《C语言深度解剖》(2)：详解C语言分支语句和循环

醉竺2024-04-08 11:41

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🥰本文专栏：《C语言深度解剖》

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本篇文章来学习C语言中的分支语句 和循环语句。

1.分支语句

  • if
  • switch

2.循环语句

  • while
  • for
  • do while

3.goto语句

1. 什么是语句？

C语句可分为以下五类：

  1. 表达式语句
  2. 函数调用语句
  3. 控制语句
  4. 复合语句
  5. 空语句

本章后面介绍的是控制语句。

控制语句 用于控制程序的执行流程，以实现程序的各种结构方式（C语言支持三种结构：顺序结构、选择结构、循环结构），它们由特定的语句定义符组成，C语言有九种控制语句。

可分成以下三类：

  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。

2. 分支语句（选择结构）

如果你好好学习，校招时拿一个好offer，走上人生巅峰。

如果你不学习，毕业等于失业，回家卖红薯。

这就是选择！

2.1 if语句

那if语句的语法结构是怎么样的呢？

cpp 复制代码 
语法结构：
if (表达式)    
    语句;

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;

例如下面有几个例子：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
//代码1
int main()
{
 int age = 0;
    scanf("%d", &age);
    if(age<18)
   {
        printf("未成年\n");
   }
}
cpp 复制代码 
//代码2
#include <stdio.h>
int main()
{
 int age = 0;
    scanf("%d", &age);
    if(age<18)
   {
        printf("未成年\n");
   }
    else
   {
        printf("成年\n");
   }
}
cpp 复制代码 
//代码3
#include <stdio.h>
int main()
{
 int age = 0;
    scanf("%d", &age);
    if(age<18)
   {
        printf("少年\n");
   }
    else if(age>=18 && age<30)
   {
        printf("青年\n");
   }
    else if(age>=30 && age<50)
   {
      printf("中年\n");
   }
    else if(age>=50 && age<80)
   {
        printf("老年\n");
   }
    else
   {
        printf("老寿星\n");
   }
    
}

解释一下： 如果表达式的结果为真，则语句执行。

在C语言中如何表示真假？

0表示假，非0表示真。

如果条件成立，要执行多条语句，怎应该使用代码块。

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
   if(表达式)
   {
        语句列表1；
   }
   else
   {
        语句列表2；
   }
    return 0;
}

这里的一对 { } 就是一个代码块。

2.1.1 悬空else

当你写了这个代码：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 2;
    if(a == 1)
        if(b == 2)
            printf("hehe\n");
    else
        printf("haha\n");
    return 0;
}

改正：

cpp 复制代码 
//适当的使用{}可以使代码的逻辑更加清楚。
//代码风格很重要
#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 2;
    if(a == 1)
   {
        if(b == 2)
       {
            printf("hehe\n");
       }
   }
    else
   {
         printf("haha\n");
   }       
    return 0;
}

else的匹配：else是和它离的最近的if匹配的。

2.1.2 if书写形式的对比

对比下面四个if程序的写法，选择出来你认为最好的写法？

cpp 复制代码 
//代码1
if (condition) {
    return x;
}
return y;
cpp 复制代码 
//代码2
if(condition)
{
    return x;
}
else
{
  return y;
}
cpp 复制代码 
//代码3
int num = 1;
if(num == 5)
{
    printf("hehe\n");
}
cpp 复制代码 
//代码4
int num = 1;
if(5 == num)
{
    printf("hehe\n");
}

上述代码都没有问题，不过代码2和代码4更好，逻辑更加清晰，不容易出错。 代码4与代码3相比，比较一个变量和一个常量是否相等的时候，建议把常量放在等号的左边，这样不容易把==写成复制运算符=，避免出错。

2.1.3 练习

  1. 判断一个数是否为奇数
  2. 输出1-100之间的奇数

题1：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

int main() {
    int num;
    printf("Enter an integer: ");
    scanf("%d", &num);

    // If num modulo 2 is not equal to 0 then it's an odd number
    if(num % 2 != 0) {
        printf("%d is an odd number.\n", num);
    } else {
        printf("%d is not an odd number.\n", num);
    }

    return 0;
}

题2：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>

int main() {
    int i;
    printf("Odd numbers between 1 and 100:\n");
    for(i = 1; i <= 100; i++) {
        // Check if the number is odd
        if(i % 2 != 0) {
            printf("%d\n", i);
        }
    }
    return 0;
}

