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C语言---分支和循环语句

2023-06-05 60
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简介： 本章介绍C语言中的分支语句（if，switch）和循环语句（for，while，do...while）和goto语句。

1、什么是语句

C语言语句可以分为五类：

  • 表达式语句
  • 函数调用语句
  • 控制语句
  • 复合语句
  • 空语句

C语言有九种控制语句

可以分成一下三类：

  • 条件判断语句也叫分支语句：if语句，switch语句；
  • 循环执行语句：do while语句、while语句、for语句；
  • 转向语句：break语句、goto语句、continue语句、return语句。

2、if语句

if语句的语法结构：

if (表达式)             //表达式结果如果为真或者非0，那这个表达式就会运行
    语句;

if (表达式)           
    语句;             //这里如果只有一条语句，那就不需要带{}，也可以带
else
    语句2;


if (表达式)           
    语句1;             //这里大于一条语句，那就需要带{}
    语句2;
else
    语句2;

//多分支
if (表达式1)           
    语句;            
else if(表达式2)
    语句2;
else
    语句3;


//注意：如果一个表达式同时满足if语句有满足else if语句，因为if语句先接收的这个表达式，那这个表达式只会进入到if语句里面。

2.1、if是和靠的最近的else相匹配的

下面先来看段代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 2;
    if (a == 1)
        if (b == 2)
            printf("hehe\n");
    else
        printf("haha\n");
    return 0;
}

输出：

image.png

显而易见这里的输出竟然为空！！！

这是问什么呢？不应该是输出：haha 的结果吗？为什么不对呢？

这是因为else是会和最近的if进行匹配，所以输出为空。

image.png

所以说代码的结构应该是这样：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 2;
    if (a == 1)
        if (b == 2)                        //它们的缩进在一起的！！！
            printf("hehe\n");
        else                               //它们两个是一对
            printf("haha\n");
    return 0;
}

总结：else和if是靠的最近进行匹配的，不是说else和if在同一缩进进行匹配的。

3、switch语句

switch语句也是一种分支语句

常常用于多分支的情况

比如：

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

语法：

switch (整型表达式)
{
        语句项;
}

而语句项是什么呢？

//语句项是一些case语句
//如下：
case 整形常量表达式      //case后面必须是整形常量，当然使用字母表示也行，因为字母的ASCII也是整数
    语句;

使用switch实现星期查询

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{    
    int day = 0;
    scanf("%d", &day);
    switch (day)
    {
    case 1:
        printf("星期一\n");
        break;
    case 2:
        printf("星期二\n");
        break;
    case 3:
        printf("星期三\n");

    case 4:
        printf("星期四\n");
        break;
    case 5:
        printf("星期五\n");
        break;
    case 6:
        printf("星期六\n");
        break;
    case 7:
        printf("星期日\n");
        break;
    }
    return 0;
}

说下switch原理：

从switch中输入相对应的编号，根据编号找到相对应的case语句，这样就算进入switch语句了，然后匹配后经过break语句出switch语句。

3.1、新的需求

要求：

  • 输入1-5，输出“weekday”
  • 输入6-7，输出“weekend”
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{    
    int day = 0;
    scanf("%d", &day);
    switch (day)
    {
    case 1:
    case 2:
    case 3:
    case 4:
    case 5:
        printf("weekday\n");
        break;
    case 6:
    case 7:
        printf("weekend\n");
        break;
    }
    return 0;
}

这说明case语句在没有遇到break语句之前是一下向下执行，知道遇见break语句才会跳出switch语句。

3.2、default字句

如果表达的值与所有的case标签的值都不匹配怎么办？

其实也没什么，都不匹配最终肯定是会全部跳过而已。

程序也不会终止，也不会报错，但是当在都不匹配的情况下我们最后提示一下。

那这就需要default字句了。

注意：switch语句中只能出现一个default字句

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{    
    int day = 0;
    scanf("%d", &day);
    switch (day)
    {
    case 1:
    case 2:
    case 3:
    case 4:
    case 5:
        printf("weekday\n");
        break;
    case 6:
    case 7:
        printf("weekend\n");
        break;
    default:                         //所示
        printf("输出错误");
        break;
    }
    return 0;
}

输出：

image.png

4、循环语句

  • while
  • for
  • do while

4.1、while

语法结构

while (表达式)
{
    循环语句;
}

4.1.1、break语句

只要while循环中执行了break语句，那么整个while循环将会停止，这个break语句在while循环的那任何部分中，while都会立即终端

代码示例：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 1;
    while (a < 11)
    {
        if (5 == a)
        {
            break;      //这个break语句看着是在if语句中。但是一旦它被执行，那么整个while语句将会停止
        }
        printf("%d\n",a);
        a++;
    }
    return 0;
}

