【新书推荐】7.3 for语句
本节必须掌握的知识点：
示例二十四
代码分析
汇编解析
for循环嵌套语句
示例二十五
7.3.1 示例二十四
■for语句语法形式：
for(表达式1;表达式2;表达式3)
{
语句块;
}
●语法解析：
第一步：执行表达式1，表达式1初始化循环变量；
第二步：执行表达式2，表达式2条件判断语句，如果表达式条件为真，则执行循环体内的语句块，否则退出for语句；
第三步：执行循环体内的语句块；
第四步：执行表达式3后置表达式；
第五步：继续执行下一轮循环，直到表达式2的条件为假，跳出for循环语句。
执行顺序：表达式1->表达式2->循环语句块->表达式3->表达式2->循环语句块->表达式3->表达式2->循环语句块……一直循环下去，直到到表达式2为假时，停止循环。接下来我们示例二十四来理解for语句的执行流程。
示例代码二十四
●第一步：分析需求，设计程序结构框架。
分析需求：构建一个for循环语句，当i<= 5时，重复执行for语句内的重复块。
设计程序结构框架：循环结构for语句。
●第二步：数据定义，定义恰当的数据结构；
int i;//定义一个int类型的整型局部变量i，并将其初始化为0，作为循环变量。
●第三步：分析算法。
利用for语句，当i<= 5时，重复执行for语句内的重复块。先判断后执行。
●第四步：编写伪代码，即用我们自己的语言来编写程序。
int main(void) {
定义一个int类型整型循环变量i;
表达式1：将循环变量i初始化为0；
表达式2：当i <= 5时执行大括号内的循环语句块
表达式3：执行完printf语句后，循环变量i加1
for (i = 0; i <= 5; i++){
调用printf函数打印信息："i = %d\n"
}
调用printf函数打印信息："i = %d\n"
system("pause");
return 0;
}
●第五步：画流程图，使用Visio、Excel或者其他绘图工具绘制算法流程和逻辑关系图； 如图7-3所示。
图7-3 示例二十四for循环语句
●第六步：编写源程序，其实就是将我们的伪代码翻译成计算机语言；
/*
for语句
*/
#include
#include
int main(void) {
int i;
for (i = 0; i <= 5; i++)
{
printf("i = %d\n", i);
}
printf("i = %d\n", i);
system("pause");
return 0;
}
●输出结果：
i = 0
i = 1
i = 2
i = 3
i = 4
i = 5
i = 6
●第七步：调试程序，修复程序中可能出现的BUG；
参见反汇编代码。
●第八步：优化代码，尝试更好的设计方案，效率更高的算法，逻辑更为清晰简洁明了。
（无）
7.3.2 代码分析
分析for语句执行流程：
第一步：执行 int i = 0;
第二步：执行 i<=5;0<5条件为真，继续往下执行 ;
第三步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i = 0;
第四步：执行i++; i=0+1,i=1;
第五步：执行i<=5;1<5条件为真,继续往下执行;
第六步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i =1;
第七步：执行i++;i=1+1,i=2;
第八步：执行i<=5;2<5条件为真,继续往下执行;
第九步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i =2;
第十步：执行i++;i=2+1,i=3;
第十一步：执行i<=5;3<5条件为真,继续往下执行;
第十二步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i =3;
第十三步：执行i++;i=1+3,i=4;
第十四步：执行i<=5;4<5条件为真,继续往下执行;
第十五步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i =4;
第十六步：执行i++;i=1+4,i=5;
第十七步：执行i<=5;5=5条件为真,继续往下执行;
第十八步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i =5;
第十九步：执行i++;i=1+5,i=6;
第二十步：执行i<=5;6>5条件为假,退出循环;
退出for循环后，再次输出i的值为6。
这是这个程序的正向分析流程，我们看下它的反汇编是怎么体现的。
7.3.3 汇编解析
■汇编代码
;C标准库头文件和导入库
include vcIO.inc
.data
i sdword ?
