BIT-2 分支和循环语句（1万字）

在本文中，我们学习分支语句，循环语句和goto语句

一：什么是语句？

在C语言中，语句是一条完整的执行单元，它用于表达某种操作或执行特定的任务。C语言中的程序由一个个语句组成，每个语句都按照一定的顺序被执行。

C语言中常见的语句有以下几种：

1. 表达式语句（Expression statement）：最简单的语句形式，由一个表达式和以分号结尾组成。例如：x = 10;
2. 声明语句：用于在代码中声明一个或多个变量。例如：int x = 10;
3. 控制流语句：用于控制程序的执行流程，包括条件语句、循环语句和跳转语句等。例如：if (x > 5) { ... }、while (x < 10) { ... }、break;
4. 复合语句：也称为代码块，是由一对花括号括起来的语句序列。复合语句可以包含多个语句，并可以嵌套在其他语句中。例如：

   {
     int x = 10;
     printf("x = %d\n", x);
   }
   

5. 空语句（Null statement）：由一个分号组成，表示什么都不做。通常用于语法需要语句但实际不需要执行任何操作的情况下。例如：;

注意，每个语句必须以分号结尾，分号表示语句的结束。编译器会按照语句的顺序逐一执行代码中的语句，以完成相应的操作和任务。

在c语言中，又九种控制语句，可分为以下三类：

1. 条件判断语句也叫分支语句：if语句、switch语句；
2. 循环执行语句：do while语句、while语句、for语句；
3. 转向语句：break语句、goto语句、continue语句、return语句。

二：分支语句

在人生中，我们会面临着多种选择，不同的选择又有不同的结果，这就产生了分支

以上便是一个简单的双分支示意图，在c语言中我们通过if语句和switch语句来实现分支结构

2.1if语句

那if语句的语法结构是怎样的呢？

• 单分支：

if(表达式)
{
  语句;
}

双分支：

if(表达式)
{
  语句1;
}
else
{
  语句2;
}

多分支：

if(表达式1)
{
  语句1;
}
else if(表达式2)
{
  语句2;
}
else
{
  语句3;
}

注意：else后面不带表达式

以下是这段代码的执行方式：

1. 首先，会对表达式1进行求值判断。如果表达式1的结果为真（非零），则执行语句1，并跳过后续的 else if 和 else 部分。如果表达式1的结果为假（0），则继续执行下一步。

2. 如果表达式1的结果为假（0），则会继续对表达式2进行求值判断。如果表达式2的结果为真（非零），则执行语句2，并跳过后续的 else 部分。如果表达式2的结果为假（0），则继续执行下一步。

3. 如果前面的条件都不满足（即表达式1和表达式2的结果都为假），则执行语句3。

需要注意的是，条件语句的每个条件表达式都会按从上到下的顺序进行求值判断。一旦某个条件满足，则会执行相应的语句块，并跳过后续的条件和语句块。如果没有任何条件满足，则会执行最后的 else 语句块（如果有的话），或者整个条件语句结束。

2.2. 1 if - if - if 语句和 if - else if - else语句的区别

if-else if-else 和 if-if-if 语句有一些不同之处。让我们来看一下它们的区别。

• if - else if - else语句：
  示例代码如下：

if (condition1) 
{
    // 执行代码块1
} 
else if (condition2) 
{
    // 执行代码块2
} 
else if (condition3)
{
    // 执行代码块3
}
 else
{
    // 执行默认代码块
}

• if-if-if语句：
  示例代码如下：

if (condition1) 
{
    // 执行代码块1
}
if (condition2) 
{
    // 执行代码块2
}
if (condition3) 
{
    // 执行代码块3
}

1. 执行逻辑不同：

   • if-else if-else：当满足条件1时，执行代码块1，然后跳过后续的 else if 和 else 分支。如果条件1不满足，则继续检查下一个 else if 条件，依此类推如果没有任何条件满足，最后执行 else 分支（如果有）。

   • if-if-if：每个 if 语句都会独立地进行条件判断和执行。不论前面的条件是否满足，都会检查并执行每个 if 语句。

2. 执行次数不同：

   • if-else if-else：只有一个分支会被执行。一旦条件满足，会执行相应代码块，并跳过后续分支。

   • if-if-if：多个分支可以同时被执行。每个 if 语句都会独立地进行条件判断和执行。

综上所述，if-else if-else 和 if-if-if 在执行逻辑和执行次数上有所不同。我们需要根据具体的业务需求和逻辑，选择适合的条件语句结构来编写代码。

2. 2.2 悬空else问题

接下来看一段代码：

#include 
int main()
{
  int a = 0;
  int b = 2;
  if(a == 1)
    if(b == 2)
      printf("hehe\n");
  else
    printf("haha\n");
  return 0;
}