输出：

image.png

4.1.2、continue语句

一旦在while语句中执行了continue语句，那么此次循环将会直接跳过continue后面的代码，然后判断循环，如果继续则直接进行下一次循环（就直接从while (a<11)处开始执行）。

#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 1;
    while (a < 11)
    {
        if (5 == a)
        {
            continue;        //当a=5时，不在执行后面的代码，直接跳过从while循环开始
        }
        printf("%d\n",a);
        a++;
    }
    return 0;
}

输出：一直死循环的输出：1 2 3 4

image.png

4.2、使用while循环清理缓冲区

4.2.1、getchar()和putchar()

  • getchar()函数用于从键盘上读取数据和scanf一样
  • putchar()函数用于输出数据
#include <stdio.h>
int main()
{
    int ch = getchar();   //我们在键盘中输入“e”，这个e会被转为相应的ASCII值存入ch中
    printf("%c\n", ch);   //然后在转为字符(%c)进行输出
    putchar(ch);          //这个可以直接输出，和上面的打印的效果是一样的，这是另一种方法
    return 0;
}

输出：

image.png

但是这里我们有个疑问：

int ch = getchar();

明明getchar()接收的是个字符，为什么我们要用int类型来接收呢？为什么不用char类型接收呢？

这里解释一下：
因为在读到字符时，会转为相应的ASCII码值，所以说放在int类型是没有问题的。

重点：如果getchar()在读取过程中遇到了错误/不正常或者遇到了文件结束，那么这个函数会返回个EOF

EOF--------end of file文件结束标志

我们来看一下EOF的定义（define）

#define EOF    (-1)

可以看到EOF定义的值是-1，-1是个整数，所以说我们接收getchar()返回的数据就应该用int类型去接受

那好知道了这些我们就可以用while循环来实现清理缓冲区的功能：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int ch = 0;
    while ((ch = getchar()) != EOF)    //这里ch接收getcha返回的数据不等于EOF，说明返回的是个正常的字符，那就可以正常输出
    {
        putchar(ch);
    }
    return 0;
}

输出：

image.png

会发现输出不会停止，这时Ctrl+z，然后在回车就可以终止程序了。

Ctrl+z就是让getchar返回一个EOF，这样程序就终止了

【重点：】下面来好好理解一下这个程序的逻辑：

这里先提出个问题？为什么上面的输出会自动换行？

这里设计到缓冲区的概念

我们所知道的scanf，getchar函数来从键盘上获取数据，是我们从键盘上一输出字符，scanf，getchar函数就能接收到的吗？其实并不是，正确的顺序是：我们在键盘上输出字符，这个字符会进入缓冲区，此时scanf，getchar函数检测到缓冲区有字符，这个时候scanf，getchar函数才会把该字符从缓冲区中拿出来。

那为什么会自动换行呢？

image.png

还是上面代码流程分析：当我们输入“a”并且回车后，（回车相当于输入了\n），首先判断a!=EOF，因此执行putchar(ch)然后打印出“a”，然后再次循环，因为缓冲区里里面“a”已经被读取了，所以还剩个“\n”，然后getchar直接读取，因为“\n”!=EOF，所以在次执行putchar(ch)，所以就会自动换行了。

4.2.2、深度解析---清理缓冲区这段代码

先来看段代码：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{
    char password[20] = { 0 };
    printf("请输入密码:>");
    scanf("%s", password);   //这里不用在&password,因为数组名就是数组首元素地址，所以不用取地址
    printf("请确认密码(Y/N):>");
    int ret = getchar();
    if (ret == 'Y')
        printf("Yes\n");
    else
    {
        printf("No\n");
    }
    return 0;
}

输出：

image.png

显然这样的输出结果是不对的，明明我还没确认，程序直接就打印了NO

分析：当我们在键盘中输入：abcdef，然后回车（\n），此时输入缓冲区里面有了：“abcdef\n”，scanf指挥取它所需要的。因此scanf把“abcdef”给拿走了，因此password=“abcdef”，但是此时缓冲区里面还有个“\n”，然后程序向下走getchar获取数据，一看缓冲区里面还有个“\n”，因此getchar直接拿走了“\n”，然后进入if判断，“\n”!='Y'，所以程序输出No。

image.png

那怎么解决呢？我们想办法只要让缓冲区里面没有字符就行了，可以这样实现：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{
    char password[20] = { 0 };
    printf("请输入密码:>");
    scanf("%s", password);   
    getchar();     //这里在添加个getchar()，提前把那个\n读取掉，那下面那个getchar()就可以正确判断了
    printf("请确认密码(Y/N):>");
    int ret = getchar();
    if (ret == 'Y')
        printf("Yes\n");
    else
    {
        printf("No\n");
    }
    return 0;
}

