C语言由基础至精通——分支与循环

C语言是一门结构化的程序设计语言，包含了顺序、选择和循环三种基本控制结构。在C语言中，所有代码都离不开这三种结构，它可以由一种或多种基本控制结构组成。

一、三种基本控制结构

C语言支持三种基本控制结构：顺序结构、选择结构、循环结构。

基本控制结构	概念
顺序结构	语句自上而下顺序执行，执行完上一个语句，无条件的执行下一个语句
选择（分支）结构	通过某个给定条件进行判断，条件为真或假时分别执行不同的程序内容（if、switch）
循环结构	当条件为真时反复执行，直到条件为假则跳出循环（for、while、do while）

二、关系操作符

C语言中用于比较的式子称为“关系表达式”，所用到的操作符（运算符）称为“关系运算符”。

关系运算符	含义	说明	实例	结果	返回值
>	大于运算符	只支持左右两边操作数是数值类型	3>1	true	1
<	小于运算符	只支持左右两边操作数是数值类型	3<1	false	0
>=	大于等于运算符	只支持左右两边操作数是数值类型	3>=1	true	1
<=	小于等于运算符	只支持左右两边操作数是数值类型	3<=1	false	0
==	相等运算符	支持非数值类型数据比较	3==1	false	0
!=	不相等运算符	支持非数值类型数据比较	3!=1	true	1

在C语言中，关系表达式通常返回0或1，0 表示假，所有非零值表示真。例如，3>1返回1 ，1>3 返回0。
注：

• = 为赋值符，== 为相等运算符
• 多个关系运算符不宜连用，连用时关系运算符从左到右计算

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include 

int main()
{
    int age = 0;
    scanf("%d", &age);
    if(18<=age<=36)    // 关系运算符连用时从左往右计算
        printf("⻘年\n");
    else
    	printf("非⻘年\n");
    return 0;
}

在这段代码，18<=age<=36，当输入的age=50时，连用关系运算符会从左到右计算，即先判断18<=50，返回值为1，接着用1与36比较，1<=36，为真，返回值为1，最后输出打印“青年”。显然，这段代码是存在问题的，解决办法：

if(age>=18 && age<=36)  // 通过 && 符号分开两个关系运算，表示并且的意思

三、逻辑操作符

C语言中，逻辑运算符（操作符）提供逻辑判断功能，⽤于构建更复杂的表达式。

逻辑运算符	描述	实例	结果
&&	与运算，两侧的表达式都为真，则为真，否则为假	2>1 && 3>1	true
II	或运算，两侧⾄少有⼀个表达式为真，则为真，否则为假	2>1 II 3<1	true
!	逻辑取反运算，改变单个表达式的真假	!1	false

四、选择（分支）结构

（1）if 语句

语法：

if (表达式)      
	语句

表达式成立（为真），则语句执⾏；表达式不成立（为假），则语句不执⾏。注：在C语言中，0表示假，非0值表示真，即表达式结果为0时（假），语句不执行；表达式结果不为0时，语句执行。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include 

int main()
{
    // 输入⼀个整数，判断是否为奇数
    int a = 0;
    scanf("%d", &a); 
    if (a % 2 == 1)    // 为真，打印；为假，不打印
        printf("%d 是奇数\n",a); 

    return 0;
}

（2）if …else…语句

语法：

if (表达式)      
	语句1
else
	语句2

若表达式为真（非0），则执行语句1；表达式为假（0），则执行语句2。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include 

int main()
{
    // 输入一个年龄，>=18岁就输出：已成年；否则就输出：未成年
    int age = 0;
    scanf("%d", &age);
    if (age >= 18)
        printf("已成年\n");    // 表达式为真，执行该语句
    else
        printf("未成年\n");    // 表达式为假，执行该语句

    return 0;
}

注：在if 和else 语句中默认都只控制⼀条语句，若要同时控制多条语句，则可用 { } 括起来，如：

    if (age >= 18)   // 表达式为真，依次执行if大括号内所有语句
    {
        printf("已成年\n");    
        printf("你可以谈恋爱了喔\n");
    }
    else   // 表达式为假，依次执行else大括号内所有语句
    {
        printf("未成年\n");   
        printf("你还不可以谈恋爱喔\n");
    }
    