这是一段有坑的代码：
一般人可能会认为，因为a == 1这个条件不满住，所以会执行else这个语句，打印 haha，其实不然，下面是代码的运行的结果：

可见打印的结果是hehe而不是haha，这是为什么呢？
主要原因是因为

else是和离它最近的if进行匹配的

所以这段代码的结果是打印hehe
那么我们该怎么避免这种错误呢？
我们可以适当的使用{ }可以使代码的逻辑更加清楚。
以下是改进的代码

#include 
int main()
{
  int a = 0;
  int b = 2;
  if(a == 1)
 {
    if(b == 2)
   {
      printf("hehe\n");
   }
 }
  else
 {
    printf("haha\n");
 }   
  return 0;
}

这样 else 就是和第一个 if 进行匹配了，注意， else 和 if 一定要同等级，虽然第二个if在视觉上更近一些，但是第二个 if 和 else 的等级不一样。请注意辨别

2.2.3 if 条件内的判断技巧

请大家判断以下两个代码哪个更好

//代码1
int num = 1;
if(num == 5)
{
  printf("hehe\n");
}

//代码2
int num = 1;
if(5 == num)
{
  printf("hehe\n");
}

这两段代码作用相同，判断变量num是否等于5，并打印出"hehe"。在这种情况下，两段代码效果相同

然而，代码4中的写法更好，将常量值放在等式的左侧。这种写法称为"常量左移"或"常量前置"，是一种常见的编程习惯。使用常量左移的好处是可以避免在条件表达式时，错误地将=写成==，这种错误是比较常见的。将常量放在左侧时，如果不小心写成if(num = 5)，编译器会报错，因为赋值操作返回的是赋值的值，所以num = 5的结果为真，执行if中的代码块，这样就和我们的初衷就背离了

所以，代码4的写法更好，可以提高代码的安全性和可读性。

2.2 switch语句

2.2.1 switch的语法

在 C 语言中，switch 语句用于根据某个表达式的值选择执行不同的代码块。它的语法结构如下：

switch (expression) 
{
    case constant1:
        // 代码块1
        break;
    case constant2:
        //代码块2
        break;
    default:
        // 代码块3
}

其中 expression 是需要进行比较的表达式，可以是整数或字符类型。每个 case 后面的 constant 是一个常量，它会与 expression 进行比较。如果 expression 的值与某个 case 后面的 constant 相等，程序将执行对应的代码块。如果没有匹配到任何 case，那么将执行 default 后面的代码块（如果有deault）。

在 switch 语句中，break 语句用于跳出 switch 语句。当程序执行完某个 case 的代码块后，如果没有 break 语句，程序将会继续执行下一个 case 的代码块，直到遇到 break 或者 switch 语句结束。这种不加 break 的情况被称为 “case 穿透”。

如果在某个 case 的代码块中不加 break，会导致程序继续执行下一个 case 的代码块，而不会进行比较。这可能是有意为之，也可能是错误。比如：

switch (value) 
{
    case 1:
        // 代码块 1
    case 2:
        // 代码块 2
        break;
    case 3:
        // 代码块 3
        break;
    default:
        // 代码块  4
}

如果 value 的值为 1，那么将会执行 代码块 1、代码块 2 和 代码块3 和代码块4。因为在第一个 case 中没有使用 break，所以程序会继续向下执行。加入 break 语句可以控制代码的执行流程，避免出现不可预期的结果。

总结一下，switch 语句是根据表达式的值选择执行不同的代码块。通过在各个 case 中使用 break 语句可以控制代码的流程。如果没有使用 break，会导致 case 穿透，程序会继续执行下一个 case 的代码块。

2.2.2switch处理多分支和if语句处理多分支的区别

在c语言中，switch语句也是一种分支语句。常常用于多分支的情况。
例如我们需要写这样一个程序：
输入1，输出星期一
输入2，输出星期二
输入3，输出星期三
输入4，输出星期四
输入5，输出星期五
输入6，输出星期六
输入7，输出星期日

如果用 - if - else if - else 语句写的话应该是这样：

#include 

int main() {
    int day;

    printf("请输入一个数字: ");
    scanf("%d", &day);

    if (day == 1) 
    {
        printf("星期一\n");
    }
    else if (day == 2) 
    {
        printf("星期二\n");
    }
    else if (day == 3) 
    {
        printf("星期三\n");
    }
    else if (day == 4) 
    {
        printf("星期四\n");
    }
    else if (day == 5) 
    {
        printf("星期五\n");
    }
    else if (day == 6) 
    {
        printf("星期六\n");
    }
    else if (day == 7) 
    {
        printf("星期日\n");
    }
    else 
    {
        printf("输入无效，请输入一个介于1-7之间的数字。\n");
    }

    return 0;
}

c语言为我们提供了一个专门处理多分支的语句switch
用switch语句我们可以这样写：

#include 

int main() {
    int day;
    