.const
szMsg db "i = %d",0dh,0ah,0
.code
start:
mov i,0
NEXT:
.while i <= 5
invoke printf,offset szMsg,i
inc sdword ptr i;
jmp NEXT
.endw
;
invoke printf,offset szMsg,i
;
invoke _getch
ret
end start
●输出结果：
i = 0
i = 1
i = 2
i = 3
i = 4
i = 5
i = 6
上述汇编代码使用了.while高级汇编伪指令（没有.for高级汇编伪指令），实现了C语言中的for循环语句。
结论
从本质上看，C语言中的for语句就是while语句的简化形式。“mov i,0”语句对应表达式1；条件表达式“i <= 5”对应表达式2；“inc sdword ptr i”语句对应表达式3。
■反汇编代码
int i;
for (i = 0; i <= 5; i++)
00391838 mov dword ptr [i],0 ;表达式1：初始化循环变量i=0
0039183F jmp main+3Ah (039184Ah);无条件跳转到表达式2语句
00391841 mov eax,dword ptr [i]
00391844 add eax,1 ;表达式3：变量i加一
00391847 mov dword ptr [i],eax
0039184A cmp dword ptr [i],5 ;表达式2：比较变量i和5的大小
int i;
for (i = 0; i <= 5; i++)
0039184E jg main+53h (0391863h) ;如果i>5，则跳出for循环，否则执行循环语句
{
printf("i = %d\n", i)
00391850 mov eax,dword ptr [i]
00391853 push eax
00391854 push offset string "i = %d\n" (0397B30h) ;循环语句
00391859 call _printf (039104Bh)
0039185E add esp,8
}
00391861 jmp main+31h (0391841h) ;无条件跳转到表达式3
printf("i = %d\n", i);
00391863 mov eax,dword ptr [i] ;for循环外的下一条语句
00391866 push eax
00391867 push offset string "i = %d\n" (0397B30h)
0039186C call _printf (039104Bh)
00391871 add esp,8
system("pause");
00391874 mov esi,esp
00391876 push offset string "pause" (0397B38h)
0039187B call dword ptr [__imp__system (039B168h)]
00391881 add esp,4
总结
在for语句中：
表达式1基本上是用来定义循环控制变量或者说对循环语句的开始进行控制；
表达式2一般是用来判断条件是否满足的语句，满足条件则继续执行，不满足则退出for语句；
表达式3称为步长，一般是用来控制循环次数的，；
语句块：可以做任何事情。
实验四十八： for语句表现形式1
在VS中新建项目7-3-2.c：
/*
for语句的表现形式1：省略第一个表达式
*/
#include
#include
int main(void) {
int i = 0; // 在for循环之前初始化
for (; i < 10; i++)// for语句中省去第一个表达式。但是分号不能少
{
printf("■");
}
printf("\n");
system("pause");
return 0;
}
●输出结果：
■■■■■■■■■■
请按任意键继续. . .
上述代码中的表达式1放置在for语句之前，for语句内只保留了一个’;’，其他保持不变。接下来我们通过反汇编代码观察一下这种形式的for语句的执行流程。
反汇编代码：
int i = 0; // 在for循环之前初始化
009B1838 mov dword ptr [i],0 ;表达式1前置
for (; i < 10; i++)// for语句中省去第一个表达式。但是分号不能少
009B183F jmp main+3Ah (09B184Ah)
009B1841 mov eax,dword ptr [i]
009B1844 add eax,1 ;表达式3
009B1847 mov dword ptr [i],eax
009B184A cmp dword ptr [i],0Ah ;表达式2
for (; i < 10; i++)// for语句中省去第一个表达式。但是分号不能少
009B184E jge main+4Fh (09B185Fh) ;当i>=10，退出循环
{
printf("■");
009B1850 push offset string "\xa1\xf6" (09B7B30h)
009B1855 call _printf (09B104Bh)
009B185A add esp,4
}
009B185D jmp main+31h (09B1841h) ;跳转到表达式3
printf("\n");
009B185F push offset string "\n" (09B80D8h)
009B1864 call _printf (09B104Bh)
009B1869 add esp,4
结论
由上述反汇编代码可知，表达式1前置，对应for语句的执行流程没有任何改变。
练习
- 请读者书写程序7-3-2.c伪代码，并绘制流程图。
- 请读者将7-3-2.c翻译成汇编语言实现。
- 请读者分析7-3-2.c的反汇编代码。
实验四十九： for语句表现形式2
在VS中新建项目7-3-3.c：
/*
for语句的表现形式2:省略第二个表达式
*/
#include
#include
int main(void) {
for (int i = 0;; i++)//变量i的作用域仅限for语句块内
{
if (i > 10)
{
break;//如果i>10则跳出循环，break是跳出for循环
}
printf("■");
}
//printf("i = %d\n",i);
system("pause");
return 0;
}
●输出结果：
■■■■■■■■■■■请按任意键继续. . .
