C语言的起点——分支和循环

前言：

       通过之前的学习，相信大家对C语言已经有了初步的了解，学习C语言就像了解一个人一样，要从内到外，由表及里，才能充分的了解，今天，我们来进行正式认识C语言的第一步——分支与循环，在开始时之前，还请一件三连。话不多说，开始我们今天的学习！

一、逻辑操作符

       逻辑运算符提供逻辑判断功能，⽤于构建更复杂的表达式，主要有下⾯三个运算符。

        ! ：逻辑取反运算符（改变单个表达式的真假）。

       && ：与运算符，就是并且的意思（两侧的表达式都为真，则为真，否则为假）。

        || ：或运算符，就是或者的意思（两侧⾄少有⼀个表达式为真，则为真，否则为假）。

        注：C语⾔中，⾮0表⽰真，0表⽰假。

       1.1 逻辑取反运算符 ！

               用代码可如下表示：

1. #include<stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int flag = 0;
5.  if (flag)
6.  {
7.    printf("do nothing\n");
8.  }
9.  if (!flag)
10.   {
11.     printf("do everthing\n");
12.   }
13.   return 0;
14. }

       结果如下：

       从结果可以看出，代码执行的是二语句（if语句随后会细说），if语句执行的是真语句，如果 flag 为真， !flag 就是假，如果 flag 为假， !flag 就是真 所以上⾯的代码的意思就是 flag 为假，执⾏if语句中的代码。        

       现在是不是对逻辑取反运算符 ！有了些理解了。

1.2与运算符

       && 就是与运算符，也是并且的意思， && 是⼀个双⽬操作符，使⽤的⽅式是 a&&b , && 两边的表达 式都是真的时候，整个表达式才为真，只要有⼀个是假，则整个表达式为假。 ⽐如：如果我们说⽉份是3⽉到5⽉，是春天，那使⽤代码怎么体现呢？

1. int month = 0;
2. scanf("%d", &month);
3. if(month >= 3 && month <= 5)
4. {
5. printf("春季\n");
6. }

       这⾥表达的意思就是month既要⼤于等于3，⼜要⼩于等于5，必须同时满⾜。

1.3或运算符

       || 就是或运算符，也就是或者的意思， || 也是⼀个双⽬操作符，使⽤的⽅式是 a || b ， || 两边的表达式只要有⼀个是真，整个表达式就是真，两边的表达式都为假的时候，才为假。 ⽐如：我们说⼀年中⽉份是12⽉或者1⽉或者2⽉是冬天，那么我们怎么使⽤代码体现呢？

1. int month = 0;
2. scanf("%d", &month);
3. if(month == 12 || month==1 || month == 2)
4. {
5. printf("冬季\n");
6. }

1.4 短路问题

       C语⾔逻辑运算符还有⼀个特点，它总是先对左侧的表达式求值，再对右边的表达式求值，这个顺序是 保证的。 如果左边的表达式满⾜逻辑运算符的条件，就不再对右边的表达式求值。这种情况称为“短路”。 如前⾯的代码:

if(month >= 3 && month <= 5)

       表达式中&& 的左操作数是 month >= 3 ，右操作数是 month = 3 的 结果是0的时候，即使不判断 month <= 5 ，整个表达式的结果也是0（不是春季）。 所以，对于&&操作符来说，左边操作数的结果是0的时候，右边操作数就不再执⾏。 对于 || 操作符是怎么样呢？我们结合前⾯的代码：

if(month == 12 || month==1 || month == 2)

       如果month == 12，则不⽤再判断month是否等于1或者2，整个表达式的结果也是1（是冬季）。

        所以， || 操作符的左操作数的结果不为0时，就⽆需执⾏右操作数。 像这种仅仅根据左操作数的结果就能知道整个表达式的结果，不再对右操作数进⾏计算的运算称为短 路求值。

       现在，是不是对逻辑操作符有了些理解了，那我们继续学习分支吧！

二、分⽀结构

2.1 if语句

       if 语句的语法形式如下:

1. if ( 表达式 )
2.  语句

       表达式成⽴（为真），则语句执⾏，表达式不成⽴（为假），则语句不执⾏

       在C语⾔中，0为假，⾮0表⽰真，也就是表达式的结果如果是0，则语句不执⾏，表达式的结果如果是 不是0，则语句执⾏。

       学习到这里，咱们来做一做练习吧

       咱们来实现一个能否判断是偶数的程序吧。

       大家先想一想吧。

       实现如下：

1. #include<stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int a = 0;
5.  scanf("%d", &a);
6.  if (a / 2 == 0)
7.  {
8.    printf("偶数");
9.  }
10.   return 0;
11. }

2.2 else 语句

       如果⼀个数不是奇数，那就是偶数了，如果任意⼀个整数，我们要清楚的判断是奇数还是偶数怎么表 ⽰呢？ 这⾥就需要 if...else... 语句了，语法形式如下：

1. if ( 表达式 )
2.  语句1
3. else

       学习了else语句，咱们对上面程序升级一下，试一试能不能判断奇偶

实现如下：

1. #include<stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int a = 0;
5.  scanf("%d", &a);
6.  if (a / 2 == 0)
7.  {
8.    printf("偶数");
9.  }
10.   else
11.     printf("奇数");
12.   return 0;
13. }

2.3 分⽀中包含多条语句

       这个标题是什么意思呢？分支包含多条语句，顾名思义即一个分支里有多条语句。主要是向大家介绍如何包含多条语句，就好比，这有一支笔，你如何证明它属于你，是不是应当有标志，不然哪天笔丢掉了，被别人捡到，你该如何证明。为了避免这种情况的出现，特意规定：默认在 if 和 else 语句中默认都只控制⼀条语句，那如果我们要if语句同时控制2条语句，怎么办呢？那就要使⽤ {} 将代码括起来， else 后也可以跟上⼤括号。

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4. int age = 0;
5. scanf("%d", &age);
6. if(age >= 18) //if 后使⽤{} 控制多条语句-这个块也叫：程序块，或者复合语句
7.  {
8. printf("成年了\n");
9. printf("可以交⼥朋友了\n");
10.  }
11. return 0;
12. }

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4. int age = 0;
5. scanf("%d", &age);
6. if(age >= 18) //if 后使⽤{} 控制多条语句-这个块也叫：程序块，或者复合语句
7.  {
8. printf("成年了\n");
9. printf("可以交⼥朋友了\n");
10.  }
11. else //else 后使⽤{}控制多条语句-这个块也叫：程序块，或者复合语句
12.  {
13. printf("未成年\n");
14. printf("不可以早恋哦\n");
15.  }
16. return 0;
17. }

       大家可自行体验两个代码不同之处，在这里不做过多赘述。

2.4嵌套if

       在 if else 语句中， else 可以与另⼀个 if 语句连⽤，构成多重判断。 ⽐如：要求输⼊⼀个整数，判断输⼊的整数是0，还是正数或者负数。请看如下代码：

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4. int num = 0;
5. scanf("%d", &num);
6. if(num == 0)
7. printf("输⼊的数字是0\n");
8. else if(num > 0) //这⾥的if 相当于嵌套在els语句中，形成了嵌套结构
9. printf("输⼊的数字是正数\n");
10. else
11. printf("输⼊的数字是负数\n");
12. 
13. return 0;
14. }

       以上就是嵌套if语句的语法，有了嵌套if语句，就可以完成更多复杂逻辑的判断。

       给大家来一道练习题巩固一下吧，如下：

       输⼊⼀个⼈的年龄 如果年龄<18岁，打印"少年" 如果年龄在18岁⾄44岁打印"⻘年" 如果年龄在45岁⾄59岁打印"中⽼年" 如果年龄在60岁⾄89岁打印"⽼年" 如果90岁以上打印"⽼寿星"。