（3）嵌套if语句

在if…else… 语句中，else 可以与另⼀个if 语句连用，构成多重判断。两种常用方式如：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include 

int main()
{
    // 要求输入⼀个整数，如果是正数，再判断是奇数还是偶数，并输出；如果不是正数则输出不是正数
    // 第一种方式
    int num = 0;
    scanf("%d", &num);
    if (num > 0)   // 表达式为真，依次执行if大括号内所有语句
    {
        // 此处嵌套一个if..else..语句
        if(num % 2 == 1)  
            printf("%d 是奇数\n",num);  
        else
            printf("%d 是偶数\n", num);
    }
    else   // 表达式为假，依次执行else大括号内所有语句
    {
        printf("%d 不是正数\n", num);
    }

    return 0;
}

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include 

int main()
{
    // 要求输入⼀个整数，如果是正数，再判断是奇数还是偶数，并输出；如果不是正数则输出不是正数
    // 第二种方式
    int num = 0;
    scanf("%d", &num);
    if (num < 0)
        printf("%d 不是正数\n", num);
    else if (num % 2 == 1)
        printf("%d 是奇数\n", num);
    else
        printf("%d 是偶数\n", num);

    return 0;
}

（4）悬空else问题

对于多个if 和else ，else 总是跟最接近的 if 匹配。如：

#include 

int main()
{
    int a = 0;
    int b = 2;
    if(a == 1)
        if(b == 2)
            printf("hehe\n");
    else
        printf("haha\n");  // 该else与第二个if，即最靠近的这个if匹配，故输出结果为 空
        
    return 0;
}

这与我们写的代码的规范性有关，编译器从上到下依次编译时，会将else语句与最靠近它的if语句匹配，所以在写代码时，最好通过缩进或用 { } 大括号的形式，提高代码的可读性。如：

#include 

int main()
{
    int a = 0;
    int b = 2;
    if(a == 1) // 表达式为真时，才执行if下大括号里的语句；此时为假，故输出结果：空
    {
    	if(b == 2)
            printf("hehe\n");
        else
        	printf("haha\n");
    }       
    return 0;    
}

（5）switch语句

除if语句外，C语⾔还提供了switch语句来实现选择（分支）结构，常用于判断条件有多个结果的情况。
语法：

switch (变量表达式) {
	case 常量1: 语句;break;
	case 常量2: 语句;break;
	default: 语句;break;
}

程序根据变量表达式的不同值，执行相应的case分支下的语句；若无case对应的值，则执行default分支下的语句。如：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include 

int main()
{
    int n = 0;
    scanf("%d", &n);
    switch(n%3)
	   {
    	case 0:  // n%3 表达式值为 0 时执行
        	printf("整除，余数为0\n");  
        	break;
    	case 1:  // n%3 表达式值为 1 时执行
       		printf("余数是1\n");       
       	 	break;
    	case 2:  // n%3 表达式值为 2 时执行
        	printf("余数是2\n");       
        	break;  // 执行结束，跳出switch语句
        default:
        	printf("未知错误\n");       
       	 	break;
    	}
    
    return 0;
}

注：

• switch 后的变量表达式必须是整型表达式
• case 后的值，必须是整形常量表达式
• case 和后边的数字之间必须有空格
• 每⼀个case 语句中的代码执行完成后，需要加上break ，才能跳出这个switch语句；若无break语句，则程序会继续往下执行，直到遇到break语句才会结束执行，跳出switch语句
• case 语句与default 语句没有顺序要求，表达式值与case 值对应时，执行case下的语句；若无对应值，则执行default下的语句

五、循环结构

C语⾔提供了3种循环语句，while、for、do…while。

（1）while 循环

语法：

while(判断表达式)
    循环语句;  // 如果循环体想包含更多的语句，可以加上⼤括号

循环过程：程序先执行判断表达式，若表达式的值为0，循环直接结束；表达式的值不为0，则执行循环语句，语句执行完后再继续判断，是否进行下一次判断。

#include 

int main()
{
	// 打印1~10，输出至屏幕上
    int i = 1;   // 初始化变量 i
    while(i<=10)   // 判断条件
    {
        printf("%d ", i);   // 循环打印1~10，直到i不再满足循环条件
        i = i+1;  // 调整变量 i
    }
    
    return 0;
}

（2）for 循环

语法：

for(表达式1; 表达式2; 表达式3)
	循环语句;  // 如果循环体想包含更多的语句，可以加上⼤括号

表达式1，用于循环变量的初始化；表达式2，用于循环结束条件的判断；表达式3，用于循环变量的调整。
循环过程：程序先执行表达式1，初始化循环变量，再执行表达式2 的判断部分，若表达式2 的结果==0，则循环结束；若表达式2 的结果!=0，则执行循环语句，循环语句执行完后，再执行表达式3 ，调整循环变量，然后再去表达式2 的地方执行判断，根据表达式2 的结果是否为0，决定循环是否继续。
整个循环过程中，表达式1只执行一次，表达式2和表达式3循环多次。

