【C语言】5. 分支与循环

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序言

C语⾔是一门结构化的程序设计语⾔，这⾥的结构指的是顺序结构、选择结构、循环结构这三种结构。
我们一般使⽤ if 、 switch关键字实现分⽀结构，使⽤ for 、 while 、 do while 等关键字实现循环结构。

一、if语句

1、if

if 语句的语法形式如下:

if (表达式)
 语句

在C语⾔中，0为假，⾮0表⽰真。如果表达式的结果为真，就执⾏语句；为假，就不执⾏语句。

例如：输⼊⼀个整数，判断是否为奇数

#include<stdio.h>

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	if (num % 2 == 1)
	{
		printf("%d是奇数\n", num);
	}
	return 0;
}

运行结果：

可以看到当我们输入3，满足表达式，表达式的结果为真，就执行语句。

2、else

如果⼀个数不是奇数，那就是偶数了，如果任意⼀个整数，我们要判断它是奇数还是偶数该怎么表⽰呢？那么这⾥就需要 if else 语句了，语法形式如下：

if (表达式)
 语句1
else
 语句2	

例如：输⼊⼀个整数，如果是奇数就打印奇数，否则打印偶数。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	if (num % 2 == 1)
	{
		printf("%d是奇数\n", num);
	}
	else
	{
		printf("%d是偶数\n", num);
	}
	return 0;
}

运行结果：

可以看到当我们分别输入奇数和偶数时都会打印对应的语句。

3、嵌套if

在 if else 语句中，如果有多个条件需要判断，我们可以再else下面再套用if else语句。

例如：输⼊⼀个整数，如果是正数，再判断是奇数还是偶数；如果不是正数就输出负数。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	if (num > 0)
	{
		if (num % 2 == 1)
		{
			printf("%d是奇数\n",num);
		}
		else
		{
			printf("%d是偶数\n",num);
		}
	}
	else
	{
		printf("输入的数是负数\n");
	}
	return 0;
}

运行结果：

以上就是嵌套if语句的用法，有了嵌套if语句，就可以完成更多复杂逻辑的判断。
例如：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岁及以上打印"⽼寿星"

#include<stdio.h>

int main()
{
	int age = 0;
	scanf("%d", &age);
	if (age < 18)
	{
		printf("少年\n");
	}
	else
	{
		if (age < 44)
		{
			printf("青年\n");
		}
		else
		{
			if (age < 59)
			{
				printf("中老年\n");
			}
			else
			{
				if (age < 89)
				{
					printf("老年\n");
				}
				else
				{
					printf("老寿星\n");
				}
			}
		}
	}

	return 0;
}

运行结果：

4、悬空else问题

如果有多个if 和一个else ，可以记住这样⼀条规则： else 总是跟最接近的 if 匹配。
例如：

#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;
}

运行结果：

我们可以看到，结果没有显示任何东西，因为a一开始被赋值为0，第一个if语句条件是a==1，不满足为假就执行else语句，但是没有对应的else语句，因为后面的else是和第二个if语句匹配的，因此就不打印任何东西。

我们我们希望else语句和第一个if语句匹配，只需要让第二个if语句成为第一个if语句下面的内容即可。
如下：

#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;
}

可以看到else语句与第一个if语句匹配上了，if语句为假就执行了else语句。

二、关系操作符

C语⾔中⽤来⽐较的表达式，被称为关系表达式，关系表达式使⽤的运算符就称为关系运算符，主要有6个：

• ⼤于 ： >
• ⼩于 ： <
• ⼤于等于： >=
• ⼩于等于： <=
• 相等： ==
• 不相等： !=

使用方法就是a == b、a >= b 这样即可。

关系表达式的返回值一般是0或者1，0表示假，1表示真。
关系表达式常⽤于 if 或 while 结构。

注意：赋值操作符=和关系操作符==很容易写错，如果把if (x == 3)写成了if (x = 3)，因为x=3的返回值是3，所以if会一直判断为真。为了防止这种错误，以后如果在使用关系操作符 == 的时候，我们可以将数字写在前面，如if (3 == x)这样，就可以避免犯错。

