C语言分支与循环深度解析

一、开篇介绍

在 C 语言编程里，分支和循环是控制程序流程的核心逻辑，就像交通信号灯指挥车流一样，决定代码执行走向。这篇博客会结合课程资料，把分支、循环的知识点掰开揉碎，从基础语法到实际应用，带着大家吃透这些关键内容，不管是刚入门的新手，还是想巩固基础的同学，都能找到有用的知识 。

二、分支结构（if、switch）

（一）if 语句

1. 基础语法
   • 单分支：if(条件表达式)，条件为真（非 0）就执行大括号里的代码，比如 if(score > 60) { printf("及格啦"); } ，判断分数是否大于 60 来决定是否输出"及格啦"。
   • 双分支：if(条件表达式) { 条件为真执行的代码 } else { 条件为假执行的代码 } ，像判断数字奇偶 if(num % 2 == 0) { printf("偶数"); } else { printf("奇数"); } 。
   • 多分支：if(条件1) { 执行代码1 } else if(条件2) { 执行代码2 } ... else { 执行代码n } ，用于多个条件判断，比如根据成绩区间输出评级：

if(score >= 90) { printf("优秀"); } 
else if(score >= 80) { printf("良好"); } 
else if(score >= 60) { printf("及格"); } 
else { printf("不及格"); }

2. 易错点------悬空 else
   • 规则：else 总是和离它最近且未匹配的 if 配对。看例子：

if(a > 10)
    if(b < 5)
        printf("A");
else 
    printf("B");

• 这里 else 会和内部的 if(b < 5) 配对，要是逻辑上想让 else 和外层 if(a > 10) 配对，就得用大括号明确范围：

if(a > 10) {
    if(b < 5)
        printf("A");
} else {
    printf("B"); 
}

（二）switch 语句

1. 语法格式
   • 基本结构：

switch(表达式) {
    case 常量值1: 
        执行语句1; 
        // break; 
    case 常量值2: 
        执行语句2; 
        // break; 
    ...
    default: 
        执行语句n; 
        // break; 
}

• 表达式结果得是整数类型 （char 也可，因为字符本质是 ASCII 码，属于整数），case 后必须跟常量/常量表达式 （像 1、2 + 3 ，不能是变量）。

2. 执行流程与 break 作用
   • 流程：先计算 switch 里表达式的值，然后找匹配的 case ，找到后从该 case 开始依次执行代码，直到遇到 break 或者执行完 switch 里所有语句。
   • break 作用：跳出当前 switch 结构，避免"贯穿"问题。比如：

int num = 2;
switch(num) {
    case 1:
        printf("一"); 
        // 没有 break，会继续执行下面 case 2 的代码
    case 2:
        printf("二"); 
        break; 
    case 3:
        printf("三"); 
}
// 输出结果是"二"，因为 case 1 没 break，但这里 num 匹配 case 2，执行后遇到 break 跳出

• 如果 num = 1 ，没 break 会输出"一二"，这就是贯穿，实际开发一般要靠 break 控制流程。

3. case 和 default 顺序
   • 规则：case 和 default 没有强制顺序要求，不过通常把 default 放最后，作为"兜底"逻辑。比如：

switch(grade) {
    default:
        printf("未知等级"); 
        break; 
    case 'A':
        printf("优秀"); 
        break; 
    case 'B':
        printf("良好"); 
        break; 
}

• 这样写语法没问题，但从可读性和逻辑习惯看，建议 default 放末尾，让正常 case 先匹配，特殊情况最后处理。

三、循环结构（while、do-while、for）

（一）while 循环

1. 语法与执行流程
   • 语法：while(条件表达式) { 循环体语句 } ，先判断条件表达式，为真（非 0）就执行循环体，执行完再回到条件判断，直到条件为假跳出循环。
   • 流程图（结合课程图简化理解）：
     值非0 值为0 判断条件表达式 执行循环体语句 结束循环
   • 比如用 while 实现打印 1 到 10：

int i = 1;
while(i <= 10) {
    printf("%d ", i); 
    i++; 
}

2. break 和 continue 作用
   • break：直接跳出当前 while 循环，后面循环体不再执行，程序继续往下走。比如：

int i = 1;
while(i <= 10) {
    if(i == 5) {
        break; 
    }
    printf("%d ", i); 
    i++; 
}
// 输出 1 2 3 4，i 到 5 时 break，循环终止