       参考代码：

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int age = 0;
5.  scanf("%d", &age);
6.  if (age < 18)
7.  {
8.    printf("少年\n");
9.  }
10.   else
11.   {
12.     if (age <= 44)
13.     {
14.       printf("⻘年\n");
15.     }
16.     else
17.     {
18.       if (age <= 59)
19.       {
20.         printf("中⽼年\n");
21.       }
22.       else
23.       {
24.         if (age <= 90)
25.           printf("⽼年\n");
26.         else
27.           printf("⽼寿星\n");
28.       }
29.     }
30.   }
31.   return 0;
32. }

2.5悬空else问题

       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。 我们⾸先从下⾯代码开始

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int a = 0;
5.  int b = 2;
6.  if (a == 1)
7.    if (b == 2)
8.      printf("hehe\n");
9.  else
10.       printf("haha\n");
11.   return 0;
12. }

       程序运⾏的结果是啥？大家可以先猜测一下，是不输出？是hehe？还是haha？

       结果如下：

       为什么呢？ 这就是悬空 else 的问题，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。 上⾯的代码排版，让 else 和第⼀个 if 语句对⻬，让我们以为 else 是和第⼀个if匹配的，当 if 语句不成⽴的时候，⾃然想到的就是执⾏ else ⼦句，打印 haha ，但实际上 else 是和第⼆个 if 进⾏匹配的，这样后边的 if...else 语句是嵌套在第⼀个 if 语句中的，如果第⼀个 if 语句就不 成⽴，嵌套 if 和 else 就没机会执⾏了，最终啥都不打印。

       只要带上适当的⼤括号，代码的逻辑就会更加的清晰，所以⼤家以后在写代码的时候要注意括号的使 ⽤，让代码的可读性更⾼。

       2.6 switch语句

       除了 if 语句外，C语⾔还提供了 switch 语句来实现分⽀结构。 switch 语句是⼀种特殊形式的 if...else 结构，⽤于判断条件有多个结果的情况。它把多重 的 else if 改成更易⽤、可读性更好的形式。

1. switch (expression) {
2. case value1: statement
3. case value2: statement
4. default: statement
5. }

       上⾯代码中，根据表达式 expression 不同的值，执⾏相应的 case 分⽀。如果找不到对应的值， 就执⾏ default 分⽀。

        注：

                • switch 后的 expression 必须是整型表达式

               • case 后的值，必须是整形常量表达式

2.7   if语句和switch语句的对⽐

      题目： 输⼊任意⼀个整数值，计算除3之后的余数

       代码如下：

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int a = 0;
5.  scanf("%d", &a);
6.  if (a%3 == 0)
7.  {
8.    printf("被整除");
9.  }
10.   else if (a%3 == 1)
11.   {
12.     printf("余数为1");
13.   }
14.   else
15.     printf("余数为2");
16.   return 0;
17. }

switch如下：

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int a = 0;
5.  scanf("%d", &a);
6.  switch (a % 3)
7.  {
8.  case 0:
9.    printf("整除，余数为0\n");
10.     break;
11.   case 1:
12.     printf("余数是1\n");
13.     break;
14.   case 2:
15.     printf("余数是2\n");
16.     break;
17.   }
18.   return 0;
19. }

       上述的代码中，我们要注意的点有：

        1. case 和后边的数字之间必须有空格

       2. 每⼀个 case 语句中的代码执⾏完成后，需要加上 break ，才能跳出这个switch语句。

       前⾯的代码中，如果我们去掉case语句中的break，会出现什么情况呢？        

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int a = 0;
5.  scanf("%d", &a);
6.  switch (a % 3)
7.  {
8.  case 0:
9.    printf("整除，余数为0\n");
10.   case 1:
11.     printf("余数是1\n");
12.   case 2:
13.     printf("余数是2\n");
14.   }
15.   return 0;
16. }

