C语言详解：分支循环结构
分支循环结构
结束了初识C语言，现在我们再从头细细的学起。首先映入眼帘的是三大结构，分别是顺序结构，选择结构，循环结构。生活中的事情大大小小基本上都可以通过这三种结构描述。
C语言是一门结构化的编程语言。顺序结构不必多言，选择结构有if语句，switch语句，循环结构有while循环，for循环以及do...while循环语句，还会介绍到goto语句。
语句
以分号;结尾的，用分号;隔开的就是一条语句。例如printf("hehe\n");，这便是一条语句。甚至还有只有一个分号;的语句称为空语句。
printf("hehe\n");
1+2;
;//空语句
1 选择结构
选择结构对应分支语句或称选择语句。比如这么一个简单的例子就可以用分支语句描述。
1.1 if 语句
语法结构
if语句的语法分为单分支和多分支两种逻辑结构。
//1.单分支
if (表达式)
{
语句;
}
else
{
语句;
}
//2. 多分支
if (表达式)
{
语句;
}
else if (表达式)
{
语句;
}
else if (表达式)
{
语句;
}
...
else
{
语句;
}
条件表达式若为真，就进入语句，反正为假，则不执行。
示例
int main()
{
int age = 20;
//多分支
if (age < 18)
printf("青少年\n");
else if (age >= 18 && age < 30)
printf("青年\n");
else if (age >= 30 && age < 50)
printf("壮年\n");
else if (age >= 50 && age < 80)
printf("老年\n");
else
printf("快没了\n");
return 0;
}
当然如果想一个if语句控制多条语句则需要使用代码块。即用一个大括号将所以语句括在一起。这样还有一个明显的好处就是可以提高代码的可读性，一般实际工作中都会采用这种形式。如：
int main()
{
int age = 10;
if (age >= 18)
{
printf("成年了\n");
printf("可以谈恋爱了\n");
}
return 0;
}
问题
下面是关于if语句的一些常见的问题及一些特例。
- 条件表达式错误
//18 <= age < 30
int main()
{
int age = 50;
if (18 <= age < 30)
printf("青年\n");
return 0;
}
初学者很容易写出这样的代码，问题就出现在判断条件上，编程语言里18 <= age < 30的意义是一个表达式。
先看左边的18 <= age 无论其是真是假，真则为1，假则为0。1或0都是要小于30的，故整个表达式为真，所以无论怎样都会执行if语句。
- 悬空
else
悬空else是一个经典的问题。
//悬空else
int main()
{
int a = 0;
int b = 2;
if (a == 1)
if (b == 2)
printf("hehe\n");
else
printf("haha\n");//else与其上最近的一个if匹配
return 0;
}
该代码的else部分虽然是和第一个if对齐，但是else总是与其上最近的一个if搭配，不受代码对齐的影响。所以该else和上一个if都是嵌套在第一个if语句里的。
故修改后应为下图，显著的提示了代码的可读性。
int main()
{
int a = 0;
int b = 2;
if (a == 1)
{
if (b == 2)
printf("hehe\n");
else
printf("haha\n");//else与其上最近的一个if匹配
}
return 0;
}
- 判断表达式误写成赋值表达式
还有就是错把比较相等的表达式写出赋值表达式。这也是一个初学者经常犯的，不起眼的却又很难找且编译器不报错的错误。
int main()
{
int a = 0;
if (a = 5)
printf("hehe\n");
return 0;
}
在上面的代码中，错把a==5写成了a=5。但是逻辑上又没有什么问题，a=5是赋值表达式，其值为5为真，所以判断条件失效，无论如何都执行if语句。
//建议改成
int main()
{
int a = 0;
if (5 == a)
printf("hehe\n");
return 0;
}
把a == 5改成5 == a，这样一来如果再写成赋值表达式，就出现了语法错误常量是不可赋值的，编译器就会报警。
- 函数返回后在函数内写代码
if (condition)
return x;
return y;
该代码的含义为如果条件成立，则返回x，否则返回y。
void test()
{
if (1)
{
printf("hehe\n");
return 0;
}
//函数返回值后，后面的代码不执行
printf("haha\n");
}
int main()
{
test();
return 0;
}
从上面的代码可以看出，函数返回值后，下面的代码将不再执行。所以函数不可能又返回x又返回y。
练习
- 输出0到100之间的奇数。
int main()
{
int i = 0;
while (i <= 100)
{
if (i % 2 == 0)
printf("%d ", i);
i++;
}
for (i = 0; i < 100; i++)
{
if (i % 2 == 1)
{
printf("%d ", i);
}
}
return 0;
}
1.2 switch 语句
语法结构
switch (整型表达式)
{
语句项;
}
之所以会存在switch语句，是因为在某些情况下使用if…else语句会显得过于繁琐。
int main()
{
int day = 0;
scanf("%d", &day);
switch (day)//整型表达式
{
case 1://整型常量表达式
{
printf("星期一\n");
printf("美好的一天，从上班开始5555~");
break;
}
case 2:
printf("星期二\n");
break;
case 3:
printf("星期三\n");
break;
case 4:
printf("星期四\n");
break;
case 5:
printf("星期五\n");
break;
case 6:
printf("星期六\n");
break;
case 7:
printf("星期日\n");