• continue：跳过当前循环体剩余语句，直接回到条件判断。例如：

int i = 0;
while(i < 10) {
    i++; 
    if(i == 5) {
        continue; 
    }
    printf("%d ", i); 
}
// 输出 1 2 3 4 6 7 8 9 10，i=5 时跳过 printf，继续下一轮循环

（二）do-while 循环

1. 语法与执行流程
   • 语法：

do {
    循环体语句 
} while(条件表达式); 

• 执行流程：先执行一次循环体，再判断条件表达式，为真继续循环，为假跳出。和 while 最大区别是至少执行一次循环体。
• 流程图（简化）：
  值非0 值为0 执行循环体语句 判断条件表达式 结束循环
• 示例：输入密码，至少让用户输一次，用 do-while 实现：

char password[20];
do {
    printf("请输入密码："); 
    scanf("%s", password); 
} while(strcmp(password, "123456") != 0); 
printf("密码正确，进入系统！"); 

2. 和 while 循环对比
   • 应用场景：不确定循环次数，但至少要执行一次循环体时，选 do-while （像上面输密码场景）；循环可能一次都不执行（比如条件一开始就不满足），用 while 更合适。
   • 执行顺序：while 先判断后执行，do-while 先执行后判断，这是核心差异。

（三）for 循环

1. 语法与执行流程
   • 语法：for(初始化表达式; 条件表达式; 更新表达式) { 循环体语句 }
     • 初始化表达式：循环前初始化变量（一般用于定义循环控制变量，如 int i = 0 ）。
     • 条件表达式：决定是否继续循环，为真执行循环体。
     • 更新表达式：每次循环体执行完后更新变量（常用来改变循环控制变量，如 i++ ）。
   • 执行流程（简化步骤）：
     ① 执行初始化表达式（只执行一次）→ ② 判断条件表达式，为真执行循环体 → ③ 执行完循环体，执行更新表达式 → 回到② 重复，直到条件为假。
   • 示例：打印 1 到 10，用 for 循环：

for(int i = 1; i <= 10; i++) {
    printf("%d ", i); 
}

2. break 和 continue 作用
   • 和 while 循环里的作用逻辑一样：
   • break：跳出 for 循环，比如：

for(int i = 1; i <= 10; i++) {
    if(i == 5) {
        break; 
    }
    printf("%d ", i); 
}
// 输出 1 2 3 4

• continue：跳过当前循环体剩余内容，回到更新表达式，再判断条件。例如：

for(int i = 1; i <= 10; i++) {
    if(i == 5) {
        continue; 
    }
    printf("%d ", i); 
}
// 输出 1 2 3 4 6 7 8 9 10

3. 与 while 循环对比
   • 语法紧凑性：for 把初始化、条件判断、更新写在一起，适合明确知道循环变量变化的场景，代码更集中；while 更灵活，初始化和更新可分散在代码不同位置。
   • 使用场景：循环次数固定或易通过变量控制时，优先用 for （如遍历数组）；循环条件复杂，和循环变量关联弱，用 while 。

四、循环与分支的综合应用（以猜数字游戏为例）

（一）游戏逻辑拆解

1. 需求：程序生成 1 - 100 随机数，玩家输入数字猜测，程序提示"大了""小了"，直到猜中，还能选择继续玩或退出。
2. 涉及知识点：
   • 随机数生成：用 rand() 函数（需搭配 srand((unsigned int)time(NULL)) 设置随机种子，避免每次随机数一样），生成 1 - 100 随机数写法 rand() % 100 + 1 。
   • 循环：用 while 实现猜数过程循环，直到猜中；用 do-while 实现游戏菜单选择（至少显示一次菜单）。
   • 分支：switch 处理菜单选择（玩游戏、退出），if-else 处理猜数结果反馈（大了、小了、猜中）。

（二）参考代码与解析

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

// 游戏逻辑函数
void game() {
    int ret = rand() % 100 + 1; // 生成 1 - 100 随机数
    int guess = 0;
    while(1) {
        printf("请输入猜测的数字："); 
        scanf("%d", &guess); 
        if(guess < ret) {
            printf("猜小了\n"); 
        } else if(guess > ret) {
            printf("猜大了\n"); 
        } else {
            printf("恭喜你，猜对了，数字是：%d\n", ret); 
            break; // 猜中跳出循环
        }
    }
}