       我们发现，7除以3本来余数是1，但是我们发现程序运⾏的结果多了⼀⾏“余数是2”的打印。 这是为什么呢？ 原因是 switch 语句也是分⽀效果的，只有在 switch 语句中使⽤ break 才能在跳出 switch 语 句，如果某⼀个 case 语句的后边没有 break 语句，代码会继续玩下执⾏，有可能执⾏其他 case 语句中的代码，直到遇到 break 语句或者 switch 语句结束。就⽐如上⾯的代码就执⾏了 case 2 中的语句。 所以在 switch 语句中 break 语句是⾮常重要的，能实现真正的分⽀效果。 当然， break 也不是每个 case 语句都得有，这就得根据实际情况来看了。

       在使⽤ switch 语句的时候，我们经常可能遇到⼀种情况，⽐如 switch 后的表达式中的值⽆法匹 配代码中的 case 语句的时候，这时候要不就不做处理，要不就得在 switch 语句中加⼊ default ⼦句。

1. switch (expression) {
2. case value1: statement
3. case value2: statement
4. default: statement
5. }

       switch 后边的 expression 的结果不是 value1 ，也不是 value2 的时候，就会执⾏ default ⼦句。

       在今后我们做练习时，我们要提示输入错误加上default即可。

       练习： 输⼊⼀个1~7的数字，打印对应的星期⼏ 例如： 输⼊：1 输出：星期⼀ 输⼊：2 输出：星期⼆ 输⼊：3 输出：星期三 输⼊：4 输出：星期四 输⼊：5 输出：星期五 输⼊：6 输出：星期六 输⼊：7 输出：星期天 参考代码如下：

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int day = 0;
5.  scanf("%d", &day);
6.  switch (day)
7.  {
8.    case 1:
9.    case 2:
10.     case 3:
11.     case 4:
12.     case 5:
13.       printf("⼯作⽇\n");
14.       break;
15.     case 6:
16.     case 7:
17.       printf("休息⽇\n");
18.       break;
19.     default:
20.       printf("输⼊错误\n");
21.       break;
22. 
23.   }
24.   return 0;
25. }

       上⾯的练习中，我们发现应该根据实际的情况，来在代码中觉得是否使⽤ break ，或者在哪⾥使⽤ break ，才能正确完成实际的需求。

       switch语句中的case和default的顺序问题

       在 switch 语句中 case ⼦句和 default ⼦句有要求顺序吗？ default 只能放在最后吗？ 其实，在 switch 语句中 case 语句和 default 语句是没有顺序要求的，只要你的顺序是满⾜实 际需求的就可以。 不过我们通常是把 default ⼦句放在最后处理的。

三、关系操作符与条件操作符

3.1关系操作符

       C 语⾔⽤于⽐较的表达式，称为 “关系表达式”（relational expression），⾥⾯使⽤的运算符就称 为“关系运算符”（relational operator），主要有下⾯6个。

1. > ⼤于运算符
2. < ⼩于运算符
3. >= ⼤于等于运算符
4. <= ⼩于等于运算符
5. == 相等运算符
6. != 不相等运算符

       关系表达式通常返回 0 或 1 ，表⽰真假。 C 语⾔中， 0 表⽰假，所有⾮零值表⽰真。⽐如， 20 > 12 返回 1 ， 12 > 20 返回 0 。 关系表达式常⽤于 if 或 while 结构。

      注意：相等运算符 == 与赋值运算符 = 是两个不⼀样的运算符，不要混淆。有时候，可能会不⼩⼼写 出下⾯的代码，它可以运⾏，但很容易出现意料之外的结果。

       需要避免的错误是：多个关系运算符不宜连⽤。

i < j < k

       上⾯⽰例中，连续使⽤两个⼩于运算符。这是合法表达式，不会报错，但是通常达不到想要的结果， 即不是保证变量 j 的值在 i 和 k 之间。因为关系运算符是从左到右计算，所以实际执⾏的是下⾯的 表达式。