break;
}
return 0;
}
注意
-
首先switch后面的表达式必须是整型表达式，即其后变量必须为整型。
-
其中case语句项里也必须是整型常量表达式，既是整型也是常量缺一不可。
-
从上述代码中我们也可以看出，case语句项若想控制多条语句，仍需使用代码块。
-
上述代码的逻辑里，必须在每种情况下都要有break跳出去，不然的话代码就会一直向下走。
case是代码入口，break是代码出口。
但是若有时我们不需要分的如此清楚，比如1到5我们定为工作日，6到7我们定为休息日。那么我们的代码就可以这么改。
int main()
{
int day = 0;
scanf("%d", &day);
switch (day)
{
case 1:
case 2:
case 3:
case 4:
case 5:
printf("工作日\n");
break;
case 6:
case 7:
printf("休息日\n");
break;
default:
printf("输入数据有误，请重新输入\n");
break;
}
return 0;
}
但从上述代码中我们还可以得到以下信息。
- 虽然多个case对应一种结果，但是最后仍需加上break;
- default子句：适配所有不符合case情况的情况。即当所有的case标签都不满足时，便会来到default的情况。
default子句末尾最好也加上break；这样后续如果再加入其他情况时，不至于代码错误。
- 另外，所以case语句不存在顺序问题，即无论顺序怎么排，都无所谓。
总结：
if语句里的break&continue都是为了控制外面的循环等语句。switch语句里是break结束switch语句，代码不往下走，switch语句里没有continue。
2 循环结构
2.1 while 循环
//while语法结构
while(表达式)
{
循环语句;
}
while语句的执行流程如下：
条件为真，则进入循环反之则退出循环。这并不难理解。
break&continue
但是图中break，和continue是什么意思呢？break是否和在switch里是一个用法呢？
int main()
{
int i = 0;
while (i <= 10)
{
if (i == 6)
break;
printf("%d ", i);
i++;
}
return 0;
}
如上述代码，当i=6时，break后则终止了循环，所以输出结果为0 1 2 3 4 5 。
int main()
{
int i = 0;
while (i <= 10)
{
if (i == 6)
continue;
printf("%d ", i);
i++;
}
return 0;
}
但是当把
break换成continue则会发生什么呢？细心想一想就会发现，该程序陷入了死循环中。
先是输出了0 1 2 3 4 5 ，但当i=6时，continue跳出了本次循环，直接进入下一次循环，但此时i并没有得到i++，所以还一直处于i=6的状态，故一直在continue，一直死循环。
int main()
{
int i = 0;
while (i <= 10)
{
i++;
if (i == 6)
continue;
printf("%d ", i);//1 2 3 4 5 7 8 9 10 11
}
return 0;
}
把
i++，放到了前面这样的话，我们的i便有了++的机会。
总结：
-
循环中只要遇到
break，就停止后期所有循环，直接终止循环。所以while中的break是用于永久终止循环的。 -
continue用于终止本次循环，也就是本次循环中continue后边的代码不会再执行，结束本次循环直接跳转到while语句的判断部分，进行下一次循环的入口判断。
特例
先看下面代码是什么意思。
int main()
{
int ch = 0;
while ((ch = getchar()) != EOF)
putchar(ch);
return 0;
}
这里我们先简单的介绍两个函数getchar和putchar。
通俗的说，
getchar就是从键盘获取字符，getchar就是把字符打印到屏幕。EOF即end of file是个文件结束标志。判断条件中的ch =getchar，同样返回的也是字符的ACSII码值。这也是为什么，ch用的是整型int定义的原因。
由图可知，getchar和scanf两个常见的输入函数，虽然我们都说是从键盘上读取字符，但其实是先从键盘再到输入缓冲区。输入缓冲区是一块特殊的内存空间。getchar和scanf是从输入缓冲区里读取的字符。
二者读取的方式有所不同，
scanf读取到空格就停下不读了，getchar一次只读取一个字符。但又有相同之处，如果输入缓冲区没东西，那么就等待我们从键盘上输入。如果输入缓冲区有东西，就直接读取。
应用到实例就是这样的一个输入密码的程序。
int main()
{
int ch = 0;
char password[20] = { 0 };
printf("请输入密码>:");
scanf("%s", password);
printf("请确认密码(Y/N):>");
//清理\n
//getchar();//只能清理一个字符
while ((ch = getchar()) != '\n')
{
;
}
ch = getchar();
if (ch == 'Y')
printf("确认成功\n");
else
printf("确认失败\n");
return 0;
}
第二个特例就是这样的一个程序
//只打印数字字符
int main()
{
int ch = 0;
while ((ch = getchar()) != EOF)
{
if (ch < '0' || ch > '9')//排除数字字符以外的所有字符
continue;
putchar(ch);
}
return 0;
}
该程序的特点就是排除数字字符以外的所有字符。
2.2 for 循环
既然已经有了while循环，那我们为什么还要学for循环呢？
for循环才是我们日后使用最多的循环语句。先看其语法结构。
for (表达式1, 表达式2, 表达式3)
循环语句;
- 表达式1为初始化部分，用于初始化循环变量。
- 表达式2为条件判断部分，用于判断什么时候终止循环。
- 表达式3为调整部分，用于循环条件的调整。
循环最重要的三个部分被集中在一起，与while循环形成了鲜明的对比。
int i = 1;//初始化部分
//...