// 菜单函数
void menu() {
    printf("********************\n");
    printf("*****  1. play  *****\n");
    printf("*****  0. exit  *****\n");
    printf("********************\n");
}

int main() {
    int input = 0;
    srand((unsigned int)time(NULL)); // 设置随机种子
    do {
        menu(); 
        printf("请选择："); 
        scanf("%d", &input); 
        switch(input) {
            case 1:
                game(); 
                break; 
            case 0:
                printf("退出游戏\n"); 
                break; 
            default:
                printf("选择错误，重新选择\n"); 
                break; 
        }
    } while(input != 0); // 输入 0 退出循环
    return 0; 
}

（三）代码关键解析

1. 随机数部分：
   • srand((unsigned int)time(NULL)) ：利用当前系统时间作为随机种子，让每次程序运行生成的随机数不同，要放在 main 函数开头，且只需要调用一次。
   • rand() % 100 + 1 ：rand() 生成 0 - RAND_MAX（一般是 32767）的数，取模 100 得到 0 - 99，加 1 变成 1 - 100 范围。
2. 循环部分：
   • 外层 do-while ：保证菜单至少显示一次，根据输入决定进入游戏、退出还是重新选择。
   • 内层 while(1) ：实现猜数循环，直到猜中用 break 跳出。
3. 分支部分：
   • switch 处理菜单输入，清晰区分不同选择逻辑。
   • if-else 在 game 函数里处理猜数结果，给玩家反馈。

五、逻辑运算符与短路求值

（一）逻辑运算符介绍（结合课程表格）

运算符	名称	规则（a、b 为表达式，非 0 为真，0 为假）	示例
!	逻辑非	!a ，a 为真则结果为假（0），a 为假则结果为真（1）	!5 结果是 0；!0 结果是 1
&&	逻辑与	a && b ，a 和 b 都为真，结果才为真（1），否则为假（0）	3 && 5 结果 1；0 && 5 结果 0

| || | 逻辑或 | a || b ，a 或 b 有一个为真，结果就为真（1），都假才假（0） | 0 || 5 结果 1；0 || 0 结果 0 |

（二）短路求值特性

1. 逻辑与（&& ）短路：
   • 当左边表达式为假（0）时，右边表达式不会执行 ，因为整个 && 表达式结果已经确定为假。比如：

int a = 0, b = 5;
if(a && (b++)) { 
    // 左边 a 为 0，右边 b++ 不会执行，b 还是 5 
}
printf("b = %d", b); // 输出 b = 5

2. 逻辑或（|| ）短路：
   • 当左边表达式为真（非 0）时，右边表达式不会执行 ，因为整个 || 表达式结果已经确定为真。例如：

int a = 5, b = 0;
if(a || (b++)) { 
    // 左边 a 为真，右边 b++ 不会执行，b 还是 0 
}
printf("b = %d", b); // 输出 b = 0

3. 应用与注意事项：
   • 合理利用短路可优化代码（比如判断指针不为空再访问其内容 if(p != NULL && *p > 10) ，避免空指针访问崩溃）。
   • 但要注意，依赖短路的逻辑如果修改表达式顺序，可能改变程序行为，写代码时要清晰考虑执行顺序。

六、常见易错点总结

1. 循环条件写错：比如把 while(i < 10) 写成 while(i > 10) ，导致循环不执行或死循环；for 循环里更新表达式写错（如 i-- 写成 i++ ），改变循环走向。
2. 分支匹配混乱：if-else 嵌套时没正确用大括号，出现悬空 else 问题；switch 里忘记加 break ，造成逻辑贯穿。
3. 随机数使用不当：没设置随机种子 srand ，或者 rand 生成范围计算错误，导致随机数不符合预期。
4. 短路求值忽略：在依赖多个表达式都执行的场景用了逻辑与/或，因短路导致部分代码没执行，引发逻辑错误（比如想同时判断 a++ 和 b++ ，用 if(a++ && b++) ，若 a++ 为假，b++ 不执行，b 值没按预期改变）。

七、总结

分支（if、switch）与循环（while、do-while、for）是 C 语言流程控制的核心。理解语法、执行流程，规避易错点，结合逻辑运算符、短路求值优化代码，再通过实战（如猜数字游戏）反复打磨，就能让程序精准按预期执行。