2.2 switch语句

switch语句也是一种分支语句。 常常用于多分支的情况。

比如：

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

那我没写成 if...else if ...else if 的形式太复杂，那我们就得有不一样的语法形式。

这就是switch 语句。

cpp 复制代码 
switch(整型表达式)
{
    语句项；
}

注意：switch后面的括号里面只能是整形表达式

而语句项是什么呢？

cpp 复制代码 
//是一些case语句：
//如下：
case 整形常量表达式:
    语句;

2.2.1 在switch语句中的 break

在switch语句中，我们没办法直接实现分支，搭配break使用才能实现真正的分支。

比如：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    int day = 0;
    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("星期天\n");    
            break;
   }
    return 0;
}

switch决定了入口，break决定了出口

有时候我们的需求变了：

  1. 输入1-5，输出的是"weekday";
  2. 输入6-7，输出"weekend"

所以我们的代码就应该这样实现了：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
//switch代码演示
int main()
{
    int day = 0;
    switch(day)
   {
        case 1：
        case 2:
        case 3:
        case 4:
        case 5:
            printf("weekday\n");
            break;
        case 6:
        case 7:
            printf("weekend\n");
            break;
   }
    return 0;
}

break语句 的实际效果是把语句列表划分为不同的分支部分。

编程好习惯：

在最后一个 case 语句的后面加上一条 break语句。

2.2.2 default子句

如果表达的值与所有的case标签的值都不匹配怎么办？

其实也没什么，结构就是所有的语句都被跳过而已。

程序并不会终止，也不会报错，因为这种情况在C中并不认为是个错误。

但是，如果你并不想忽略不匹配所有标签的表达式的值时该怎么办呢？

你可以在语句列表中增加一条default子句，把下面的标签

default：

写在任何一个 case 标签可以出现的位置。

当 switch 表达式的值并不匹配所有 case 标签的值时，这个 default 子句后面的语句就会执行。 所以，每个switch语句中只能出现一条default子句。

但是它可以出现在语句列表的任何位置，而且语句流会像执行一个case标签一样执行default子句。

编程好习惯

在每个 switch 语句中都放一条default子句是个好习惯，甚至可以在后边再加一个 break 。

2.2.3 练习

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
	int n = 1;
	int m = 2;
	switch (n)
	{
	case 1:
		m++;
	case 2:
		n++;
	case 3:
		switch (n)
		{//switch允许嵌套使用
		case 1:
			n++;
		case 2:
			m++;
			n++;
			break;
		}
	case 4:
		m++;
		break;
	default:
		break;
	}
	printf("m = %d, n = %d\n", m, n);  // m = 5, n = 3
	return 0;
}

3. 循环语句

  • while
  • for
  • do while

3.1 while循环

我们已经掌握了，if语句：

cpp 复制代码 
if(条件)
     语句;

当条件满足的情况下，if语句后的语句执行，否则不执行。 但是这个语句只会执行一次。

由于我们发现生活中很多的实际的例子是：同一件事情我们需要完成很多次。 那我们怎么做呢？

C语言中给我们引入了： while 语句，可以实现循环。

cpp 复制代码 
//while 语法结构
while(表达式)
{
    循环语句;
}

while循环基本流程：

  1. 开始

  2. 初始化循环变量

  3. 判断循环条件

  4. 如果循环条件为真，执行循环体内的语句

  5. 更新循环变量

  6. 返回步骤3

  7. 如果循环条件为假，跳出循环

  8. 结束

其中break表示跳出完全整个while循环，continue跳出本次循环，开始下一次循环，后面有详细讲解。

比如我们实现：

在屏幕上打印1-10的数字。

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 10)
	{
		printf("%d ", i);
		i = i + 1;
	}
	return 0;
}

上面的代码已经帮我了解了 while 语句的基本语法，那我们再了解一下：

3.1.1 while语句中的break和continue

break介绍

cpp 复制代码 
//break 代码实例
#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 10)
	{
		if (i == 5)
			break;
		printf("%d ", i);
		i = i + 1;
	}
	return 0;
}

这里代码输出的结果是什么？

输出结果是：1 2 3 4

总结：

break在while循环中的作用：

其实在循环中只要遇到break，就停止后期的所有的循环，直接终止循环。

所以：while中的break是用于永久终止循环的。

continue介绍

cpp 复制代码 
//continue 代码实例1
#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 10)
	{
		if (i == 5)
			continue;
		printf("%d ", i);
		i = i + 1;
	}
	return 0;
}