但是这种写法是比较粗鲁的，不适用每一种情况。比如：我们在键盘中输入：abcdef sdf（中间有个空格）

image.png

这样又不行了。我们来分析一下为什么又出错了：

首先scanf会读取缓冲区里面的“abcdef”，也就是说scanf会读取到空格前，紧接着第一个getchar()会读取空格，那就相当于第一个getchar()被使用了，然后下面的getchar()会读取到sdf，因为'sdf' != 'y'，所以会输出No。

这是我们能感知到，第一个错误的解决办法是需要清理缓冲区里面的一个字符，而这个是需要清理缓冲区里面的许多个字符才能解决，因此我们需要循环解决。

我们可以循环使用getchar()把空格到“sdf”以及后面的“\n”全部读取掉，这样就行了

下面我们来实现个正确的方法：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
int main()
{
    char password[20] = { 0 };
    printf("请输入密码:>");
    scanf("%s", password);   
    int ch = 0;                          //start
    while ((ch = getchar()) != '\n')
    {
        ;
    }                                    //end
    printf("请确认密码(Y/N):>");
    int ret = getchar();
    if (ret == 'Y')
        printf("Yes\n");
    else
    {
        printf("No\n");
    }
    return 0;
}

5、for循环

5.1、语法

for (表达式1;表达式2;表达式3)
    {
        循环语句;
    }

表达式一：表达式一为初始化部分，用于初始化循环变量的。

表达式二：表达式二为条件判断部分，用于判断循环时终止。

表达式三：表达式三为调整部分，用于循环条件的调整。

for循环执行顺序：

第一遍循环：

image.png

第2、3、4、5、6...循环：

image.png

5.2、break，continue

在for循环和while循环里面break语句的效果一样。

同样在for循环和while循环里面continue语句有一点小差别

如下图：

image.png

其中for循环在遇见continue语句后是跳过后面的代码，然后跳到“i++”（调整）中去了

二while循环在遇见continue语句后是跳到了判断里面去了。

5.3、for语句的循环控制变量

建议：

  • 不可在for循环体内修改循环变量，防止for循环失去控制。
  • 建议for语句的循环控制变量取值采用“前闭后开区间”写法。

5.4、for循环的变种

1、死循环

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

结论：for循环的判断部分省略意味着判断或恒成立，而初始化，调整省略没事（但最好不要省略）。

2、for循环采用多个变量去控制

#include <stdio.h>
int main()
{
    int x, y;
    for (x = 0, y = 0; x < 2 && y>5; ++x, y++)
    {
        printf("hehe\n");
    }
    return 0;
}

6、do-while循环

6.1、do语法

do
    {
    循环语句;
    }    
while(表达式);

打印1-10：

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

do循环最少循环一次。

6.2、break和continue

作用一样。

7、goto语句

C语言中提供了可以随意滥用的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

但是在某些场合下goto语句还是得用得着的，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。

多层循环这种情况使用break是达不到目的的，它只能从内层循环到上一层的循环。

先来看一下goto的效果：

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


//但是goto不能跨函数跳转，如下就是不行的
void test()
{
    again;
}

int main()
{
    printf("hehe\n");
    printf("haha\n");
    goto again;
    return 0;
}

image.png

goto语句真正适合的场景下：

for (...)
    {
        for (...)
        {
            for (...)
            {
                if (disaster)
                    goto error;            #这样可以根据error标签直接跳过两层for循环
            }
        }
    error:
        if (disaster)
            //处理错误情况
    }

7.1、使用goto语句模拟关机程序

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char input[20] = { 0 };
    system("shutdown -s -t 60");             //电脑在60s内关机
again:
    printf("电脑即将在60秒内关机，如果不想关机，输入：我是猪，即可解决。\n");
    scanf("%s", input);
    if (strcmp(input, "我是猪") == 0)
    {
        system("shutdown -a");
        printf("已取消关机\n");
    }
    else
    {
        goto again;
    }
    return 0;
}

输出效果：

image.png

当然我们也可以使用循环的方式替代goto

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
#include <string.h>
int main()
{
    char input[20] = { 0 };
    system("shutdown -s -t 60");             //电脑在60s内关机
    while (1)
    {
        printf("电脑即将在60秒内关机，如果不想关机，输入：我是猪，即可解决。\n");
        scanf("%s", input);
        if (strcmp(input, "我是猪") == 0)
        {
            system("shutdown -a");
            printf("已取消关机\n");
            break;
        }
    }
    return 0;
}
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