了解while工作流程我们接着看：
while中的break和continue
break介绍：
#include运行结果：
0 1 2 3 4
可以看到在i == 5时遇到了break循环就停止了。
结论：break可以永久终止当前循环。
continue介绍：
#include代码1：
死循环
代码2：
输出： 1 2 3 4 6 7 8 9
看起来continue似乎不像break那么暴力直接终止循环了，但是代码2的结果却少了一个5，代码一进入了死循环。
continue的作用：终止本次循环，直接跳到下一次的循环判断位置。
总结：break永久终止循环。
continue终止本次循环，进入下一次循环判断位置。
getchar函数
作用：在输入缓冲区读取一个字符、
int getchar ( void );//函数原型
putchar函数
作用：输出一个字符。
int putchar ( int character );//函数原型
输入缓冲区是什么呢？
可以理解为一块区域用来存储我们键盘输入的数据的这么一块区域。在输入操作时，如果缓冲区有内容就直接被scanf或者getchar读走，如果缓冲区没有内容，则等待用户输入。
示例：
#include输入：abc
输出：abc
利用getchar清理输入缓冲区
int main()
{
char arr[10] = {
0 };
scanf("%s", arr);
int ch = getchar();
printf("%d", ch);
return 0;
}
输入： abcd
输出：10
输入：zxcv
输出：10
无论输入什么输出都是10.
这是为什么呢？明明没有输入10，却每次都会在屏幕上输出一个10。
查阅ASCII码可以看到
10所对应的是换行符，也就是说getchar读到的是我们输入结束时敲入的回车。
于是我们面对这类问题时，可以利用getchar清理输入缓冲区。
int main()
{
int ch = 0;
while ((ch = getchar()) != '\n')//读取到\n时就不再读取
{
;
}
return 0;
}
如果我们想只读取输入的某一类数据，该如何处理呢？
#include总结：利用循环我们可以节省很多时间，处理一些步骤相同的问题时，循环可以迅速解决这类问题。
for循环
既然已经有了while循环，为什么还会有for循环呢？
我们先看一看for循环的结构：
for(exp1;exp2;exp3)
{
循环语句;
}
-
exp1为初始化部分，用于初始化循环变量。
-
exp2为条件判断部分，用于判断循环执行条件。
-
exp3为调整部分，用于调整循环变量。
打印出0~9的数字
我们使用while和for两种循环分别实现。
#include可以看到代码1的初始化部分、条件判断部分和调整部分在for循环中都可以集成到一起，看起来更加简洁，使用起来更加方便。
for循环流程图
break和continue在for循环中
作用与while基本相同，但有一些微小差异
#include
//break
//代码1
int main()
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
if (i == 5)
break;
printf("%d ", i);
}
return 0;
}
//continue
//代码2
int main()
{
int i = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
if (i == 5)
continue;
printf("%d ", i);
}
return 0;
}
代码1：
输出：0 1 2 3 4
代码2：
输出：0 1 2 3 4 6 7 8 9
与while中使用continue后死循环不同，这里在i==5时，continue被执行，直接跳入循环判断部分，并且i++，再次进入循环后 i !=5，于是程序正常进行下去。
结论：continue跳过的是循环体部分而不包括条件判断部分。
for的循环控制变量
建议：
- 不要再循环体内部改变循环变量，防止循环失去控制
- 建议循环控制变量的取值采用左闭右开区间
#includefor循环的变种
#include运行结果：
重复的打印hehe
//变种1
int main()
{
int count = 0;
int i = 0;
int j = 0;
for (i = 0; i < 10; i++)
{
for (j = 0; j < 10; j++)
{
printf("hehe\n");
count++;
}
}
printf("%d", count);
return 0;
}
运行结果：
打印出了100个hehe
//变种2
#include运行结果：
打印出了10个hehe
可以看到虽然只是小小的改变，但引起的效果却截然不同，所以省略for循环中的表达式要慎用！
使用多个变量控制循环
#include运行结果：
打印出5个haha
练习
循环了多少次？
#include答案：死循环
你做对了吗？
do while()循环
do while语句的用法
do
{
循环体语句;
}
while(condition)
执行流程：
do while语句的特点
无论是否满地条件判断，循环体至少会被执行一次。
int main()
{
int i = 10;
do
{
printf("%d ", i);
} while (i < 10);//不满足循环条件
return 0;
}
运行结果：
10
do while循环中的break和continue
#include输出结果：
0 1 2 3 4
#include运行结果：
死循环
可以看到do while中的break和continue的作用与while循环的基本一致。
练习
在有序数组中查找一个数
#include运行结果：
拥有了循环和判断，我们还可以实现一个猜数小游戏：
#include运行：
goto语句
C语言中提供了可以随意滥用的 goto语句和标记跳转的标号。
从理论上 goto语句是没有必要的，实践中没有goto语句也可以很容易的写出代码。 但是某些场合下goto语句还是用得着的，最常见的用法就是终止程序在某些深度嵌套的结构的处理过程。
流程图：
例如：一次跳出两层或多层循环。 多层循环这种情况使用break是达不到目的的。它只能从最内层循环退出到上一层的循环。 goto语言真正适合的场景如下：
#includegoto代替循环
#include总结：
-
在明确知道循环的次数时使用for循环
-
在循环体无论如何都至少会被执行一次时使用do while循环
-
其他情况使用while循环
-
goto语句尽量不使用