C语言入门系列：流程控制

一，C代码执行顺序

默认情况下，C语言程序从main()函数开始执行，随后按源代码中语句出现的顺序逐一执行。

这意味着，如果不考虑任何控制结构，程序会自上而下，逐行执行每条语句，直到遇到函数调用、返回语句或程序结束。

但是，在实际编程中，很多任务和逻辑无法仅通过简单的从上到下的顺序执行来完成。以下通过几个典型场景来说明这一点：

1. 条件执行：决定性操作

假设你正在编写一个程序来判断一个数是正数、负数还是零。

如果不使用控制语句，程序将无法根据输入的数值做出不同的反应，因为所有的操作都将按顺序执行，无法选择性地执行特定代码。

使用if语句，可以轻松实现这一点：

#include <stdio.h>int main() {int num = 5;if (num > 0) {printf("正数\n");} else if (num < 0) {printf("负数\n");} else {printf("零\n");}return 0;
}

2. 循环处理：重复性任务

如果你需要打印出1到10的数字，仅仅依靠顺序执行是不够的，因为你需要让相同的打印操作重复执行10次。

对于这个星期，调用10次printf即可。但如果是重复1万次呢，在代码中调用1万次printf，那也太傻了吧？

这时，循环控制语句（如for循环）就显得尤为重要：

#include <stdio.h>int main() {for(int i = 1; i <= 10; i++) {printf("%d ", i);}printf("\n");return 0;
}

3. 跳出循环：提前结束或跳过

在某些情况下，可能需要在满足特定条件时提前结束循环，或者在循环内部的某些点跳过某些步骤。这时，break和continue控制语句就发挥了作用：

#include <stdio.h>int main() {for(int i = 1; i <= 10; i++) {if(i == 5) {printf("遇到5，提前结束循环\n");break; // 跳出循环}if(i % 2 == 0) {continue; // 跳过偶数，不打印}printf("%d ", i);}printf("\n");return 0;
}

二，控制类型

C语言中的流程控制语句可以大致分为以下几类：

  • 条件分支语句
  • 循环语句
  • 跳转语句
  • 其他控制

1. 条件分支语句

  • if 语句：基于一个条件，决定是否执行某段代码。
  • 三元运算符（条件运算符）?:：一种简洁的条件表达式形式，用于赋值操作，根据条件选择两个表达式之一。
  • switch 语句：用于多路分支选择，根据不同的表达式值执行不同的代码块。

2. 循环语句

  • while 语句：只要给定条件为真，就重复执行一段代码。
  • do…while 结构：先执行循环体，然后检查条件是否为真，如果是，则继续执行循环。
  • for 语句：一种复合循环结构，集成了初始化、条件检查和迭代更新于一身。

3. 跳转语句

  • break 语句：用于提前退出循环或switch语句。
  • continue 语句：跳过当前循环迭代的剩余部分，直接开始下一次迭代。
  • goto 语句：允许程序跳转到同一函数内的指定标签处，虽然可用，但因其可能引起代码混乱和可读性差，现代编程实践中通常不鼓励使用。

4. 其他控制结构

  • 虽然不是C语言标准库直接提供的流程控制语句，但通过组合基本的流程控制语句，可以实现更复杂的控制结构，如：
    • 循环嵌套：一个循环内部包含另一个循环。
    • 条件循环：在循环条件中使用逻辑表达式来控制循环的执行。
    • 提前返回（return）：在函数中使用，可以立即结束函数的执行并返回一个值（对于非void类型函数）。

三，条件分支语句

条件分支语句让程序能够根据条件跳过某些代码、执行特定代码。

1. if 语句

基本语法

if语句用于条件判断，满足条件时，就执行指定的语句，不满足就跳过对应的语句。

if (expression) statement

上面式子中，表达式expression为真（值不为0）时，就执行statement语句，statment部分称之为代码块。

if后面的判断条件expression外面必须有圆括号，否则会报错。代码块可以是一条语句或多条语句，多条语句必须包含在一对大括号内。

下面是一个一条语句例子。

if (x == 10) printf("x is 10");

上面示例中，当变量x为10时，就会输出一行文字。

为了更好的可读性，语句部分通常另起一行。

if (x == 10)printf("x is 10\n");