    printf("请输入一个数字代表星期几（1-7）：");
    scanf("%d", &day);
    
    switch(day) 
    {
        case 1:
            printf("星期一\n");
            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;
        default:
            printf("无效的输入\n");
    }
    
    return 0;
}

使用 switch 语句处理多分支和使用 if 语句处理多分支都可以实现相同的功能，但它们在某些方面有不同的优势。

以下是 switch 语句相对于 if 语句的一些优点：

1. 代码可读性：当存在多个互斥的选项时，使用 switch 语句可以使代码更加简洁和可读。每个 case 独立地处理一个特定的情况，使代码结构清晰。

2. 性能优化：在某些情况下，使用 switch 语句可以提高代码的执行效率。因为 switch 语句的实现方式使用了跳转表（jump table），可以直接根据表达式的值跳转到对应的分支，而不需要逐个检查每个条件。

3. 代码可维护性：当需要添加或修改分支条件时，使用 switch 语句可以更方便地进行扩展和维护。只需要添加或修改相应的 case 分支即可，而不需要修改大量的 if 条件。

需要注意的是，switch 语句只能处理离散的值，比如整数类型或字符类型。它对于范围的处理能力有限，而 if 语句可以使用逻辑运算符来处理更复杂的条件。

总之，选择使用 switch 语句还是 if 语句取决于具体的业务需求，以及在代码的可读性、性能和可维护性之间做出权衡。

三：循环语句

在生活中，有些事情需要我们重复不断的去完成，比如说睡觉，洗澡，吃饭，学习，而在c语言中我们可以通过while循环 for循环和do while循环来重复执行某一段代码。

下面我们来一一介绍

3.1 while循环

在C语言中，while循环是一种基本的循环结构，它允许我们根据给定的条件重复执行一段代码。while循环的基本语法如下：

while (condition) {
    // 执行的代码块
}

当condition条件为真（非零）时，循环中的代码块会被执行。执行完一次代码块后，会再次判断condition条件是否为真，如果为真，则再次执行代码块，以此类推，直到condition条件为假（零），才会退出循环。

使用while循环的时候注意以下几点：

1. 循环条件：要确保循环条件最终能够变为假，否则会造成无限循环。
2. 循环体：循环体中的代码块会被重复执行，因此要确保循环体中的代码能够正常运行，要有循环变量的更新：要确保循环中的变量会根据需要进行更新，以免陷入死循环或产生错误结果。

下面是一个使用while循环的简单示例：

#include 

int main() {
    int count = 0;

    while (count < 5) 
    {
        printf("Count: %d\n", count);
        count++; // 更新循环变量
    }

    return 0;
}

在上述示例中，通过设置count变量，循环执行5次。我们在代码块中每循环一次让count自增1，这样能够让条件最终变假，不会陷入死循环

3.2 for循环

在C语言中，for循环是一种用于重复执行代码块的循环结构。它允许我们指定循环变量的初始值、循环条件和每次循环后更新循环变量的操作。for循环的语法如下：

for (初始化表达式; 循环条件; 更新表达式) {
   // 循环体
}

for循环的作用是重复执行循环体，并允许我们对循环变量进行精确控制。我们可以使用它来实现一系列需要重复执行的任务
下面是一个简单的例子，展示了如何使用for循环计算1到10的和：

#include 

int main() 
{
   int sum = 0;

   for (int i = 1; i <= 10; i++) 
   {
      sum += i;
   }

   printf("Sum: %d\n", sum);
   return 0;
}

在这个例子中，我们使用了三个重要的组成部分来控制循环的行为：

1. 初始化表达式：我们将循环变量 i 设置为1，指定了循环的起始值。

2. 循环条件：我们使用 i <= 10 作为循环条件，这意味着当 i 小于等于10时循环继续执行，否则循环结束。

3. 更新表达式：在每次循环结束后，我们使用 i++ 将循环变量 i 增加1，以便进行下一次迭代。

循环体部分中，我们将当前的 i 值添加到 sum 变量中，因此在每次循环迭代中，sum 的值会被更新。

最终，我们输出了 sum 的值，结果为1到10的和，即55。

使用for循环时需要注意的一些点包括：

• 每个组成部分之间使用分号进行分隔。
• 初始化表达式和更新表达式可以包含多个语句，以逗号分隔。

例如：

for （x = 0，y = 0； x < 2 && y< 5;++x,++y）
{
//代码块
}

• 循环条件为真时，便会执行循环体内的代码。

for（；；）是最简单的死循环，因为这个for循环没有判断条件，默认为真

3.3 break和continue

在C语言中，"break"和"continue"是控制循环的关键字。continue和break都可以用在 for、while、do-while 循环以及 switch 语句中。它们分别用于终止循环和跳过当前迭代，让程序按照特定的需求执行。

1. break语句：
   • 当break语句出现在循环体内部时，会立即终止该循环，并跳出循环外的下一条语句。
   • break语句通常与条件语句（如if）结合使用，用于提前结束循环。
   • break语句常用于遍历数组或者实现条件判断来终止循环。

以下是一个使用break语句的示例：

#include 

int main() 
{
    int i;
    for (i = 1; i <= 10; i++) 
    {
        if (i == 5) 
        {
            break;
        }
        printf("%d ", i);
    }
    printf("Loop ended!\n");
    return 0;
}

输出：

1 2 3 4 Loop ended!