这里代码输出的结果是什么？

**输出结果是：**1 2 3 4

cpp 复制代码 
//continue 代码实例2
#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 1;
    while (i < 10)
    {
        i = i + 1;
        if (i == 5)
            continue;
        printf("%d ", i);
    }
    return 0;
}

这里代码输出的结果是什么？

**输出结果是：**2 3 4 6 7 8 9 10

总结:

continue在while循环中的作用就是：

continue是用于终止本次循环的，也就是本次循环中continue后边的代码不会再执行， 而是直接跳转到while语句的判断部分。进行下一次循环的入口判断。

🌟🌟🌟再看几个重要的代码：

cpp 复制代码 
//代码什么意思？
//代码1
#include <stdio.h>
int main()
{
    int ch = 0;
    while ((ch = getchar()) != EOF)
        putchar(ch);
    return 0;
}

这段代码是一个简单的字符输入输出程序。它会从标准输入读取字符，并将其逐个输出到标准输出，直到读取到文件结束符（EOF）。在大多数系统中，文件结束符通常是按下 Ctrl + D（在 Windows 系统中是 Ctrl + Z）。代码中的getchar()函数用于读取字符，putchar()函数用于输出字符。while循环会一直执行，直到读取到文件结束符为止。然后程序返回0，表示正常结束。

cpp 复制代码 
//代码2
#include <stdio.h>
int main()
{
    char ch = '\0';
    while ((ch = getchar()) != EOF)
    {
        if (ch < '0' || ch > '9')
            continue;
        putchar(ch);
    }
    return 0;
}
 //这个代码的作用是：只打印数字字符，跳过其他字符的

消除缓冲区示例：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    char password[20] = {0};
    int ch = 0;

    printf("请输入密码:>");
    scanf("%s", password); 

    // 消除'\n' ------清理缓冲区，防止输入密码时遗留回车符。
    // '\n'也可以换成其他字符对应消除
    while ((ch = getchar()) != '\n' && ch != EOF) {
        continue;
    }

    printf("请确认密码(Y/N):>");
    ch = getchar();

    if(ch == 'Y')
        printf("确认成功\n");
    else
        printf("确认失败\n");

    return 0;
}

可以测试一下，如果没有下面这段代码运行会出现什么结果。

cpp 复制代码 
    while ((ch = getchar()) != '\n' && ch != EOF) {
        continue;
    }

3.2 for循环

我们已经知道了while循环，但是我们为什么还要一个for循环呢？

首先来看看for循环的语法：

3.2.1 语法

cpp 复制代码 
for(表达式1; 表达式2; 表达式3)
    循环语句;

表达式1

表达式1为初始化部分，用于初始化循环变量的。

表达式2

表达式2为条件判断部分，用于判断循环时候终止。

表达式3

表达式3为调整部分，用于循环条件的调整。

实际的问题：

  • 使用for循环 在屏幕上打印1-10的数字。
cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 0;
	//for(i=1/*初始化*/; i<=10/*判断部分*/; i++/*调整部分*/)
	for (i = 1; i <= 10; i++)
	{
		printf("%d ", i);
	}
	return 0;
}

for循环的执行基本流程：

  1. 初始化循环变量 i。
  2. 判断循环条件，如果条件为真，继续执行循环；如果条件为假，跳出循环。
  3. 执行循环体中的代码。
  4. 更新循环变量 i。
  5. 重复步骤2-4，直到循环条件为假。
  6. 循环结束。

现在我们对比一下for循环和while循环。

cpp 复制代码 
int i = 0;
//实现相同的功能，使用while
i = 1;//初始化部分
while (i <= 10)//判断部分
{
	printf("hehe\n");
	i = i + 1;//调整部分
}
//实现相同的功能，使用while
for (i = 1; i <= 10; i++)
{
	printf("hehe\n");
}

可以发现在while循环中依然存在循环的三个必须条件，但是由于风格的问题使得三个部分很可能偏离较远，这样查找修改就不够集中和方便。所以，for循环的风格更胜一筹；for循环使用的频率也最高。