(i < j) < k

       上⾯式⼦中， i < j 返回 0 或 1 ，所以最终是 0 或 1 与变量 k 进⾏⽐较。如果想要判断变量 j 的值是否在 i 和 k 之间，应该使⽤下⾯的写法。

i < j && j < k

3.2条件操作符        

       条件操作符也叫三⽬操作符，需要接受三个操作数的，形式如下：

exp1 ? exp2 : exp3

       条件操作符的计算逻辑是：如果 exp1 为真， exp2 计算，计算的结果是整个表达式的结果；如果 exp1 为假， exp3 计算，计算的结果是整个表达式的结果。

四、循环语句

       4.1 while循环

       C语⾔提供了3种循环语句， while 就是其中⼀种，接下来就介绍⼀下 while 语句。 while 语句的语法结构和 if 语句⾮常相似。

       while语句的执⾏流程：

       ⾸先上来就是执⾏判断表达式，表达式的值为0，循环直接结束；表达式的值不为0，则执⾏循环语 句，语句执⾏完后再继续判断，是否进⾏下⼀次判断。

       练习 输⼊⼀个正的整数，逆序打印这个整数的每⼀位 例如： 输⼊：1234，输出：4 3 2 1 输⼊：521，输出：1 2 5

       题⽬解析：

       1. 要想得到n的最低位，可以使⽤n%10的运算，得到的余数就是最低位，如：1234%10得到4。

        2. 要想去掉n的最低位，找出倒数第⼆位，则使⽤ n=n/10 操作就可以去掉最低位的，如： n=1234/10得到123，123相较于1234就去掉了最低位，123%10就得到倒数第⼆位3。

        3. 循环1和2两个步骤，在n变成0之前，就能到所有的位。

       代码实现：

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int a = 0;
5.  scanf("%d", &a);
6.  while (a )
7.  {
8.    printf("%d", a % 10);
9.    a =a / 10;
10.   }
11.   return 0;
12. }

        运行结果：

        4.2 for循环

               语法形式 for 循环是三种循环中使⽤最多的， for 循环的语法形式如下：

1. for(表达式1; 表达式2; 表达式3)
2.     语句;

       表达式1 ⽤于循环变量的初始化

       表达式2 ⽤于循环结束条件的判断

       表达式3 ⽤于循环变量的调整

    for循环的执⾏流程：

       ⾸先执⾏ 表达式1 初始化循环变量，接下来就是执⾏ 表达式2 的判断部分， 表达式2 的结果如果 ==0，则循环结束； 表达式2 的结果如果!=0则执⾏循环语句，循环语句执⾏完后，再去执⾏表 达式 3 ,调整循环变量，然后再去 表达式2 的地⽅执⾏判断， 表达式2 的结果是否为0，决定循环是否继 续。 整个循环的过程中，表达式1初始化部分只被执⾏1次，剩下的就是表达式2、循环语句、表达式3在循 环。

       实践：

       在屏幕上打印1~10的值

       参考代码：

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int i = 1;
5.  for (i = 1; i <= 100; i++)
6.  {
7.    printf("%d", i);
8.  }
9.  return 0;
10. }

       while循环和for循环的对⽐：

       for 和 while 在实现循环的过程中都有初始化、判断、调整这三个部分，但是 for 循环的三个部 分⾮常集中，便于代码的维护，⽽如果代码较多的时候 while 循环的三个部分就⽐较分散，所以从形 式上 for 循环要更优⼀些。

       4.3 do-while 循环

       语法形式 在循环语句中 do while 语句的使⽤最少，它的语法如下：

1. do
2.  语句；
3. while(表达式)；

       while 和 for 这两种循环都是先判断，条件如果满⾜就进⼊循环，执⾏循环语句，如果不满⾜就跳 出循环； ⽽ do while 循环则是先直接进⼊循环体，执⾏循环语句，然后再执⾏ while 后的判断表达式，表 达式为真，就会进⾏下⼀次，表达式为假，则不再继续循环。

       do while循环的执⾏流程：

       在 do while 循环中先执⾏图上的“语句”，执⾏完语句，在去执⾏“判断表达式”，判断表达式的 结果是!=0，则继续循环，执⾏循环语句；判断表达式的结果==0，则循环结束。 所以在 do while 语句中循环体是⾄少执⾏⼀次的，这是 do while 循环⽐较特殊的地⽅。

