零基础学C语言——循环与控制结构

这是一个C语言系列文章，如果是初学者的话，建议先行阅读之前的文章。笔者也会按照章节顺序发布。

本篇详细讲解循环结构与控制结构。对于每一种编程语言来说，这都是必不可少的结构。

循环结构

循环结构是为了简化重复工作而给出一种语句。

前面函数一文中曾提及，函数是对一种功能的封装，以便日后直接使用这种功能。看似都是简化重复工作，但它们之间并非替代关系。

例如有一个需求：向文件中写入一千万行相同数据。

未学习循环时，只有将写数据函数在代码文件中写一千万行来完成。

这样的代码…

编辑代码极慢，且生成的二进制文件相较于同功能使用循环的代码来说要大很多（一千万个call指令）。

然而利用循环，上述的需求三行代码即可搞定。

来简单看看循环结构的执行流程：

通常，程序执行到循环结构时会先判断循环条件是否满足，满足循环条件，则进入循环内部执行相应语句（上例的调用写文件函数），然后继续判断循环条件（是否不足一千万次）是否满足，如此往复，直至循环条件不满足时，跳出循环。

在C语言中有三种循环结构：

• while
• do-while
• for

while

while语句的一般形式如下：

while (循环条件) {
  ...//循环内的语句
}

//如果循环内只有一条语句，也可省略大括号，其实{}及其内部语句这个整体也可以看作为一个语句，叫块语句

while (循环条件)
  ...;//某一条语句

关于大括号{}形成的块语句，我将在后续作用域相关的文章中提及。

例如：

int i = 0;
while (i < 10) {
  ++i;
}
//也可写成
while (i < 10)
  ++i;

do-while

我们先看下do-while的一般形式：

do {
  ...//循环内语句
} while (循环条件);

do-while与while的差别在于，循环条件的检查是前置还是后置。

while的执行流程与上面的流程图一致，即先验证循环条件是否满足，满足则进入循环。

而do-while则是先执行循环内语句，然后检查循环条件，满足循环条件则继续执行循环内语句，如此往复，直至循环条件不满足时退出循环。

for

先看一下for循环结构的一般形式：

for (表达式1;表达式2;表达式3) {
  ...//循环内语句
}
//如果循环内只有一条语句，可省略大括号
for (表达式1;表达式2;表达式3)
  ...;//某一条语句

for循环中三个表达式均可以根据需求给出或者省写。三个表达式的含义如下：

• 表达式1——循环的前置处理，即在检查循环条件前被执行，一般都是用来初始化循环条件相关的变量
• 表达式2——循环条件，每一轮执行循环内语句前都要验证表达式2的值是否为真，为真则执行循环内语句
• 表达式3——循环后置处理，每一轮循环内语句执行后，在检测循环条件（表达式2）前被执行，一般用于修改循环条件相关的变量值

看个例子：

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

这个例子中，利用for循环让程序执行10次printf函数的调用，而printf将会在终端打印每一次循环时i的值。再来看几个例子：

int i = 0;
for (; i < 10; ) {
printf(“%d\n”, i);
++i;
}

int i;
for (i = 0; i < 10; ++i)
printf(“%d\n”, i);
这两个例子的功能与上一个代码区的代码功能完全一样，只是for循环结构写法略有不同而已。

控制结构

控制结构是用来对程序执行流程进行控制的，例如满足什么条件执行哪些语句。

看一下控制结构的一般流程：

程序进入控制结构后一般先进行条件判断，如果满足条件则执行一段语句，如果不满足条件则不执行语句或执行另一段语句。这类流程一般称为分支结构。除却分支结构外，流程控制还包含一些其他功能。

在C语言中，流程控制包含如下内容：

• if-else
• switch
• break
• continue
• goto

if-else

这是最典型的分支结构，其形式非常直观。

假设我们定义了如下两个变量：

int a = 90, b = 80;

我希望a>b时向终端输出a的值，那么代码可以写成：

if (a > b) {
  printf("%d\n", a);
}

如果同时我希望a<=b时，输出b的值呢？

if (a > b) {
  printf("%d\n", a);
} else {
  printf("%d\n", b);
}

if-else语句的一般形式：

if (判断条件) {
  ...//条件成立时的一段语句
} else {
  ...//条件不成立时的一段语句
}

其中，如果{}中只有一条语句，那么大括号可以省写。

if-else也可以嵌套，看下面这个例子：

if (a > b) {
  if (a-b > 10) { //潜入if判断，a-b的值大于10则调用printf
     printf("%d\n", a-b);//打印a-b的值
  }
} else {
  if (a%b == 1) { //此处大括号不可省写，因为内部包含多于1条语句
    a = 100;
    printf("%d\n", a%b);
  } else //此处大括号可以省写，因为只有一条函数调用语句
    printf("%d\n", b);
}