3.2.2 break和continue在for循环中

我们发现在for循环中也可以出现break和continue，他们的意义和在while循环中是一样的。 但是还是有些差异：

cpp 复制代码 
//代码1
#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 0;
	for (i = 1; i <= 10; i++)
	{
		if (i == 5)
			break;
		printf("%d ", i); // 1 2 3 4
	}
	return 0;
}
cpp 复制代码 
//代码2
#include <stdio.h>
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;
}

总结：

  1. 当有多层嵌套循环时，break语句和continue只能跳出最近一层循环 。
  2. continue语句用于结束本次循环，继续下一次；break语句用来彻底退出本层循环。
  3. while循环和do while循环中continue语句被执行时会跳到循环条件进 行下一次迭代判断，for循环中continue语句被执行时，会跳到执行递增表达式处，然后再检查循环条件。

3.2.3 for语句的循环控制变量

建议：

  1. 不可在for 循环体内修改循环变量，防止 for 循环失去控制。
  2. 建议for语句的循环控制变量的取值采用"前闭后开区间"写法。
cpp 复制代码 
int i = 0;
//前闭后开的写法
for (i = 0; i < 10; i++)
{
}

//两边都是闭区间
for (i = 0; i <= 9; i++)
{
}

3.2.4 一些for循环的变种

for循环中的初始化部分，判断部分，调整部分是可以省略的，但是不建议初学时省略，容易导致问题

for循环的初始化，判断和调整三个部分都可以省略 但是省略调整判断部分，判断就恒为真，循环就死循环

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    //代码1
    for (;;)
    {
        printf("hehe\n");
    }
    return 0;
}
cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    //代码2
    int i = 0;
    int j = 0;
    //这里打印多少个hehe?
    for (i = 0; i < 10; i++)
    {
        for (j = 0; j < 10; j++)
        {
            printf("hehe\n");
        }
    }
    return 0;
}
cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    //代码3
    int i = 0;
    int j = 0;
    //如果省略掉初始化部分，这里打印多少个hehe?
    for (; i < 10; i++)
    {
        for (; j < 10; j++)
        {
            printf("hehe\n"); // 10次hehe
        }
    }
    return 0;
}

代码3分析：

j=10后，i=1，进入内循环的判断，但内循环中 j 并未重新初始化，数值依然是从10开始，10<10不成立，内层循环不符合判断条件，所以不会再进入内循环。

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    //代码4-使用多余一个变量控制循环
    int x, y;
    for (x = 0, y = 0; x < 2 && y < 5; ++x, y++)
    {
        printf("hehe\n"); // 两次hehe
    }
    return 0;
}

3.2.5 一道笔试题

cpp 复制代码 
//请问循环要循环多少次？
#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 0;
    int k = 0;
    for (i = 0, k = 0; k = 0; i++, k++)
        k++;
    return 0;
}

这是赋值表达式，赋值为0，则判断条件表达式"k=0"的整体结 果为0，则表达式的结果为假不成立，不会进入循环。 注意⚠️ ，在进行条件表达式时要注意不要把相等==写成赋值= 。

3.3 do...while()循环

3.3.1 do语句的语法：

cpp 复制代码 
do
循环语句;
while (表达式);

3.3.2 执行流程

do...while循环的特点：

  1. 先执行循环体中的代码，然后再判断循环条件。
  2. 如果循环条件为真，则继续执行循环体；如果循环条件为假，则跳出循环。
  3. 所以，do...while循环至少会执行一次循环体中的代码，即使循环条件一开始就为假。
  4. 之后重复执行循环体和判断循环条件的步骤，直到循环条件为假，循环结束。

3.3.3 do语句的特点

循环至少执行一次，使用的场景有限，所以不是经常使用。

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 1;
    do
    {
        printf("%d ", i);
        i = i + 1;
    } while (i <= 10);
    return 0;
}

3.3.4 do while循环中的break和continue

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 1;
    do
    {
        if (5 == i)
            break;
        printf("%d ", i);
        i = i + 1;
    } while (i <= 10); // 1 2 3 4

    return 0;
}
cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 1;

    do
    {
        if (5 == i)
            continue;
        printf("%d ", i); // 1 2 3 4
        i = i + 1;
    } while (i <= 10);

    return 0;
}

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。

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。

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：

cpp 复制代码 
for (...)
for (...)
{
    for (...)
    {
        if (disaster)
            goto error;
    }
}
...
error :
if (disaster)
// 处理错误情况

