C语言快速入门 - 控制语句

2019-08-20 本文已影响0人 Void_Caller

什么是控制语句

回顾我们之前的程序，你会发现，我们的程序一直都是从上到下，一行接着一行执行的，并不能根据我们的意愿改变执行顺序，但是控制语句却有着这个功能。本文，就将介绍控制语句。

if...else

我们把if翻译成中文，那他的意思便是如果，也就是根据我们的条件来执行相应的语句。

例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 0;
    scanf("%d",&a);
    if (a != 0)
    {
        printf("You get something!\n");
    } else {
        printf("nothing!\n");
    }
    return 0;
}

之前，大家在学运算符的时候学到过==的运算符，所以在这里这个整个语句的意思就是：假如a的值不是0，那么我们就输出You get something!。

那么下面那个else又是什么意思呢？把它翻译成中文，那就是其他的意思，也就是说：假如a的值是10，那么我们就输出nothing!。

所以if的格式就是这样的:

if ([逻辑表达式])
{
    // 逻辑表达式为 真 的时候做的一些事
} else {
    // 逻辑表达式为 假 的时候做的一些事
}

if后面括号里跟的是一个逻辑表达式，根据上一节我们对它的理解来说(忘了就看一下)，除了0是假以外，其他任何一个数字都是真，也就是说，只要这个逻辑表达式不等于0，那它就会执行下面大括号里的值。

所以我们就可以这样来简写：

if (a)
{
    printf("You get something!\n");
} else {
    printf("nothing!\n");
}

这样的效果是一样的。

其实，我们还能再简写。

我们观察一下main函数，你会发现它也有一个大括号，我们写的东西都在这个里面，其实if的大括号也是这样的作用，他就是把一堆要执行的语句囊括在其中的。但是我们这个例子就只有一句话，而不是一大堆，所以其实我们可以把它去掉，就像下面这样：

if (a) printf("You get something!\n");
else printf("nothing!\n");

当然，else也不是必要的。所以下面那么写也是可以的：

if (a) printf("You get something!\n");

或者：

if (a)
{
    printf("You get something!\n");
}

其实，组合起来也是有的：

if (a == 1)
{
    printf("a = 1\n");
} else
{
    if (a == 2) printf("a = 2\n");
}

也可以外面：

if (a == 1)
{
    printf("a = 1\n");
} else if (a == 2)
{
    printf("a = 2\n");
}

反正挺自由的。

最后，我们再来谈谈这个大括号。

作用域

大括号也不能直接叫它大括号吧，它也有名字的，那就是我们的标题——作用域。

我们还是先来看一段例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 0;
    scanf("%d",&a);
    if (a)
    {
        int b = 1;
        printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    } else {
        int b = 2;
        printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
    }
    // printf("%d", b); // 这句话错误！！
    return 0;
}

我们可以观察到，每个大括号里都定义了一个名叫b的变量，照道理来说是不能定义名字一样的变量的，但是这边为啥又可以了呢？
原因就在于，他们是属于不同的作用域的，他们之间没有联系的。所以，上面的b归上面，下面的归下面。

那a为什么能用呢？因为a所在的这个作用域是属于main函数的整个作用域的，自作用域可以使用父作用域里定义的变量。但是父作用域用不了子作用域里的变量，也就是例子中最后一句话错误的原因。

这个概念和数学里的集合有点像，理解起来也不是很复杂的。

goto

我们先翻译一下goto是什么意思吧。这其实是两个词的组合，go和to，所以他的意思就是去一个地方，所以我们在程序中就可以运用goto来进行跳转，从一个语句跳转到另一个语句，而不是规规矩矩按顺序从上到下执行。

但是具体跳转到哪里呢？跳转总要有目的地吧，这里就有与一个叫标签的概念了。

我们先来看一段例子。

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("Hello Control!\n");
    int i = 0;
mLabel:
    printf("Times: %d.\n", i);
    i ++;
    if (i < 5) goto mLabel;
    return 0;
}

mLabel就是那个标签，一个标签由一个标签名和一个:组成，其命名规则和变量命名规则一样。
当程序从上到下运行时，遇到标签之后并不会做什么，而是跳过它，继续执行下面的语句。
当程序执行的时候遇到了goto，那就会跳转到goto后面的标签所在的位置，然后继续执行标签下面的语句们，也就是例子中的printf("Times: %d.\n", i);。

测试下这个程序：

输出

Hello Control!
Times: 0.
Times: 1.
Times: 2.
Times: 3.
Times: 4.

switch...case

我们设想一下，假如说一个变量有很多种可能性，而你的被要求把这么多种可能性都判断一遍，那么我们可以用if语句来实现：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 0;
    scanf("%d",&a);
    if (a == 1)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 2;
    } else if (a == 2)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 3;
    } else if (a == 3)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 4;
    } else if (a == 4)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 5;
    } else if (a == 5)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 6;
    } else if (a == 6)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 7;
    } else if (a == 7)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 8;
    }
    return 0;
}