如果代码块包含多条语句，就需要把它们放在大括号里面，组成一个复合语句。

if (line_num == MAX_LINES) {line_num = 0;page_num++;
}

我们建议，无论是一行语句，还是多行语句，都用大括号包裹起来，有更好的可读性，避免出现意外的错误。

if (x == 10) {printf("x is 10\n");
}

if-else

if语句可以带有else分支，指定条件不成立时（表达式expression的值为0），所要执行的代码。

if (expression) statement
else statement

下面是一个例子。

if (i > j)max = i;
elsemax = j;

如果else的语句部分多于一行，同样必须把它们放在大括号里面。

多重判断

else可以与另一个if语句连用，构成多重判断。

if (expression)statement
else if (expression)statement
...
else if (expression)statement
elsestatement

如果有多个if和else，可以记住这样一条规则，else总是跟最接近的if匹配。

if (number > 6)if (number < 12)printf("The number is more than 6, less than 12.\n");
elseprintf("It is wrong number.\n");

上面示例中，else部分匹配最近的if（即number < 12），所以如果number等于6，就不会执行else的部分。

不过，为了提供代码的可读性，建议使用大括号，明确else匹配哪一个if。

if (number > 6) {if (number < 12) {printf("The number is more than 6, less than 12.\n");}
} else {printf("It is wrong number.\n");
}

在这里插入图片描述

强烈建议，if和else后的代码块不要省略大括号，哪怕在只有一行语句的情况下。

2. 三元运算符 ?:

三元运算符是if...else的简写形式，用于简单的条件赋值。其语法结构如下。

<expression1> ? <expression2> : <expression3>

下面是一个示例。

#include <stdio.h>int main() {int score = 75;char result = (score >= 60) ? 'P' : 'F';printf("Your grade is: %c\n", result);return 0;
}

这段代码可以用if-else改写。

#include <stdio.h>int main() {int score = 75;char result;if (score >= 60) {result = 'P';} else {result = 'F';}printf("Your grade is: %c\n", result);return 0;
}

3. switch 语句

switch语句根据不同的情况执行不同代码块，每个情况由一个或多个case标签指定。

switch 语句可以理解为一种特殊形式的 if-else 结构，switch 语句更易用、可读性更好。

switch (expression) {case value1: statement1case value2: statement2default: statement3
}

这个结构表达的是，expression 的值匹配到某个case后，执行对应的statement。

举例如下。

#include <stdio.h>int main() {int day = 3;switch(day) {case 1:printf("Monday\n");break;case 2:printf("Tuesday\n");break;case 3:printf("Wednesday\n");break;default:printf("Invalid day\n");}return 0;
}

上面switch语句表达的是，根据整数类型变量day的值选择执行特定的代码。若day的值是1，输出Monday，如果是2，输出Tuesday，如果是3，输出Wednesday，如果都不是，执行default对应的语句，输出Invalid day。因为上述代码中变量day的值是3，所以会执行printf("Wednesday\n");，输出Wednesday。

注意，每个case语句体的结尾，都应该有一个break语句，作用是跳出整个switch结构，不再往下执行。如果缺少break，就会继续执行下一个case或default分支。

上述代码在执行代码printf("Wednesday\n");后，遇到break语句，跳出switch语句，执行其后的语句return 0;。

如下代码，第2个case的代码块没有break语句。

#include <stdio.h>int main() {int day = 2;switch(day) {case 1:printf("Monday\n");break;case 2:printf("Tuesday\n");case 3:printf("Wednesday\n");break;default:printf("Invalid day\n");}return 0;
}

因为day的值是2，所以执行 printf("Tuesday\n");，但由于没有break语句，会接着执行第三个case的代码块，即执行代码printf("Wednesday\n");，然后因为break语句，跳出switch语句。

本意是当day值为3时，才输出Wednesday，但因为第2个case后的代码块缺少break，导致错误发生。

在这里插入图片描述
如果要省略case后代码块的break，一定要明确不会出现意外的情况。

四，循环语句

1. while 语句

while语句用于循环结构，满足条件时，不断执行循环体。

while (expression)statement

statement部分称之为循环体。

上面代码中，如果表达式expression为非零值（表示真），就会执行statement语句，然后再次判断expression是否为零；如果expression为零（表示伪）就跳出循环，不再执行循环体。

下面代码的作用是判断一个整数有多少位，用while循环实现。

#include <stdio.h>int main() {int count = 0;int num = 2323233232;int tmpNum = num;while(tmpNum > 0) {count++;tmpNum= tmpNum / 10;}printf("num=%d是%d位数", num, count);return 0;
}

