《C语言程序设计现代方法》note-3 选择语句 循环语句

助记提要

1. 关系运算符、判等运算符、逻辑运算符的优先级和结合性；
2. 条件运算符；
3. C语言中如何使用布尔值；
4. switch语句的注意；
5. for语句省略表达式；
6. 逗号表达式；
7. goto语句；
8. 空语句；

不应该以聪明才智和逻辑分析能力来评判程序员，而要看其分析问题是否全面。

5章 选择语句

5.1 逻辑表达式

选择语句必选先测试表达式的值是真还是假。
构建逻辑表达式的运算符有9个。
逻辑表达式的值只会是1(真)或0(假)。

• 关系运算符
  大于>、小于<、大于等于>=、小于等于<=

4个关系运算符都是左结合的，优先级低于算术运算符。

注意 i < j < k在C语言中是合法的，但是并不是检测j是否位于i和k之间。它先比较i<j的值，然后用这个结果和k比较。

• 判等运算符
  等于==、不等于!=

判等运算符是左结合的，优先级低于关系运算符。
表达式i < j == j < k，当i < j和j < k同为真或同为假时，表达式的值为真。

==经常被误写为=，有的时候编译器不会警告，导致程序出现错误。使用gcc编译C程序时可以指定-Wall选项，强制编译器检查这类书写错误。程序员可以在if条件外面多加一层圆括号来禁用该警告：if ((i = j)) ...

• 逻辑运算符
  非!、与&&、或||

！是一元的右结合运算符，优先级和正负号相同。
&&和||是二元的左结合运算符，优先级低于判等运算符。

运算符&&和||都会进行短路计算：先计算出左操作数的值，然后计算右操作数。如果表达式的结果可以由左操作数推导出来，就不计算右操作数。

注意 由于&&和||的短路特性，有些运算不一定会发生，如：i > 0 && ++j > 0，如果i不大于0，j的自增操作就不会发生。

5.2 if语句

语法

• 基本语法格式

if (表达式) 语句;

先计算表达式的值，表达式值非零，就执行圆括号后面的语句。
C语言中，非零值都为真。

• 复合语句

if (表达式){
	语句1;
	语句2;
	...
}

花括号包起来的语句称为复合语句，它会强制编译器将一组语句做为一条语句来处理。
为语句添加花括号，可以使程序更易读。也可以更方便地向语句块中添加语句。

• else子句

if (表达式) 语句1; else 语句2;

if (表达式) {
	语句11;
	语句12
} else {
	语句21;
	语句22;
}

注意 else子句会归属于离它最近且还未和其他else匹配的if语句。
下面的这种写法，按缩进来理解，else应该属于外层的if语句，但是实际上它是属于内层的if语句的。这时最好把内层if语句使用花括号包起来。

if (y != 0)
	if (x != 0)
		result = x / y;
else
	printf("Error: y == 0\n");

• 级联if语句
  级联式if语句可以避免数量过多的内嵌if语句

if (表达式) 
	语句1;
else if (表达式)
	语句2;
else
	语句3;

级联式if语句不是新的语句类型，只是将另外一个if语句做为else字句。

条件运算符

条件运算符的作用类似if语句，它允许根据条件的结果，产生两个值中的一个。条件运算符构建的条件表达式语法如下：

表达式1 ? 表达式2 : 表达式3

如果表达式1成立，就计算表达式2的值做为条件表达式的结果，否则计算表达式3的值做为结果。
条件运算符是唯一的一个三元运算符。它的优先级低于所有的运算符。

条件表达式短小但是难以阅读，应该避免使用。但在少数地方使用会很方便：

// return语句使用
return i > j ? i : j

// printf函数使用
printf("%d\n", i > j ? i : j);

条件表达式i > 0 ? i : j中，如果i是int型，j是float型，即使i > 0为真，表达式的结果也是i转换后的float型。

C语言中的布尔值

C89没有定义布尔类型，但是很多程序中需要变量存储真或假值。
程序员经常使用TRUE和FALSE这样的名字来定义宏：

#define TRUE 1
#define FALSE 0

使用时，可以通过这两个宏去赋值。判定条件时可以这样：

if (flag == TRUE) ...
// 如果flag为真
if (flag) ...
// 如果flag为假
if (!flag) ...

第二种方式更好，因为当flag的值不是0或1时程序也能正确运行。

或者定义一个可以用作类型的宏：

#define BOOL int

BOOL flag;

C99中提供了_Bool类型，用来声明布尔变量。_Bool变量实际上就是整型变量，但是只能赋值为0或1，存储非0值会导致变量被赋值为1。

_Bool flag;

C99还提供了一个新的头<stdbool.h>，这个头提供了宏bool，用来代表_Bool；还提供了true代表1，false代表0。
引用这个头文件，可以很方便地使用布尔值：

bool flag;
flag = false;
flag = true;

5.3 switch语句

需要把表达式和一系列的值进行比较时，可以使用级联式的if语句或switch语句。

switch (表达式){
  case 常量表达式1: 语句1;
  ...
  case 常量表达式n: 语句n;
  default : 语句;
}

switch后面的表达式必须是整型表达式，不能是浮点数和字符串。
case:常量表达式称为分支标号。其中常量表达式也必须是整型表达式，不能包含变量和函数调用。
分支标号只能带一个常量表达式，但是分支标号后面可以跟任意数量的语句，并且不需要花括号括起来。每组语句的最后一句通常是break语句。
分支标号不允许重复，但是没有顺序要求，default分支不是必须写在最后。多个分支标号可以放在同一组语句的前面。
default分支可以没有。

• break语句的作用
  switch语句实际上是一种基于计算的跳转。控制表达式求值时，控制会跳转到与switch表达式的值相匹配的分支标号处。分支标号只是一个说明switch内部位置的标记，不影响程序控制流。执行完这个分支的最后一条语句后，程序会忽略分支标号，向下跳转到下一个分支的第一条语句上。
  break语句会让控制跳转到switch语句的下面。

switch的最后一个分支不需要break语句，但是也会加一个，以防后续增加分支数目时忘记写break语句。

6章 循环

6.1 while语句

表达式为真，就执行后面的语句。持续执行，直到表达式为假。

while (表达式) 语句;

表达式后面的语句称为循环体。循环体可以有多条语句，使用花括号括起来即可。

如果控制表达式始终为真，while语句会无限循环下去。需要的时候常常用非零常量来构造无限循环。

while (1) ...