#include 

int main()
{
	// 打印1~10，输出至屏幕上
    int i = 0;  
    for(i=1; i<=10; i++)  // 初始化循环变量、条件判断、调整变量
    {
        printf("%d ", i);
    }
    
    return 0;
}

注：for语句中的表达式1、2、3均可以省略，即为空语句，没有条件的循环，若for里面没有退出语句，则程序会发生死循环。

for( ; ; )  // 空语句，无条件循环
{
	printf("haha\n")    // 无退出语句时，程序死循环
}

（3）do…while 循环

语法：

do
    循环语句;
while(判断表达式);

while 和for 这两种循环都是先判断，如果条件满足就进⼊循环，执行循环语句，如果不满足就跳
出循环；而do while 循环则是先进入循环体，执行循环语句，然后再执行while 后的判断表达式，若表达式为真，则进入下一次循环；若表达式为假，则结束循环。
循环流程：程序先执行do下面的语句，再执行判断表达式，若表达式结果!=0，则继续循环，执行do下面的语句；若表达式结果==0，则结束循环。
整个循环过程中，循环体至少执行一次。

#include 

int main()
{
	// 打印1~10，输出至屏幕上
    int i = 1;
    do
    {
        printf("%d ", i);  // 先执行该语句
        i = i + 1;
    }while(i<=10);  // 后进行条件判断
     
    return 0;
}

（4）break 语句

break 语句， 用于永久的终止循环，只要break 语句被执行，程序就会直接跳出循环，往后执行整个循环体外的语句。

#include 

int main()
{
	// 打印1~10，输出至屏幕上
    int i = 1;
    while(i<=10) // 输出结果：1 2 3 4
    {
        if(i == 5)
            break;  // 当i等于5后，就执⾏break 语句，循环终⽌ 
        printf("%d ", i);
        i = i+1;
    }  
    
    return 0;
}

（5）continue 语句

continue 语句，用于跳过本次循环continue 后边的代码，继续进行下⼀次循环的判断。
while 循环中的continue：

#include 

int main()
{
    int i = 1;
    while(i<=10)
    {
        if(i == 5)
            continue;
            //当i等于5后，就执⾏continue 语句，直接跳过continue的代码，去循环的判断的地⽅ 
            //因为这⾥跳过了i = i+1，所以i⼀直为5，程序陷⼊死循环 
        printf("%d ", i);
        i = i+1;
    }
    
    return 0;
   
}

for 循环中的continue：

#include 

int main()
{
    int i = 1;
    for(i=1; i<=10; i++)  // 输出结果：1 2 3 4 6 7 8 9 10
    {
        if(i == 5)
            continue;	//这⾥continue跳过了后边的打印，来到了i++的调整部分 
        printf("%d ", i);
    }
    
    return 0;
}

（6）goto 语句

goto 语句是C语言中的一个控制流语句，它允许程序直接跳转到一个特定的标签。然而，由于goto语句可能会导致程序的流程变得难以理解和维护，因此许多现代编程风格指南都建议避免使用goto语句。

#include 

int main()
{
    printf("hehe\n");
    goto next:  // 程序执行到这里时，会跳转到next标签处，继续往下执行
    printf("haha\n");
    
next:  // 标签
    printf("跳过了haha的打印\n");    
    return 0;
}

六、代码练习

一、输入⼀个人的年龄，如果年龄<18岁，打印"少年"；如果年龄在18岁⾄44岁，打印"⻘年"；如果年龄在45岁⾄59岁，打印"中⽼年"；如果年龄在60岁⾄89岁，打印"⽼年"；如果90岁以上，打印"老寿星"。

二、输⼊⼀个年份year，判断year是否是闰年。

三、输⼊⼀个1~7的数字，打印对应的星期几。

四、输⼊⼀个正的整数，逆序打印这个整数的每⼀位。

五、计算1~100之间3的倍数的数字之和。

六、输⼊⼀个正整数，计算这个整数是几位数。

七、找出100~200之间的素数，并打印在屏幕上。

参考代码：https://gitee.com/zuiltd/c-language/commit/b2f70646d4a8ebe4b8bb73cf09ad57eb46f0316c