while (i <= 10)//判断部分
{
//...
printf("%d ", i);
//...
i++;//调整部分
}
当我们的while循环体写的够多够大时，其弊病就显现出来了，三个部分分离，不好找，修改时容易引起错误。
int main()
{
int i = 0;
for (i = 1; i <= 10; i++)
{
printf("%d ", i);
}
return 0;
}
这是一个for循环的例子，很清晰，很简单。
break&continue
int main()
{
int i = 0;
for (i = 1; i <= 10; i++)
{
if (i == 5)
break;
printf("%d ",i);//1 2 3 4
}
return 0;
}
这是for循环里·break的作用，显而易见，和其他循环甚至和分支语句里的作用都一样。是直接终止循环，或者说是跳出语句。
int main()
{
int i = 0;
for (i = 1; i <= 10; i++)
{
if (i == 5)
continue;
printf("%d ", i);//1 2 3 4 6 7 8 9 10
}
return 0;
}
而如果将这里的break改成continue会怎么样呢？显然跳过了i=5的情况，直接跳到了for循环的调整部分，调整循环变量，不容易造成死循环。
提示：为加以区别，可记成continue跳过循环体下面的代码（只有for循环的调整部分在循环体上面所以不受影响，其他循环都不行）
建议
- 不可在for循环体内修改循环变量，防止for循环失去控制。
例如还是这条小白经常忽略的语病，判断表达式写出赋值表达式。
int main()
{
int i = 0;
for (i = 1; i <= 10; i++)
{
if (i = 5)//循环体内修改循环变量
printf("%d ",i);
}
return 0;
}
这还是相当于在循环体内改变了循环变量，这便造成了5555…的死循环。
int main()
{
int i = 0;
for (i = 1; i <= 10; i++)
{
printf("%d ", i);
i++;
}
return 0;
}
尽量不要这样，可以在循环调整部分修改为
i+=2。不然的话，代码写多了，就把下面的i++给忘了。
- 建议for语句的循环控制变量的取值采用"左闭右开"写法。
int main()
{
int i = 0;
int arr[20] = { 0 };//0~9
for (i = 0; i < 10; i++)//左闭右开
{
scanf("%d", &arr[i]);
}
for (i = 0; i < 10; i++)//左闭右开
{
printf("%d ", arr[i]);
}
return 0;
}
例如这样很经典的用for循环遍历数组元素来赋值和输出的用法。这里循环变量i就拥有了更多的意义，比如i从0开始，表示数组下标从0开始，i<10表示i循环10次。也不是说必须要左开右闭，根据事实情况来看，目的就是使循环变量拥有更多的意义。
变种
- 省略
考试也容易考，但是一般真正写代码时不会这样。
int i=0;
for (;;)
{
printf("%d ", i);
}
若把三个循环部分都省了，可不可行？初始化，判断，调整部分都可省略。
- 初始化部分省略，则在创建变量时就已经初始化。
- 判断部分省略，意味着判断条件恒为真。
- 调整部分省略，那就不调整呗。
int i=0;
int j=0;
for ( ; i < 10; i++)
{
for ( ; j < 10; j++)
{
printf("hehe\n");
}
}
答案是屏幕上打印了10个hehe。
其实在第一遍外循环结束之后，内循环就不再循环了，因为内循环初始化条件的缺失，之后的
j始终等于10，故一直不进内循环，所以只有i=1时循环一遍。
- 多循环变量的情况
int main()
{
int x = 0;
int y = 0;
for (x = 0, y = 0; x < 5 && y < 7; x++, y++)
{
printf("hehe\n");
}
return 0;
}
该种情况也是可以的，该怎么循环和单循环变量一样。现在我们来看一下一道笔试题，既然出出来考我们，那么一定有坑，还请各位细细思量一下，小提示：和我前面介绍的是一种的经典语病。
请问下面代码循环几遍？
int main()
{
int i = 0;
int k = 0;
for (i = 0, k = 0; k = 0; i++, k++)
{
k++;
}
return 0;
}
当然是一遍都不循环啦。判断条件写成赋值表达式，k=0恒为假。
2.3 do…while 循环
先看它的语法结构。
do
{
循环语句;
}while(表达式)
他的特点显而易见，是先执行再判断。
所以就算条件不满足，也至少执行一次，使用的场景有限，所以不是经常使用。
break&continue
再来看它的break和continue的用法。
int main()
{