在上面的示例中，当i等于5时，break语句会立即终止循环，因此只输出了1、2、3和4。

2. continue语句：
   • 当continue语句出现在循环体内部时，会跳过当前迭代中continue之后的代码，并进行下一次迭代。
   • continue语句用于提前结束当前迭代，但并不会终止整个循环。

以下是一个使用continue语句的示例：

#include 

int main() 
{
    int i;
    for (i = 1; i <= 10; i++) 
    {
        if (i == 5) 
        {
            continue;
        }
        printf("%d ", i);
    }
    printf("Loop ended!\n");
    return 0;
}

输出：

1 2 3 4 6 7 8 9 10 Loop ended!

在上面的示例中，当i等于5时，continue语句会跳过当前迭代，而不执行后面的代码。因此，输出中没有数字5。

总结：

• break语句用于终止整个循环，并跳出循环外的下一条语句。
• continue语句用于跳过当前迭代中continue之后的代码，进行下一次迭代。
• break和continue语句通常与条件语句结合使用，以根据特定条件来控制循环的终止和跳过。

3.4for循环和while循环的对比

下面我们来看一段代码：

#include 
int main()
{
	int i = 0;
	for(i=1; i<=10; i++)
	{
		if(i == 5)
		break;
		printf("%d ",i);
	}
	return 0;
}

//代码2
#include 

int main() {
    int count = 0;

    while (count < 5) 
    {
        printf("Count: %d\n", count);
        count++; // 更新循环变量
    }

    return 0;
}

在for循环中，循环变量的初始化、条件判断和更新都在一个地方进行，使得代码更加集中、简洁。而while循环的三个部分可能比较偏远，这样查找和修改循环变量就不够集中和方便

3.5do while循环

当你想要先执行一次循环体，然后再根据条件判断是否继续执行循环时，可以使用C语言中的do-while循环。

do-while循环的基本语法如下：

do 
{
    // 循环体
} while (条件);

do-while循环的执行过程是这样的：首先执行循环体，然后在循环体执行完之后再进行条件判断。如果条件满足，则继续执行循环体，否则结束循环。因此，do-while循环保证至少执行一次循环体。

do-while 循环和 for 循环 while 循环没什么不同，都是重复做一件事情，只是 do-while ，循环会先执行一次代码块中的代码，仅此而已，因为使用场景有限，所以不是很经常使用

四：goto 语句

在C语言中，goto语句可以用来无条件地转移到程序中的某个标签（label）处执行代码。它的基本语法如下：

goto label;
// ...
label://冒号
    // 代码块

其中，label是由用户自定义的标签，用来标识需要跳转到的位置。在执行到goto语句时，程序将会跳转到label所在的位置，继续执行标签处的代码块。

使用goto语句的时候需要注意以下几点：

1. 合理使用goto语句：由于goto语句具有无条件跳转的特性，过度使用它可能导致程序结构混乱，难以理解和维护。因此，应谨慎使用goto语句，避免滥用。

2. 避免跳过变量初始化：当使用goto语句跳转到某个标签时，应确保经过的代码路径中的变量已经被正确初始化。否则，可能会导致未定义的行为。

3. 避免跨越变量作用域：在使用goto语句时，应注意不要跨越变量的作用域。否则，可能会导致变量不可见或者访问非法内存的问题。

4. 避免嵌套过多的goto语句：嵌套过多的goto语句会使代码变得复杂和难以理解。在逻辑结构清晰的情况下，尽量避免使用嵌套的goto语句。

以下是goto语句的使用示例
使用goto语句来实现循环打印1-10的代码：

#include 

int main() {
    int i = 1;

loop:
    printf("%d ", i);
    i++;

    if (i <= 10) {
        goto loop;  // 跳转到loop标签处继续循环
    }

    return 0;
}

在上述代码中，我们使用了一个标签loop来表示循环的起始点。通过使用goto语句，我们在每次打印完数字后跳转到loop标签处，从而实现了循环打印1-10的效果。

标记和goto无先后顺序

需要注意的是，尽管goto语句在某些特定情况下可能很方便，但它容易导致代码的可读性和维护性降低。因此，在实际开发中应尽量避免过多地使用goto语句，尽量使用其他更结构化的语句（如for循环、while循环）来实现循环逻辑。