C语言的分支与循环结构

前言

描述算法的计算步骤需要设计算法的控制结构，包括顺序结构，分支结构和循环结构。顺序结构指的是按顺序依次执行规则，分支结构则是根据条件选择一些规则的一部分执行，循环结构则控制规则的多次执行。下面讲解C语言中分支与循环结构是如何使用的。

分支结构

`if-else`语句

注意所有分支和循环语句除非套上大括号，否则默认只管一条语句，但是不能像普通语句一样加;否则默认结束。C语言中主要使用if-else语句实现分支结构，示例如下：

C 复制代码

int input_number = 1;
if (input_number  >= 0)    //条件为真时执行,否则不执行
	printf("正数\n");
else if (input_number <= 0 && input_number != 0)    //!=表示不等于   
	printf("负数\n");    
else    //三个分支根据条件只选择一个执行
	printf("0\n");

条件表达式返回真假，&&为逻辑与，二者均为真总体为真，否则为假；逻辑或||二者均为假才为假，否则为真，若左侧表达式的真假足以确定整个表达式的值，则不再执行后续表达式。

若有多个if-else语句,else总是和距离最近但未被else配对的if配对。

`switch`语句

switch语句本质上是特殊形式的if-else语句，并未新增任何其他功能。示例如下：

C 复制代码

int reminder = 1;
switch (reminder)    //reminder表示模2的余数
{ 
	case 0:
		printf("偶数\n");
		break;
	case 1:
		printf("奇数\n");
		break;
	default:
		printf("输入错误\n");    
		break;
}

注意switch(整型表达式),故case后面只能跟整型常量,switch在设计之初不像if-else语句一样一个条件成立，不再执行其余分支，表达式的值只决定执行的起点,用break终止继续执行。default类似于if-else语句中的else，位置任意，若其余均不成立，则执行default。

循环结构

`while`语句

C 复制代码

int input_number = 1234;
while (input_number)    //从个位逆序打印输入的正整数的每一位
{ 
	printf("%d\n", input_number % 10);    //一个数取模10即该数的个位
	input_number /= 10;    //n位数获取前面的n-1位数
}

while(表达式):当表达式结果为真时，反复执行。

`for`语句

C 复制代码

int k = 10;
int n = 0;
int F_prev = 1;    // 1赋值给F(n-1)
int F_curr = 4;    //F(n)
int a_prev = 1;
for (n = 2; n <= k; ++n)    
{
	int a_curr = F_curr - F_prev;
	int b_curr = a_curr - a_prev;
	int F_next = F_curr + a_curr + b_curr;    //二次差分求函数值
    //更新数据
	F_prev = F_curr;
	F_curr = F_next;    //注意顺序
	a_prev = a_curr;
}
printf("%d\n", F_curr);

for(n = 2; 条件; ++n)表示n从2到k，先判条件是否成立,成立后执行循环体,最后再执行n++，回到判断条件，依次类推。上述代码没有采用数组而采用循环依次更新数据是为了节约空间（当k很大时）。

for循环也可以用两个变量，示例如下:

C 复制代码

int a = 0;
int b = 0;
for (b = 0, a = 10; b < a; b++, a--)
{
	printf("b=%d,a=%d\n", b, a);
}

逗号表达式exp1,...,expN:从左往右依次执行,整个表达式结果仅取决于最后一个表达式，但是不能直接执行最后的表达式，因为最后一个表达式结果可能依赖于前面的表达式。

`do-while`语句

C 复制代码

int input_number = 1234;
int count = 0;
do
{
	count++;    //需要先++:0也是1位数！
	input_number /= 10;
}
while (input_number);
printf("%d\n", count);    //input_number是几位数

do-while语句几乎和while语句一样，但是执行顺序不同。do-while是先执行循环体，再判断while条件是否成立，适合于至少得执行一次循环体（这里0也是一位数）。

`goto`语句

C 复制代码

int i=0;
LOOP:   
	printf("%d ", i);
	i++;
	if (i <= 10)
		goto LOOP;

goto来自于汇编的跳转指令（C脱胎于底层汇编语言），一开始没有while循环，因此用如上的goto来构造循环，但可能会破坏程序执行顺序，只能在一个函数内跳转，慎用！

LOOP称为地址标记，命名规则和变量相同，仅是地址标记，不占用运算指令，由编译器记录跳转位置的内存地址。

一种值得提倡的实践实例如下：

C 复制代码

	for (int i = 1; i < 10; i++)
	{
		for (int j = 1; j < 10; j++)
		{
			if (i * j == 42)
			{
				goto END_LOOP;    // 直接一次性跳出两层循环
			}
		}
	}
END_LOOP:
	printf("找到目标\n");

注意break只能跳出一层循环，但goto可一次性跳出多层循环。

循环的关键字--break和continue

需要跳出本层循环体,用break终止本层循环,用continue跳过循环体中本次循环continue后面的部分,进行循环体的下一次循环。

循环的嵌套

C 复制代码

int i = 0;
printf("2\n");
for (i = 3; i <= 10000; i += 2)
{
	int is_prime = 1;    //标记i是否为素数,假设原本i是素数
	int j = 0;
	for (j = 3; j * j <= i; j += 2)
	{
		if (i % j == 0)
		{
			is_prime = 0;
			break;
		}
	}
	if (is_prime)
	{
		printf("%d\n", i);
	}
}

循环嵌套要格外小心，比如这里的is_prime不能在外层for循环外面定义：若某个i不为素数，则is_prime在内层循环中被置为0，若下一次的i为素数，则is_prime一直为0，会漏掉这个素数。内层循环与外层循环变量不同是为了避免冲突，例如如下会导致死循环：

C 复制代码

int input_number = 0;
int count = 0;
for (input_number = 1; input_number <= 100; input_number++)
{
	while (input_number)
	{
		if (input_number % 10 == 9)
		{
			count++;
		}
		input_number /= 10;
	}
}

这是因为input_number在内层循环中第一次就被置为了0，永远到不了100！

总结

分支与循环结构是 C 语言程序逻辑的核心骨架，也是实现复杂算法的基础。顺序结构保证代码逐行执行，分支结构实现条件筛选，循环结构完成重复操作，三者相互配合，构成了所有程序的控制逻辑。

本文系统梳理了 if-else、switch 两大分支语句，while、for、do-while、goto 四种循环实现方式，并重点总结了 break、continue 的跳转规则与嵌套循环的易错坑点。同时结合实际案例，辨析了各类结构的执行顺序、适用场景与语法禁忌。

熟练掌握分支与循环的执行逻辑、匹配规则、跳转机制，规避缩进欺骗、变量污染、语句范围错乱等常见 bug，是后续学习函数、算法逻辑的重中之重。吃透基础控制结构，才能写出逻辑清晰、高效简洁、稳定性强的代码。

C语言的分支与循环结构