在关系操作符使用的时候还有一点需要注意：多个关系运算符不宜连⽤。
例如：i < j < k这个表达式，本身是合法的不会报错，但是无法实现 j 的值在 i 和 k 之间，为什么呢？因为关系操作符计算时是从左到右，所以实际上是先计算i<j，返回值的0或1再和k进行比较。
如果想要实现 j 的值在 i 和 k 之间应该用：i < j && j < k

例如：我们输⼊⼀个年龄，如果年龄在18~36之间，我们就输出⻘年。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int age = 0;
	scanf("%d", &age);
	if (age >= 18 && age <= 36)
	{
		printf("青年\n");
	}
	return 0;
}

三、条件操作符（三目操作符）

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（exp1为表达式）。

条件操作符的计算逻辑是：如果exp1为真，结果就为exp2，否则就为exp3。

例如：使⽤三目表达式找到两个数中的较⼤值。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int a = 0;
	int b = 0;
	scanf("%d %d", &a, &b);
	int c = a > b ? a : b;
	printf("%d\n", c);
	return 0;
}

使用三目操作符 a > b ? a : b判断输入a,b的大小，a>b为真就返回a，否则就返回b。

四、逻辑操作符： ！&& ||

逻辑运算符提供逻辑判断的功能，可以构建更复杂的表达式，主要有下⾯三个运算符。
① ! ： 逻辑取反
② &&：逻辑与（都为真才为真）
③ || ：逻辑或（有一个为真就为真）

1、 ！

！：让一个变量由真变假，或由假变真。

例如：

#include<stido.h>

int main()
{
	int flag = 0;
	if (!flag)
	{
		printf("true");
	}
	else
	{
		printf("false");
	}
	return 0;
}

我们可以看到，flag被初始化为假，! flag让假变为真，所以执行if下面的语句。

2、&&

&&：两个都为真才为真。

例如：3⽉到5⽉是春天

#include<stdio.h>

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

可以看到只有同时满足 month>=3 和 month<=5 才为真，才会执行语句。

3、||

||：有一个为真就为真。

例如：12月、1⽉或者2⽉是冬天

#include<stdo.h>

int main()
{
	int month = 0;
	scanf("%d", &month);
	if (month == 12 || month == 1 || month == 2)
	{
		printf("冬季\n");
	}
	return 0;
}

可以看到只要满足month == 12 、month == 1 、month == 2三个条件中的一个就为真，就可以执行if语句。

练习：闰年的判断

#include<stdio.h>

int main()
{
	int year = 0;
	scanf("%d", &year);
	if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0))
	{
		printf("%d是闰年\n",year);
	}
	else
	{
		printf("%d不是闰年\n",year);
	}
	return 0;
}

4、短路

短路是指逻辑与（&&）和逻辑或（||）运算符在计算时，当左边表达式的值能确定整个逻辑表达式的结果时，就不再计算右边的表达式。

使用&&时，如果左侧表达式为假，那么整个表达式就为假，剩下的表达式都不会计算。例如：if(month >= 3 && month <= 5)，如果输入的month是2，左边的表达式就为假，那么整个表达式也为假。

对于 || 来说：只要有一个为真，那么整个表达式就为真，剩下的表达式也都不计算。
例如：month == 12 || month == 1 || month == 2，如果输入的month是12，那么整个表达式就为真。

练习：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = 0, a = 0, b = 2, c = 3;
	i = a++ && ++b && c++;
	printf("a=%d  b=%d  c=%d", a, b, c);
	return 0;
}

运行结果：

我们可以看到，a++是先使用后++，所以表达式a++的值就是0，为假，又因为使用&&运算符，所以整个表达式的值就为假，后面的表达式都不会计算，因此最后的值b和c不会改变，而a因为后置++才变成1。

五、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。

语法如下：

switch (expression) 
{
case value1: statement
case value2: statement
default: statement
}