实验四十九的代码需要注意两点：
1．变量i的定义放在了for语句内，那么变量i的作用域仅限for语句块。如果将下面的语句“printf("i = %d\n",i);”屏蔽去掉，编译时会提示错误信息“error C2065: “i”: 未声明的标识符”。在C语言中，变量是区分作用域的，也就是有效范围。如果是全局变量，则保存在全局区，在整个程序范围内都是有效的。如果局部变量定义在函数内，则保存在函数堆栈中，仅在函数内有效，函数运行结束后释放堆栈空间，局部变量也就消失了。此外还有两种类型的变量static静态变量和STL线程存储变量，这里暂不做介绍。
在C语言中，不同作用域的变量名可以相同，因为作用域不同，编译器编译时也会自动区分。
2．for语句的表达式2是一个条件表达式，其作用是控制循环结束条件。实验四十九中的代码将表达式2放置在循环语句块内，使用if语句判断条件，当i>10时，执行break语句，退出循环。break语句的作用就是退出循环，我们将在本章7.5节继续介绍break语句的使用方法。
【注】for语句中的表达式2分号不可以缺省。
接下来我们再看一下反汇编代码：
for (int i = 0;; i++)//变量i的作用域仅限for语句块内
00B01838 mov dword ptr [ebp-8],0 ;表达式1，[ebp-8]为局部变量i
for (int i = 0;; i++)//变量i的作用域仅限for语句块内
00B0183F jmp main+3Ah (0B0184Ah)
00B01841 mov eax,dword ptr [ebp-8] ;表达式3
00B01844 add eax,1
00B01847 mov dword ptr [ebp-8],eax
{
if (i > 10);表达式2
00B0184A cmp dword ptr [ebp-8],0Ah
00B0184E jle main+42h (0B01852h)
{
break;//如果i>10则跳出循环，break是跳出for循环
00B01850 jmp main+51h (0B01861h) ;退出循环
}
printf("■");循环语句
00B01852 push offset string "\xa1\xf6" (0B07B30h)
00B01857 call _printf (0B0104Bh)
00B0185C add esp,4
}
00B0185F jmp main+31h (0B01841h) ;跳转到表达式3
//printf("i = %d\n",i);
system("pause");
00B01861 mov esi,esp
上述反汇编代码中一个明显的变化就是变量i使用[ebp-8]来代替。为了进一步验证变量i的作用域，我们再做一个实验。
实验五十： for语句循环变量作用域
在VS中新建项目7-3-4.c：
/*
for语句循环变量作用域
*/
#include
#include
int main(void) {
int i = 20;//作用域main函数内有效
for (int i = 0;; i++)//变量i的作用域仅限for语句块内
{
printf("\ni = %d", i);
if (i > 10)
{
break;//如果i>10则跳出循环，break是跳出for循环
}
printf("■");
}
printf("\ni = %d\n",i);//i=20
system("pause");
return 0;
}
●输出结果：
i = 0■
i = 1■
i = 2■
i = 3■
i = 4■
i = 5■
i = 6■
i = 7■
i = 8■
i = 9■
i = 10■
i = 11
i = 20
请按任意键继续. . .