这样，就可以针对不同的情况来实现不同的功能了(上文例子的这个功能其实完全可以不用这么实现，但是我是为了更直观的展示使用if判断多种情况)。

这个程序里，只要我们输入 $[1,7]$ 内的数字，就可以输出它，并让a的值等于输入值+1。

这里我还将展示一种错误的写法：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 0;
    scanf("%d",&a);
    if (a == 1)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 2;
    }
    if (a == 2)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 3;
    }
    if (a == 3)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 4;
    }
    if (a == 4)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 5;
    }
    if (a == 5)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 6;
    }
    if (a == 6)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 7;
    }
    if (a == 7)
    {
        printf("%d\n", a);
        a = 8;
    }
    return 0;
}

注意观察，这边我把所有的else都去掉了，由于程序是按顺序执行下去的，所以，如果我们如果输了一个1，那它会把后面所有的234567全都输出出来的，和我们要的功能就相背了。

但不管怎么说，如果你写对了，这代码也太麻烦了吧，所以switch...case语句应运而生！

现在我们就把这个正确的例子改写为switch...case版本吧：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a = 0;
    scanf("%d",&a);
    switch (a) {
        case 1:
            printf("%d\n", a);
            a = 2;
            break;
        case 2:
            printf("%d\n", a);
            a = 3;
            break;
        case 3:
            printf("%d\n", a);
            a = 4;
            break;
        case 4:
            printf("%d\n", a);
            a = 5;
            break;
        case 5:
            printf("%d\n", a);
            a = 6;
            break;
        case 6:
            printf("%d\n", a);
            a = 7;
            break;
        case 7:
            printf("%d\n", a);
            a = 8;
            break;
        default:
            break;
    }
    return 0;
}

虽然说也挺长的，但是，这样写会更严谨些。

接下来我们就来说一下这个的格式吧。

switch ([待判断的变量])
{
    case [值]:
        // 当[待判断的变量] = [值]的时候做的一些事
        break; // 跳出switch语句
    default:
        // 当[待判断的变量]的值不符合上面的任何一个情况时做的一些事
}

最上面的switch后面的括号里填的是一个待判断的变量。
switch下面的是一对大括号，里面写的就是可能的情况。
case的意思就是情况，所以在case后面写的就是待判断的变量可能的值，在这个值后面再紧跟一个:用来指示这个情况要执行的代码都在后面。
default的意思是默认，也就是如果这个变量实际的值不满足上面的任何一个情况时，将会执行的代码。
break这个语句将会跳出switch语句，具体是什么意思呢，我们先来看下不加break的情况：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int a;
    scanf("%d", &a);
    switch (a) {
        case 0:
            printf("0");
        case 1:
            printf("1");
        case 2:
            printf("2");
        case 3:
            printf("3");
        case 4:
            printf("4");
        default:
            printf("de\n");
            break;
    }
    return 0;
}

测试下这个程序：

输入

0

输出

01234de

输入

2

输出

234de

输入

10

输出

de

观察规律，我们发现，一旦满足这个case的条件之后，他就会一直往下执行，把之后的case和default全部执行掉。总感觉每个case咋这么像goto的标签哈，处理方式和长相(都有:)都这么像所以说，还是加一个break来跳出switch语句，以免搞出些奇怪的东西。

循环

循环，其实也就是反复执行一段一样的代码罢了。在前面，我其实已经用goto实现了一个类似循环的结构了：

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("Hello Control!\n");
    int i = 0;
mLabel:
    printf("Times: %d.\n", i);
    i ++;
    if (i < 5) goto mLabel;
    return 0;
}

其中的

printf("Times: %d.\n", i);
i ++;

被我们重复地执行了5次，这其实就是我们称的循环体，也就是要反复执行的那部分代码。

但是这样goto来goto去的实现循环，总觉得有点麻烦，还容易出错，所以用专门的循环语句会更好。

在C语言中，总共有3种循环语句，下面我将我给大家一一介绍。

while

while语句是一中比较简单的语句，格式如下：

while ([逻辑表达式])
{
    // 循环体
}

只要[逻辑表达式]的值为真（再回顾一下，只要[逻辑表达式]的值不是0，它就是真，只有值是0的时候，才为假），那就不停的执行循环体里的代码。

那么我们先看下一个简单的数字复读机的例子吧：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int num;
    scanf("%d", &num);
    while (num != -1)
    {
        printf("%d\n", num);
        scanf("%d", &num);
    }
    return 0;
}

观察代码，只要num的值不为-1，那就一直输入数字，并输出这个数字。这样，我们就完成了这个数字复读机了。

当然，我们还可以这么写：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int num;
    while (1)
    {
        scanf("%d", &num);
        if (num == -1) break;
        printf("%d\n", num);
        
    }
    return 0;
}

在switch...case语句中，我们学过了break语句，它是用于跳出switch语句的，同样的，break语句同样适用于循环语句。在这个例子中，当读入当数字等于-1的时候，我们就用break语句跳出循环，并且在break之后的语句都将不会被执行。