6.2 do语句

do语句先执行循环体，然后计算控制表达式的值，如果表达式是非零的，就再次执行循环体，然后再次计算表达式的值。直到表达式的值为0，就终止do语句。

do 语句 while (表达式);

循环体可以是一条语句，也可以是花括号包起来的复合语句。
使用时最好给所有的do语句都加上花括号，因为没有花括号的do语句容易被误认为while语句。

6.3 for语句

for (声明或表达式1; 表达式2; 表达式3) 语句;

表达式1是循环开始前的初始化步骤，只执行1次；表达式2用来控制循环，表达式2的值不为0，循环就会一直执行下去；表达式3是每次循环中都会最后执行的操作。
由于表达式1和表达式3都是以语句的方式执行的，互不相关，它们经常被用做赋值表达式或自增/自减表达式。

for循环可以使用等价的while循环替换：

表达式1;
while (表达式2) {
	语句;
	表达式3;
}

for语句常用的形式

for语句很适合用在使用计数变量的循环中。for语句实现“向上加”或“向下减”n次的循环的一般格式：

// 向上加，从0加到n-1
for (i = 0; i < n; i++) ...
// 向上加，从1加到n
for (i = 1; i <= n; i++) ...
// 向下减，从n-1到0
for (i = n - 1; i >= 0; i--) ...
// 向下减，从n到1
for (i = n; i > 0; i--) ...

使用时要注意<和<=的使用效果，避免循环次数出错。

for循环省略表达式

C语言允许省略for循环的表达式。

省略表达式1，执行循环前没有初始化操作，相关操作需要放到循环前进行。

for (;表达式2;表达式3) ...

省略表达式3，则需要在循环体中确保表达式2最终会变为假。

for (表达式1;表达式2;) ...

同时省略表达式1和表达式3，产生的效果和while语句一样。这时使用while语句更好。

for (;表达式2;) ...

while (表达式2) ...

省略表达式2，默认判定为真，for语句进入无限循环：

for (;;) ...

声明用于循环的变量

C99中，表达式1可以替换为一个声明：

for (int i = 0; i < n; i++) ...

变量i不需要在for语句之前声明。
如果for语句之前已经声明了变量i，表达式1会创建一个新的i仅用于循环内。这样声明的变量不可以在循环外访问。
for语句可以声明多个同类型的变量。

逗号运算符

逗号运算符是为了在C语言要求只能有一个表达式的情况下，可以使用两个或更多表达式。
比如想在for语句中，编写多个初始化表达式，或者在每次循环中对多个变量执行自增操作。

表达式1, 表达式2

逗号表达式先计算表达式1的值，然后扔掉。接着计算表达式2的值，将这个值做为整个表达式的值。
表达式1应该始终都有副作用(更改变量值)，否则就没有意义。

for (sum = 0, i = 1; i <= n; i++)
	sum += i;

6.4 退出循环

• break
  break可以跳出while、do或for循环。
  它适用于需要把退出点设置在循环体中间而不是之前或之后的情况。

break可以把程序控制从包含它的最内层while、do、for或switch语句中转移出去。
这些语句嵌套出现时，break只能跳出一层嵌套。

• continue
  continue可以跳过某次迭代的部分内容。
  它只能用在循环中，并且把程序控制转移到循环体末尾之前，不跳出循环，直接进入下一次迭代。

• goto
  break和continue都是跳转语句，它们都有特定的跳转点。break跳到包含它的循环结束之后的点，continue跳到循环结束之前的点。
  goto语句可以跳转到函数中任何有标号的语句处。
  标号是放在语句开始处的标识符。

标识符: 语句;

goto 标识符;

执行goto语句时，控制会转移到标识符后面的语句上。该语句必须和goto处于同一个函数。

goto语句在早期的编程语言中很常见，但是日常编程中很少用了。break、continue、return和exit函数可以代替需要使用goto的大多数情况。
goto语句既可以往前跳又可以往后跳，而且多个goto语句可以到达同一个标号，这会使代码难以理解和修改。

goto语句很有用的地方在于，能一次跳出多层嵌套的循环：

while (...) {
	while (...){
		...
		// 这里使用break只能跳出一层
		goto loop_done;
		...
	}
}
loop_done: ...;

6.5 空语句

空语句是除了末尾的分号外什么也没有的语句。

空语句可以用来编写空循环体的循环：

for (d = 2; d < n && n % d != 0; d++)
	;

空语句最好单独放在一行，避免阅读程序时分不清后面的语句是否是循环体。可以使用其它写法凸显空循环体：

for (d = 2; d < n && n % d != 0; d++)
	continue;
	
for (d = 2; d < n && n % d != 0; d++)
	{}

循环转变为空循环体的循环后，通常不会提升效率。

注意 如果不小心在if、while或for语句的圆括号后面加了分号，就会创建空语句，导致if、while或for语句提前结束。
if语句的圆括号后加分号，条件会失效，后面的语句总会被执行；
while语句的圆括号后加分号，会造成无限循环。即使循环终止，也只执行一次循环体。
for语句的圆括号后加分号，只执行一次循环体。