上述代码不够健壮，没有考虑临界情况，即当num = 0时，程序不能得出正确结果。

在使用循环体时，要特别注意临界问题。

我们做如下优化：

#include <stdio.h>int main() {int count = 0;int num = 2323233232;int tmpNum = num;// 临界情况，特殊处理if (num == 0) {count++;}while(tmpNum > 0) {count++;tmpNum= tmpNum / 10;}printf("num=%d是%d位数", num, count);return 0;
}

注意，当循环体中只有一条语句时，可以省略大括号。有多条语句时，不能省略。但强烈建议，即便只有一条语句，也不要省略大括号。

#include <stdio.h>int
main ()
{int day = 2;// 省略大括号，语法正确while (day < 3)printf ("day=%d\n", day++);printf ("day=%d", day++);return 0;
}

加上大括号，可读性更强。

#include <stdio.h>int
main ()
{int day = 2;// 省略大括号，语法正确while (day < 3) {printf ("day=%d\n", day++);}printf ("day=%d", day++);return 0;
}

2. do…while 结构

与while类似，最大的区别是do-while先执行一次循环体，然后检查条件，所以其至少会执行一次循环体。

用do-while重写计算整数位数的例子。

#include <stdio.h>int main() {int count = 0;int num = 2323233232;int tmpNum = num;do {count++;tmpNum= tmpNum / 10;} while(tmpNum > 0)printf("num=%d是%d位数", num, count);return 0;
}

如果用do-while，临界情况num = 0就无需特殊处理。

同样，我们建议循环体始终包裹在大括号中。

3. for 语句

for语句是最常用的循环结构，通常用于精确控制循环次数。

for (initialization; continuation; action)statement;

上面代码中，for语句的条件部分（即圆括号里面的部分）有三个表达式。

  • initialization：初始化表达式，用于初始化循环变量，只执行一次。
  • continuation：判断表达式，只要为true，就会不断执行循环体。
  • action：循环变量处理表达式，每轮循环结束后执行，使得循环变量发生变化。
#include <stdio.h>int main() {for(int i = 0; i < 5; i++) {printf("%d ", i);}printf("\n");return 0;
}

五，跳转语句

1. break 语句

break用于立即退出最内层循环或switch语句。

break语句有两种用法。

  • 一种是与switch语句配套使用，用来中断某个分支的执行，这种用法前面已经介绍过了。
  • 另一种用法是在循环体内部跳出循环，不再进行后面的循环了。
for (int i = 0; i < 3; i++) {for (int j = 0; j < 3; j++) {printf("%d, %d\n", i, j);break;}
}

上面示例中，break语句使得循环跳到下一个i。

注意，break命令只能跳出循环体和switch结构，不能跳出if结构。

if (n > 1) {if (n > 2) break; // 无效printf("hello\n");
}

上面示例中，break语句是无效的，因为它不能跳出外层的if结构，还会继续执行printf("hello\n")。

注意事项

  • 在多层循环中，break只跳出当前层循环。

2. continue 语句

continue使程序跳过当前循环体剩余部分，直接开始下一次循环迭代。

#include <stdio.h>int main() {for(int i = 0; i < 10; i++) {if(i % 2 == 0) { // Skip even numberscontinue;}printf("%d ", i);}printf("\n");return 0;
}

上面示例中，只要是偶数，就用continue语句跳过该数字，执行下一次循环

3. goto 语句

goto允许无条件跳转到标记的语句，但在现代编程中不鼓励使用，因为它可能导致代码结构混乱，不易理解，所以这里一笔带过。

#include <stdio.h>int main() {int i = 0;
start:printf("%d ", i);i++;if(i < 5) goto start; // 不推荐使用printf("\n");return 0;
}

尽量避免使用goto，考虑使用循环或函数替代以提高代码质量。

六，其他控制结构

虽然不是C语言标准库直接提供的流程控制语句，但通过组合基本的流程控制语句，可以实现更复杂的控制结构，如：

  • 循环嵌套：一个循环内部包含另一个循环。
  • 条件循环：在循环条件中使用逻辑表达式来控制循环的执行。
  • 提前返回（return）：在函数中使用，可以立即结束函数的执行并返回一个值（对于非void类型函数）。

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