本篇笔记我们继续来学习第三部分《分支语句和循环语句》，在上一篇中我们详细学习了循环语句——for语句以及循环语句——do-while循环，接下来本部分的内容还包括：折半查找算法、猜数字游戏、goto语句。本篇笔记便可以结束第三部分的知识学习部分。

第三部分  分支语句和循环语句

七、折半查找算法

在上一个目题中有这样一道习题：在一个有序数组中查找具体的某个数字n。除了之前给出的答案，还有另外一种更加简单的写法。

#include<stdio.h>
int main(){int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };int a = 0;printf("请输入一个整数：");scanf("%d", &a);int low = 0;int high = 9;int flag = 0;int mid = 0;while (low <= high){mid = (low + high) / 2;if (arr[mid] > a)high = mid - 1;else if (arr[mid] < a)low = mid + 1;else{printf("找到了 %d, 下标为 %d\n", a, mid);flag = 1;break;}}if (0 == flag)printf("找不到\n");return 0;
}

        这段代码使用到了折半查找的算法（二分算法），这是一种在有序数组中查找特定元素的高效搜索算法。它的基本思想是将目标值与数组中间元素进行比较，根据比较结果缩小搜索范围，然后继续在新的范围内进行查找，直到找到目标值或搜索范围为空。

以下是折半查找算法的基本步骤：

（1）初始化：设置两个变量，low 是数组的最低索引（通常是 0），high 是数组的最高索引（通常是数组长度减 1）。

（2）循环条件：当 low 小于等于 high 时，执行循环体。

（3）计算中间索引：计算中间索引 mid，通常为 (low + high) / 2。

（4）比较中间元素：将数组中间位置的元素与目标值进行比较。

（5）如果中间元素等于目标值，查找成功，返回中间索引 mid。

（6）如果中间元素大于目标值，说明目标值位于数组的左半部分，更新 high 为 mid - 1。如果中间元素小于目标值，说明目标值位于数组的右半部分，更新 low 为 mid + 1。

（7）重复：重复步骤 3 和 4，直到找到目标值或 low 大于 high。

（8）查找失败：如果 low 大于 high，说明数组中不存在目标值，返回一个表示失败的标志。

        学会了这个算法，便可以解决一些实际问题了，比如我现在希望猜出一双300元以下的鞋子的价格，实现代码如下：

#include <stdio.h>
void bin_search(int arr[], int size , int low , int high , int target) {high = size - 1;int mid = 0;while (low <= high) {mid = low + (high - low) / 2;if (arr[mid] == target) {printf("价格为%d", arr[mid]);break;}else if (arr[mid] < target) {low = mid + 1; // 目标值在右半部分}else {high = mid - 1; // 目标值在左半部分}}
}
int main() {int arr[300]; for (int i = 0; i < 300; i++) {arr[i] = i + 1; // 初始化数组}int target=250;bin_search(arr, 300, 0 ,299 ,target); // 调用二分查找函数return 0;
}

八、猜数字游戏

        掌握了前面学习的这些知识，我们就可以写一些比较实用有趣的代码了，现在我们就来编写一个“猜数字游戏”，游戏要求为：

· 电脑自动生成1~100的随机数。 

· 玩家猜数字，猜数字的过程中，根据猜测数据的大小给出大了或小了的反馈，直到猜对，游戏结束。

· 游戏可以反复进行。直到用户主动退出。

（一）、随机数生成

        我们想要实现这个猜数字游戏，首先就要产生一个随机数，那么实现生成随机数的方法是什么呢？

1、rand 函数

        C语言提供了一个函数叫 rand，这函数是可以生成随机数的，函数原型如下：

int rand(void);

        rand函数会返回一个伪随机数，这个随机数的范围是在0~RAND_MAX之间，这个RAND_MAX的大小是依赖编译器上实现的，但是大部分编译器上RAND_MAX的值都是32767。

        rand函数的使用需要包含一个头文件是：stdlib.h

        那我们就来测试一下rand函数，这里多调用几次，产生5个随机数：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());return 0;
}