同时，在这个例子中，假如没有这个break，那这个程序将会一直被执行下去，一直到你强制把它关闭为止，因为你在上面的while后面的值为1，也就是真，那么这样的结构就是死循环。

while (1)
{
    // 需要反复执行的代码
}

上面的这个就是一个死循环，除了break语句以外都不能使这个循环结束。

do...while

do...while和while循环十分相似，只是有一点点不相同，那就是执行顺序。

由于程序是从上到下执行的，所以，while语句它是先执行那个条件判断语句的。

#include <stdio.h>

int main()
{
    int num;
    scanf("%d", &num);
    while (num != -1)
    {
        printf("%d\n", num);
        scanf("%d", &num);
    }
    return 0;
}

这是之前的那个程序，那么程序从上到下依次执行的是int num;定义变量，然后再是scanf("%d", &num);读入数据，并赋值给num。接下去便是我们的循环，他先碰到的是while括号里的内容，也就是num != 1，于是它先做一遍判断，如果num不等于-1的时候，那就执行循环体里的东西，反之便跳过大括号，执行下面的return 0;去了。

但是这边写了两个scanf("%d", &num);，略显麻烦，所以do...while正是来解决这个问题的。

格式：

do
{
    // 循环体
} while ([逻辑表达式]);

将刚刚那个程序修改成do...while的格式就是这样的：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int num;
    do
    {
        scanf("%d", &num);
        printf("%d\n", num);
    } while (num != -1);
    return 0;
}

当然，在功能上与之前的那个程序还是有一点差别的，不知道大家有没有看出来。

唯一的区别就是，我这个程序他在输入-1的时候也会复读出-1。

do...while语句它是先执行完循环体里的内容，再去判断while后面跟的条件的。而while语句是先判断一边条件再去执行循环体的。这就是他们区别，根据不同的编程场合，应合理运用。

这张GIF可以看出他们的不同，布尔值其实就是一种只有真/假两个状态的值

for

现在有一个很简单的问题：

输入一个数字 $n$ ，求 $1 + 2 + 3 + ... + n$ 的和。

测试样例：
输入

10

输出

55

输入

100

输出

5050

我们可以尝试先用while语句实现下：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int n;
    scanf("%d",&n);
    int i = 1;
    int sum = 0;
    while (i <= n) {
        sum += i;
        i ++;
    }
    printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

我们要先定一个变量i，用于代表当前加到的数字，变量sum则用于记录总和。
接下来就是判断，只要i ≤ n就对sum进行累加。而i ++;则是让要加的数字+1。

其实对于这种要循环制定次数的循环结构，那么我们则可以使用for循环来达到我们的目的。

先来看下格式：

for ([执行循环体之前的表达式，一般用于循环中要用到的变量的初始化];[逻辑表达式];[循环体尾部的表达式])
{
    // 循环体
}

说了那么多，估计大家都晕了还是看张图比较明白：

生动的ppt动画。。。

这样就直观多了。

那么我们再来看看之前那个例子用for循环实现是怎么样的：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int n;
    scanf("%d", &n);
    int sum = 0;
    for (int i = 1;i <= n;i ++)
    {
        sum += i;
    }
    printf("%d\n", sum);
    return 0;
}

其中，int i = 1与之前定义的变量一样，是用来记录当前要加的数，i <= n和之前的while后面的逻辑表达式作用一样，i ++也和之前的没区别，也就是在循环尾部对要加的数字进行自加。

但是这样写有一个好处是，程序更容易阅读，并且变量i也只能在for下面的那个作用域起作用，离开了这个作用域这边定义的变量i就无法再次使用了。

和if语句一样，for循环也是可以简写的(while也行)，只要作用域里只有一句话，那就可以使用简写，也就是行语句。

上面的那个for语句可以写成下面的这个形式:

for (int i = 1;i <= n;i ++) sum += i;

break 和 continue

之前在讲switch语句的时候提到过break的用法，然后在while里也简单提过，现在我就来详细地说明一下。

在switch里面我们讲过，break是跳出整个switch语句对作用域，也就是说不再往后执行下去，而在while和for里面也是这样的。break语句可用于各种循环语句以及switch语句，就是跳出循环语句，使作用域内之后的语句不再起作用，然后继续执行循环体后面的语句。

continue也十分类似，它也会使它后面的语句失效，并跳转，但是跳转的位置和break不同，break是跳转到循环体末尾，而continue则是跳转到整个循环的最前面，并再判断一遍那个条件，之后继续执行循环体里面的语句。

还是图比较明了

简单的例子：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 0;
    while (i < 3)
    {
        i ++;
        if (i == 2) continue;
        printf("%d\n",i);
    }
    return 0;
}

输出

1
3

利用continue就把2给避开了，但3还是能正常输出。

但是假如用break，那么3就不会被输出了：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i = 0;
    while (i < 3)
    {
        i ++;
        if (i == 2) break;
        printf("%d\n",i);
    }
    return 0;
}

输出

1

当i = 2的时候，循环就被退出了。

结语

到这里，大家已经掌握了基本的编程技巧了，可以适当的做一些编程题练练手了。这里我推荐个网站可以练习一些基础编程题：PTA注册个账号就能开始练习了，这样就可以巩固一些编程知识了。同时也欢迎大家阅读下一篇文章《C语言快速入门 - 函数》。