上述代码中存在两个变量i，编译时并没有报错，说明变量名符号没有冲突。再看打印信息，for语句内打印的变量i从0~11。最后一个打印输出的变量i的值为20，显然是第一个变量i的值。
请读者查看一下反汇编代码，第一个变量i使用“[i]”表示，而第二个变量i使用“[ebp-14h]表示”。其余内容和使用四十九相同，不再赘述。
实验五十一： for语句形式3
在VS中新建项目7-3-5.c：
/*
for语句形式3:缺省表达式3
*/
#include
#include
int main(void) {
for (int i = 0; i < 10;)
{
printf("■");
i++;
}
system("pause");
return 0;
}
●输出结果：
■■■■■■■■■■请按任意键继续. . .
上述代码将表达式3放置在循环语句块的结尾处，这应该和我们预想的一样，之前for语句的反汇编代码的执行流程就是如此。接下来我们再看一下反汇编代码的执行流程。
●反汇编代码：
for (int i = 0; i < 10;)
002D1838 mov dword ptr [ebp-8],0 ;表达式1
for (int i = 0; i < 10;)
002D183F cmp dword ptr [ebp-8],0Ah ;表达式2
002D1843 jge main+4Dh (02D185Dh) ;i>=10跳出循环
{
printf("■");循环语句
002D1845 push offset string "\xa1\xf6" (02D7B30h)
002D184A call _printf (02D104Bh)
002D184F add esp,4
i++;表达式3
002D1852 mov eax,dword ptr [ebp-8]
002D1855 add eax,1
002D1858 mov dword ptr [ebp-8],eax
}
002D185B jmp main+2Fh (02D183Fh) ;继续循环
system("pause");
002D185D mov esi,esp
上述反汇编代码和之前示例中的反汇编代码执行流程稍有不同，表达式3按照正常的代码编写顺序放置在printf语句之后。其实之前的反汇编代码也是按照代码的编写顺序进行编译的。
【注意】for (int i = 0; i < 10;)语句内的最后一个表达式’;’可以缺省。
实验五十二： for语句形式4
在VS中新建项目7-3-6.c：
/*
for语句形式4:缺省全部3个表达式
*/
#include
#include
int main(void) {
for (;;)
{
printf("■");
}
system("pause");
return 0;
}
●输出结果：
不停的打印■，陷入死循环。
为什么会是这样呢？因为当表达式全部置空时，相当于没有初始值，没有控制语句，没有后置表达式，那么它将永远的循环下去，直到内存溢出，这就是所谓的死循环。
●反汇编代码：
for (;;)
{
printf("■");
011E1838 push offset string "\xa1\xf6" (011E7B30h)
for (;;)
{
printf("■");
011E183D call _printf (011E104Bh)
011E1842 add esp,4
}
011E1845 jmp main+28h (011E1838h) ;跳到for语句块起始位置
system("pause");
011E1847 mov esi,esp
上述反汇编代码可以看到，程序中没有循环控制变量，没有循环结束条件，因此陷入了无限循环。我们应绝对避免此类情况的发生。
练习
1、递增显示从0到输入的正整数为止的各个整数（for语句）。
2、输入一个整数，连续显示出该整数个*（for语句）。
3、输入规定数量个整数并显示出它们的合计值和平均值。
4、编写一个程序，求1到n的和。n的值从键盘输入。
5、根据输入的整数，循环显示1234567890，显示的位数和输入的整数值相同。
请输入一个整数：25
1234567890123456789012345
6、显示输入的整数值的所有约数。
7、编写一段程序，输入一个整数值，显示该数值以下的所有奇数。
整数值：15
1 3 5 7 9 11 13 15
8、编写一段程序，输入一个整数值，显示该整数值个‘*'。每显示5个就进行换行。
显示多少个*：12
*****
*****
**
*
本文摘自编程达人系列教材《汇编的角度——C语言》。