下面是使用goto语句的一个例子，然后使用循环的实现方式替换goto语句：

一个关机程序：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <windows.h>
int main()
{
    char input[10] = { 0 };
    system("shutdown -s -t 60");
again:
    printf("电脑将在1分钟内关机，如果输入：我是猪，就取消关机!\n请输入:>");
    scanf("%s", input);
    if (0 == strcmp(input, "我是猪"))
    {
        system("shutdown -a");
    }
    else
    {
        goto again;
    }
    return 0;
}

而如果不适用goto语句，则可以使用循环：

cpp 复制代码 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
    char input[10] = { 0 };
    system("shutdown -s -t 60");
    while (1)
    {
        printf("电脑将在1分钟内关机，如果输入：我是猪，就取消关机!\n请输入:>");
        scanf("%s", input);
        if (0 == strcmp(input, "我是猪"))
        {
            system("shutdown -a");
            break;
        }
    }
    return 0;
}

5.练习

  1. 计算 n的阶乘。
  2. 计算 1!+2!+3!+......+10!
  3. 编写代码，演示多个字符从两端移动，向中间汇聚。
  4. 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。
  5. 在一个有序数组中查找具体的某个数字n。（讲解二分查找）
cpp 复制代码 
// 1.数字num的阶乘
int main()
{
	int i = 0;
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	//求num的阶乘
	int ret = 1;
	for (i = 1; i <= num; i++)
	{
		ret *= i;
	}
	printf("%d的阶乘为：%d\n", num,ret);

	return 0;
}
cpp 复制代码 
// 2.计算 1!+2!+3!+......+10!
int main()
{
	int i = 0;
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	int sum = 0; // n个数的阶乘之和
	
	for (i = 1; i <= n; i++)
	{
		//计算每个数的阶乘
		int ret = 1; 
		for (int j = 1; j <= i; j++)
		{
			ret *= j; // 每个数的阶乘
		}
		sum += ret; // n个数的阶乘之和
	}
	printf("%d", sum);
	return 0;
}
cpp 复制代码 
// 3.编写代码，演示多个字符从两端移动，向中间汇聚。
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <windows.h>
int main()
{
    char arr1[] = "welcome to China!";
    char arr2[] = "#################";
    int left = 0;
    int right = strlen(arr1) - 1;
    printf("%s\n", arr2);
    //while循环实现
    while (left <= right)
    {
        Sleep(1000);
        arr2[left] = arr1[left];
        arr2[right] = arr1[right];
        left++;
        right--;
        printf("%s\n", arr2);
    }

    for循环实现
    //for (left = 0, right = strlen(src) - 1;
    //    left <= right;
    //    left++, right--)
    //{
    //    Sleep(1000);
    //    arr2[left] = arr1[left];
    //    arr2[right] = arr1[right];
    //    printf("%s\n", target);
    //}
    return 0;
}
cpp 复制代码 
/4.*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登录成功，
如果三次均输入错误，则退出程序。*/

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char psw[10] = "qwerty";
    int i = 0;
    int j = 0;
    for (i = 0; i < 3; ++i)
    {
        printf("please input:");
        scanf("%s", psw);
        if (strcmp(psw, "password") == 0)
            break;
    }
    if (i == 3)
        printf("exit\n");
    else
        printf("log in\n");
}

二分查找算法(折半查找)

比如我买了一双鞋，你好奇问我多少钱，我说不超过300元。你还是好奇，你想知道到底多少，我就让 你猜，你会怎么猜？ 答案：你每次猜中间数。

代码实现：

cpp 复制代码 
int main()
{
	int arr[10] = { 1,3,5,6,8,9,11,15,16,66 };
	int left = 0;
	int right = sizeof(arr) / sizeof(int) - 1;
	int key = 66;
	int flag = 0;
	while (left <= right)
	{
		//int mid = (left + right) / 2; //此方式可能会超出int类型最大范围(若left和right都是很大的数值时)
		int mid = left + (right - left) / 2;

		if (key > arr[mid])
		{
			left = mid + 1;
		}
		else if (key < arr[mid])
		{
			right = mid - 1;
		}
		else
		{
			printf("找到目标值key:%d,下标为：%d", key, mid);
			flag = 1;
			break;
		}
	}
	if (flag == 0)
	{
		printf("未找到目标值key:%d", key);
	}

	return 0;
}
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