        当我们多次运行这段代码可以看到虽然一次运行中产生的5个数字是相对随机的，但是下一次运行程序生成的结果和上一次一模一样，这就说明我们在使用这个函数时候是有问题的。

        如果再深入了解一下，我们就不难发现，其实rand函数生成的随机数是伪随机的，伪随机数不是真正的随机数，是通过某种算法生成的随机数。真正的随机数的是无法预测下一个值是多少的。而rand函数是对一个叫“种子”的基准值进行运算生成的随机数。

        之所以前面每次运行程序产生的随机数序列是一样的，那是因为rand函数生成随机数的默认种子是1。 如果我们想要要生成不同的随机数，就要让种子是变化的。

2、srand 函数

        C语言中又提供了一个函数叫 srand，用来初始化随机数的生成器的，srand的原型如下：

void srand(unsigned int seed);

        程序中在调用 rand 函数之前先调用 srand 函数，通过 srand 函数的参数seed来设置rand函数生成随机数的时候的种子，只要种子在变化，每次生成的随机数序列也就变化起来了。

        那也就是说给srand的种子如果是随机的，rand就能生成随机数；在生成随机数的时候又需要一个随机数，但是这就矛盾。

3、time 函数

        在程序中我们一般是使用程序运行的时间作为种子的，因为时间时刻在发生变化的。

        在C语言中有一个函数叫 time ，就可以获得这个时间，time函数原型如下：

time_t time(time_t* timer);

        time 函数会返回当前的日历时间，其实返回的是1970年1月1日0时0分0秒到现在程序运行时间之间的差值，单位是秒。返回的类型是time_t类型的，time_t 类型本质上其实就是32位或者64位的整型类型。

        time函数的参数 timer 如果是非NULL的指针的话，函数也会将这个返回的差值放在timer指向的内存中带回去。 如果 timer 是NULL，就只返回这个时间的差值。time函数返回的这个时间差也被叫做：时间戳。

        在使用 time函数的时候需要包含头文件：time.h

        当然目前我们还并没有学习指针的使用，所以大家不需要过分纠结于 time 函数的具体使用方式，在我们使用的时候，只需要返回时间戳就可以了，实现代码如下：

time(NULL);//调用time函数返回时间戳，这里没有接收返回值

        所以我们可以将生成随机数的代码修改如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main()
{
//使用time函数的返回值设置种子
//因为srand的参数是unsigned int类型，我们将time函数的返回值强制类型转换srand((unsigned int)time(NULL));printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());printf("%d\n", rand());return 0;
}

        这段代码就可以实现随机生成不同的随机数了，另外我们要注意的一点是，srand函数是不需要频繁使用的，一次运行的程序中调用一次就足够了。

4、设置随机数的范围

        如果我们要生成0至99之间的随机数，方法如下：

rand() % 100;		//余数的范围是0至99

        如果我们要生成1至100之间的随机数，方法如下：

rand() % 100 + 1;		//%100的余数是0至99,0至99的数字+1,范围是1至100

        如果我们要生成100至200之间的随机数，方法如下：

100 + rand() % (200 - 100 + 1)		//余数的范围是0至100，加100后就是100至200

        根据上面的内容，我们可以总结出这样一个公式，及当我们想要生成a至b的随机数时，可以使用这样的公式：

a + rand() % (b - a + 1)