上⾯语法中，会根据表达式 expression 的值，执⾏对应的 case 分⽀；如果找不到对应的值，就执⾏ default 分⽀。

对于switch的使用还有个注意事项：expression 和 value 都必须是整型表达式！

我们进行一个练习：输出一个整数除3的余数。
如果使⽤if语句：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	if (num % 3 == 0)
		printf("%d除3的余数是0\n",num);
	else if (num % 3 == 1)
		printf("%d除3的余数是1\n",num);
	else
		printf("%d除3的余数是2\n",num);
	return 0;
}

如果使用switch语句，就更加的简便。

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	switch (num % 3)
	{
	case 0:
		printf("%d除3的余数是0\n", num);
		break;
	case 1:
		printf("%d除3的余数是1\n", num);
		break;
	case 2:
		printf("%d除3的余数是2\n", num);
		break;
	default:
		printf("输入错误，请重新输入!\n");
		break;
	}
	return 0;
}

运行结果：

我们可以观察到，switch其实还有一个注意点，就是分支中的语句执行完后，都要加break，这样才能跳出switch分支。

当然有时也不是每个分支都加break，例如：输⼊⼀个1~ 7的数字，1~ 5输出工作日，6~7输出节假日。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int day = 0;
	scanf("%d", &day);
	switch (day)
	{
	case 1:		
	case 2:		
	case 3:	
	case 4:		
	case 5:
		printf("工作日\n");
		break;
	case 6:
	case 7:
		printf("节假日\n");
		break;
	default:
		printf("输入错误，请重新输入!\n");
		break;
	}
	return 0;
}

运行结果：

实际上，当我们输入2时由于没有break语句，它就会接着往下执行，直到碰到break语句才会停止。

六、三种循环

1、while循环

C语⾔提供了3种循环语句， for、while、do while，我们先来讲解while语句，while语句和if语句的语法是类似的。如下：

if(表达式)
 语句;
while(表达式)
 语句;

但是他们也存在着区别：

#include<stdio.h>

int main()
{
	if(1)
		printf("hehe\n"); 
	return 0;
}

运行结果：

#include<stdio.h>

int main()
{
	while(1)
		printf("hehe\n"); 
	return 0;
}

运行结果：

我们可以看到，当if语句的表达式为真时，会执行一次if语句的代码，而while语句的表达式为真时，就会循环执行while语句的代码。

while循环的使用规则：先判断表达式，表达式为假跳出循环；为真就执行语句，并再次判断表达式。

练习1：输出1~10的整数。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 10)
	{
		printf("%d ", i);
		i++;
	}
	return 0;
}

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

思路：while循环%10得到末尾，再/10。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int num = 0;
	scanf("%d", &num);
	while (num)
	{
		printf("%d ", num % 10);
		num /= 10;
	}
	return 0;
}

2、for循环

for 循环是三种循环中使⽤最多的， for 循环的语法形式如下：

for(表达式1; 表达式2; 表达式3)
语句；

表达式1：初始化。
表达式2：判断结束条件。
表达式3：调整。

for循环的使用规则：先初始化，再判断表达式2，为假跳出循环，为真就执行语句、并调整，再进行判断。

练习1：输出1~10的整数。

#include<stdio.h>

int main()
{
	for (int i = 1; i <= 10; i++)
	{
		printf("%d ", i);
	}
	return 0;
}

练习2：输出1~100之间3的倍数的数字之和。
思路：遍历1-100，如果是3的倍数就求和。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = 0;
	int sum = 0;
	for (i = 1; i <= 100; i++)
	{
		if (i % 3 == 0)
		{
			sum += i;
		}
	}
	printf("%d\n", sum);
	return 0;
}

可以再优化一下：将for (i = 1; i <= 100; i++)改为for (i = 3; i <= 100; i+=3)。

3、do-while 循环

在循环语句中 do while 语句使⽤得最少，它的语法如下：

do
{语句};
while(表达式)；

while 和 for 这两种循环都是先判断满⾜条件就执⾏语句，如果不满⾜就跳出循环；

⽽ do while 循环是先进⼊循环体，执⾏一遍语句，再判断表达式，为真就执行语句，为假就跳出循环。

特点：do while循环至少执行一次。

练习1：输出1~10的值

#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = 1;
	do
	{
		printf("%d ", i);
		i++;
	} while (i<=10);
	return 0;
}