       实践：

       在屏幕上打印1~10的值

       参考代码：

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int a = 0;
5.  do
6.  {
7.    printf("%d\n", a);
8.    a++;
9.  } while (a <= 100);
10.   return 0;
11. }

       4.4 break和continue语句

       在循环执⾏的过程中，如果某些状况发⽣的时候，需要提前终⽌循环，这是⾮常常⻅的现象。C语⾔中 提供了 break 和 continue 两个关键字，就是应该到循环中的。

       break 的作⽤是⽤于永久的终⽌循环，只要 break 被执⾏，直接就会跳出循环，继续往后执 ⾏。

       continue 的作⽤是跳过本次循环 continue 后边的代码，在 for 循环和 while 循环中有所 差异的。

       continue 可以帮助我们跳过某⼀次循环 continue 后边的代码，直接 到循环的判断部分，进⾏下⼀次循环的判断，如果循环的调整是在 continue 后边的话，可能会造成 死循环。

       在 for 循环中 continue 的作⽤是跳过本次循环中 continue 后的代码，直接去到循环的调 整部分。未来当某个条件发⽣的时候，本次循环⽆需再执⾏后续某些操作的时候，就可以使⽤ continue 来实现。

       4.4 循环的嵌套

        前⾯学习了三种循环 while ， do while ， for ，这三种循环往往会嵌套在⼀起才能更好的解决 问题，就是我们所说的：循环嵌套，这⾥我们就看⼀个例⼦。        

       练习：找出100~200之间的素数，并打印在屏幕上。 注：素数⼜称质数，只能被1和本⾝整除的数字。

       解析：1.要从100~200之间找出素数，⾸先得有100~200之间的数，这⾥可以使⽤循环解决。         2. 假设要判断i是否为素数，需要拿2~i-1之间的数字去试除i，需要产⽣2~i-1之间的数字，也可以使⽤ 循环解决。

        3. 如果2~i-1之间有数字能整除i，则i不是素数，如果都不能整除，则i是素数。

1. #include <stdio.h>
2. int main()
3. {
4.  int i = 0;
5.  for (i = 100; i < 201; i++)
6.  {
7.    int j = 1;
8.    int flag = 1;
9.    for (j = 2; j < i; j++)
10.     {
11.       if (i % j == 0)
12.       {
13.         flag = 0;
14.         break;
15. 
16.       }
17.     }
18.     if (flag == 1)
19.       printf("%d ", i);
20.   }
21.   return 0;
22. }

4.5goto语句

       C语⾔提供了⼀种⾮常特别的语法，就是 goto 语句和跳转标号， goto 语句可以实现在同⼀个函数 内跳转到设置好的标号处。

       goto 语句如果使⽤的不当，就会导致在函数内部随意乱跳转，打乱程序的执⾏流程，所以我们的建 议是能不⽤尽量不去使⽤；但是 goto 语句也不是⼀⽆是处，在多层循环的代码中，如果想快速跳出 使⽤ goto 就⾮常的⽅便了。

1. for (...)
2. {
3.  for (...)
4.  {
5.    for (...)
6.    {
7.      if (disaster)
8.        goto error;
9.    }
10.   }
11. }
12. error:

       本来 for 循环想提前退出得使⽤ break ，⼀个 break 只能跳出⼀层 for 循环，如果3层循环嵌套 就得使⽤3个 break 才能跳出循环，所以在这种情况下我们使⽤ goto 语句就会更加的快捷。

最后：

       今天的学习到这里就结束了，希望大家的学习能够有所收获，最后，别忘记复习哦！

完！