int i = 1;
do
{
if (i == 5)
break;
printf("hehe\n");
i++;
} while (i < 10);
return 0;
}
和其他循环并无二致。
int main()
{
int i = 1;
do
{
if (i == 5)
continue;
printf("hehe\n");
i++;
} while (i < 10);
return 0;
}
//死循环
这里也是和while循环一样，因跳过了i++这样的进步条件。所以造成了死循环。
循环语句里break都是提前终止循环。continue都是跳过其后部分的代码，重新开始下一次的循环。
练习题
- 计算n的阶乘。
//封装阶乘函数
int factorial()
{
int n = 0;
int i = 1;
int pro = 1;
scanf("%d", &n);
for (i = 1; i <= n; i++)
{
pro *= i;
}
return pro;
}
- 计算1!+2!+3!..+10!
//封装阶乘求和函数
int sum_on_factorial()
{
int i = 0;
int n = 0;
int pro = 1;
int sum = 0;
for (n = 1; n <= 10; n++)
{
pro = 1;
for (i = 1; i <= n; i++)
{
pro *= i;
}
sum += pro;
}
return sum;
}
这样还有点复杂，还可以优化。
//修改后
int sum_on_factorial2()
{
int n = 0;
int pro = 1;
int sum = 0;
for (n = 1; n <= 10; n++)
{
//这里的pro就不用初始化了
pro *= n;
sum += pro;
}
return sum;
}
- 在一个有序数组中查找具体的某个数字n。
编写
int binsearch(int x, int v, int n);功能︰在v[0]<=v[1]<=v[2]<=…<=v[n-1]的数组中查找x.
//封装有序数组查找元素函数
void findkey()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
int key = 7;
//求数组长度
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
//遍历数组
int i = 0;
for (i = 0; i < sz; i++)
{
if (arr[i] == key)
{
printf("找到了，下标是%d\n", i);
break;
}
}
if (i == sz)
{
printf("找不到\n");
}
}
上面是最基本的遍历数组的方法。当然还有更好的方法：二分查找。数组越大，效率越高。
//封装有序数组查找元素函数
void findkey()
{
int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
int key = 7;
//求数组长度
int sz = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
//二分查找
int left = 0;
int right = sz - 1;
while (left <= right)
{
int mid = (left + right) / 2;
if (arr[mid] > key)
{
right = mid - 1;
}
else if (arr[mid] < key)
{
left = mid + 1;
}
else
{
printf("找到了，下标为%d\n", mid);
break;
}
}
if (left > right)
printf("没找到\n");
}
- 编写代码，演示多个字符从两端移动，向中间汇聚。
//演示一行代码从两端移动，向中间汇聚
#include 代码运行过程不好用语言描述，感兴趣的朋友们可以自己试试。
- 编写代码实现，模拟用户登录情景
并且只能登录三次。(只允许输入三次密码，如果密码正确则提示登录成，如果三次均输入错误，则退出程序。
//模拟用户登录情景
#include 2.4 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。如：
int main()
{
again:
//...
goto again;
return 0;
}
当然，这里的again只是一个标记名字而已，像函数名一样随便取，a也好b也罢，只是为了更有意义罢了。
从理论上
goto语句是没有必要的，一般来说用goto语句的地方也可以用循环代替。其常见用法就是使程序在各种深层嵌套的代码中一次性跳出来，
break一般只能跳出一次的循环。
实例
下面是使用goto语句的一个很有趣的例子︰关机程序。
//关机程序
#include 这里我就不过多介绍了，各位亲自去了解下还是很有趣的，笔者当时是笑着学完的。