（二）、猜数字游戏实现

        了解了生成随机数字的逻辑之后，实现这段代码就简单多了，当然实现这个功能需要使用到函数的相关知识，同时这个功能对C语言初学者来讲还是较为困难的，所以大家可以暂时以理解实现这个功能的代码为目标，代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
void menu()		//返回类型为void
{printf("**********************************************\n");printf("**********************************************\n");printf("**********************************************\n");printf("************  1  play（开始游戏） ************\n");printf("************  2  exit（退出游戏） ************\n");printf("**********************************************\n");printf("**********************************************\n");printf("**********************************************\n");
}
void game()		//返回类型为void —— 不需要返回
{srand((unsigned int)time(NULL));int r = rand() % 100 + 1;int guess = 0;while (1)		//这是一个死循环,除非使用break跳出{printf("请猜一个0至100之间的整数>:");scanf("%d", &guess);if (guess < r){printf("您猜小了，请重新输入\n");}else if (guess > r){printf("您猜大了，请重新输入\n");}else{printf("恭喜你，猜对了\n");printf("\n");break;}}
}
int main()
{int input = 0;do{menu();printf("\n请选择:>>");scanf("%d", &input);switch (input){case 1:game();break;case 2:printf("您选择了退出游戏，游戏结束\n");break;default:printf("输入错误，请从0和1之间选择\n");break;}}while (2 != input);return 0;
}

        当然这段代码值得改进的地方还有很多，比如说我可以加入一个猜数字次数的限制，如果6次猜不出来，就算挑战失败，添加功能后并优化运行结果视图效果的代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
void menu()		//返回类型为void
{printf("**********************************************\n");printf("**********************************************\n");printf("**********************************************\n");printf("************  1  play（开始游戏） ************\n");printf("************  2  exit（退出游戏） ************\n");printf("**********************************************\n");printf("**********************************************\n");printf("**********************************************\n");
}
void game()		//返回类型为void —— 不需要返回
{srand((unsigned int)time(NULL));int r = rand() % 100 + 1;int guess = 0;int count = 6;while (count != 0){printf("你还有%d次机会\n", count);printf("请猜一个0至100之间的整数>:");scanf("%d", &guess);if (guess < r){printf("您猜小了，请重新输入\n");}else if (guess > r){printf("您猜大了，请重新输入\n");}else{printf("恭喜你，猜对了\n");printf("\n");break;}count -= 1;}if (count == 0){printf("很遗憾，六次机会使用完了，挑战失败！\n");printf("答案是%d", r);printf("\n");}
}
int main(){int input = 0;do{menu();printf("\n请选择:>>");scanf("%d", &input);printf("\n开始猜数字游戏啦！\n\n");switch (input){case 1:game();printf("\n请等待三秒钟将重新开始程序！\n");Sleep(3000);system("cls");break;case 2:printf("您选择了退出游戏，游戏结束\n");break;default:printf("输入错误，请从0和1之间选择\n");break;}} while (2 != input);return 0;
}

九、goto语句

        C语言中提供了可以随意使用的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语句还是用得到的，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。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。

        下面是使用goto语句的一个例子：

#include<stdio.h>
int main()
{
flag:printf("hehe\n");goto flag;return 0;
}

        这个代码的运行结果会是一个不断打印”hehe”的死循环。过度使用 goto 语句会使代码难以理解和维护，因为它打破了程序的自然流程。

        当然goto语句也有使用的范围，goto语句只能在同一个函数内部跳转，不能实现跨越函数跳转。

        goto语句最实际的应用场景便是在跳出多重循环的场景，当然我们也可以使用循环、条件语句或其他控制流结构来替代 goto，从而使代码更加清晰。

for (...)
for (...){for (...){if (disaster)goto error;}
}
…
error :
if (disaster)

下面我们来看一个比较有意思的程序:

#include <stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
int main(){char input[10] = { 0 };system("shutdown -s -t 60"); // 定时关机命令
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"); //取消关机命令}else{goto again;}return 0;
}

        这段代码实现了在 Windows 系统中实现一个倒计时关机的交互式取消机制。但是我们不使用goto语句也可以实现同样的功能，因此我们在编程的过程中可以适当减少goto语句的使用。

#include <stdio.h>
#include<string.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;
}

        以上便是本篇笔记的全部内容，我们继续了第三部分的学习，对折半查找算法、猜数字游戏以及goto语句进行了详细的讲解。到这里我们就结束了第三部分的知识学习的部分。在下一篇笔记中，我们会进行学习第三部分的练习。