如果我对a - b的结果有多种处理时，除了上述的嵌套，还可以怎么写呢？

if (a-b == 10) {
  printf("%d\n", a);
} else if (a-b == 9) {
  printf("%d\n", b);
} else if (a-b == 8) {
  printf("%d\n", a);
} else {
  printf("%d\n", b);
}

这里其实也是嵌套，因为else后跟的是一条if语句，因此大括号省略。将if直接写在else后，代码读起来更容易理解。

switch

如果上例中的分支条件有很多的话，则会写出一长串if-else，这样的代码会很蠢笨，有没有更优雅的写法呢？来一起看看switch吧，重写上面a-b的例子：

switch (a-b) {
  case 10:
    printf("%d\n", a);
    break;
  case 9:
    printf("%d\n", b);
    break;
  case 8:
    printf("%d\n", a);
    break;
  default:
    printf("%d\n", b);
    break;
}

这段代码的含义与上面的if-else版本的完全一样，但这样看着是不是更简洁一些？

来看下switch的一般形式：

switch (表达式) {
  case 数值1:
    ...//一些语句
  case 数值2: {
    ...//一些语句
  }
  ...
  default:
    ...//一些语句
}

表达式的值的数据类型必须为基本数据类型，且不能为指针类型。上例中，表达式a-b的值为整型。

switch中对每个分支做的都是等值判断。

case关键字后跟的数值，这些数值的数据类型都必须是基本数据类型，且不能为指针类型。

上面的例子中用到了break，我们马上就会说到。break本是用来跳出循环的，但也可用于switch结构中。如果a-b的例子（a=90, b=80）中不加入break，那么终端输出结果就会是：

90
80
90
80

即，会从第一个满足等值匹配的case处执行其中语句，并在下一个case处不进行等值判断，直接执行其中语句，如此直至switch中的后续分支都被执行完。

此外，case后可以写{}也可不写，但这两者的差别并不是在于case中语句数量，而是是否可以定义新的变量。

switch (a - b) {
  case 10:
    int c = a - b;
    break;
  default:
    break;
}

这样的写法是不符合语法的，case内如果不加{}，则不允许定义变量。如果一定要定义，可以如下写：

switch (a - b) {
  case 10: {
    int c = a - b;
    break;
  }
  default:
    break;
}

break

在switch中提到过，break是用来跳出循环的，我们举个例子：

int i;
for (i = 0; i < 10; ++i) {
  if (i % 10 == 3)
    break;
}

这段代码利用for循环结构做10次循环，但是我希望在第4次循环（i=3）时退出循环。我们可以利用if语句做判断，然后利用break关键字配以分号所组成的语句跳出循环。

continue

除了跳出循环，有时我们发现循环中有一些变量的内容未达到预期时，希望暂时不执行循环内的一些语句处理。例如：

int i = 0, j = 0;
for (i = 0; i < 10; ++i, ++j) {//for中的是表达式，逗号表达式也可以被应用在此
  if (j < 5)
    continue;
  j *= 10;
}

这个例子中，我期望j在小于5时不要乘10，此时，我可以用if语句来判断j的内容，如果小于5，则用continue关键词配以分号所组成的语句，让循环中的执行流程不继续往下执行，而是直接走到for的第三个表达式处理，然后流程再进入for的第二个表达式判断，满足第二个表达式条件后继续进入for中从头执行语句，如此往复，直到j满足条件后，才每轮循环都执行j *= 10;这条语句。

goto

有时，我们不在循环中时，也会有跳转的需求，尽管这类需求极少。在日常工程中，也不推荐使用goto关键词，因为滥用goto会让代码维护难度增加。

我们来看一个goto的例子：

int main(void)
{
  int a = 10;
again:
  ++a;
  if (a < 12)
    goto again;
  return 0;
}

这里，again是一个标号（label），其命名规则与变量命名规则一致，其后必须跟随冒号。标号在其所在作用域（即其所在函数）内唯一。

goto的必须配合label一同使用，因为编译器需要知道流程跳转到什么位置。

上面的这段代码的含义就是，定义了整型变量a，然后a自加，判断a的值是否小于12，小于的话，跳转到again的位置继续执行其后的语句（也就是从++a;开始的部分）。如果a >= 12了，那么正常返回。

一个综合使用的例子

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int i;
    char s[] = "Hello World";
    for (i = 0; i < sizeof(s); ++i) {
        if (s[i] == '\0')
            break;
        switch (s[i]) {
            case 'H':
            case 'W':
                printf("up-case\n");
                break;
            case ' ':
                printf("blank\n");
                break;
            default:
                printf("low-case\n");
                break;
        }
    }
    return 0;
}

其中，case部分如果不写任何语句，那么流程在匹配后会继续向下一个case前进，但不会对下一个case的值进行等值验证，直接进入其语句部分执行。

今天所提及的这些循环结构与控制结构都是可组合使用的。学习语言要将知识点融会贯通，这需要一个过程，需要多进行尝试，尝试出错不要怕，想清原因并尝试如何修正将会大大提升编程水平与信心。

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