练习2：计算一个正整数的位数。例如输⼊1234 ，输出4。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int count = 0;
	int num;
	scanf("%d", &num);
	do
	{ 
		count++;
		num /= 10;
	} while (num);
	printf("%d", count);
	return 0;
}

任何一个数都至少是一位数，而do while循环至少执行一次就很适合。

七、break和continue语句

break语句的作⽤：跳出整个循环，继续往后执行。
continue语句的作⽤：跳过本次循环 continue 后边的代码，继续循环。

1、在while循环中

1）break语句

break语句的使用：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 10)
	{
		if (i == 5)
		{
			break;
		}
		printf("%d ", i);
		i++;
	}
	return 0;
}

可以看到循环执行了4次，而到第5次的时候由于有break语句，就直接跳出循环。

2）continue语句

continue语句的使用：

int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 8)
	{
		if (i == 5)
		{
			continue;
		}
		printf("%d ", i);
		i++;
	}
	return 0;
}

我们可以看到，代码陷入了死循环，那么为什么呢？当进入第5次循环时，由于执行了continue语句，所以后面的printf("%d ", i)和i++这两句都不会执行，那么 i 就会一直停留在4，就会导致一直死循环。

那我们该如何修改代码呢？其实我们只需要在break语句之前先执行一遍i++，即使break语句让后面的语句不再执行，可是在它之前已经执行了一遍i++，就不会影响后续的循环，而只会跳过本次循环。

int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 8)
	{
		if (i == 5)
		{
			i++;
			continue;
		}
		printf("%d ", i);
		i++;
	}
	return 0;
}

2、在for循环中

1）break语句

与while循环中一致，只要执行到break语句就直接跳出整个循环，再继续往后执行。

#include<stdio.h>

int main()
{
	for (int i = 1; i <= 10; i++)
	{
		if (i == 5)
		{
			break;
		}
		printf("%d ", i);
	}
	return 0;
}

2）continue语句

与while循环中也一致，执行到continue语句，就跳过本次循环之后的代码，再进行下一轮循环。

#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = 1;
	for (i = 1; i <= 10; i++)
	{
		if (i == 5)
		{
			continue;
		}
		printf("%d ", i);
	}
	return 0;
}

3、在do while循环中

1）break语句

用法同上一致：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = 1;
	do
	{
		if (i == 5)
		{
			break;
		}
		printf("%d ", i);
		i++;
	} while (i <= 10);
	return 0;
}

2）continue语句

用法也同上一致：

#include<stdio.h>

int main()
{
	int i = 1;
	do
	{
		if (i == 5)
		{
			continue;
		}
		printf("%d ", i);
		i++;
	} while (i <= 10);
	return 0;
}

八、循环嵌套

前⾯学习了三种循环 while 、for、 do while ，这三种循环往往嵌套在⼀起使用才能更好解决问题，也就是我们所说的：循环嵌套。

练习：打印100-200之间的素数
注：素数⼜称质数，只能被1和本⾝整除的数字。
思路：先遍历100到200的整数，再判断整数能否被从2到自身前一位的数整除，不能整除就是素数。

#include<stdio.h>

int main()
{
	for (int num = 100; num <= 200; num++)
	{
		//先假设是素数
		int flag = 1;
		//遍历2到自身前一位的数
		for (int i = 2; i <= num - 1; i++)
		{
			//能整除就不是素数，跳出循环。
			if (num % i == 0)
			{
				flag = 0;
				break;
			}
		}
		//遍历完都不能整除 就是素数
		if (flag == 1)
		{
			printf("%d ", num);
		}
	}
	return 0;
}

九、goto语句

goto 语句可以实现在同⼀个函数内跳转到设置好的标号处。
例如：

#include<stdio.h>

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

可以看到当执行到goto语句时，我们会直接跳转到标号处继续执行。

在多层循环的代码中，想要快速跳出就可以使⽤goto语句。

for (...)
{
	for (...)
	{
		for (...)
		{
			if (disaster)
				goto error;
		}
	}
}
error
 ...

这串代码中想要跳出3层for循环嵌套就得使⽤3个 break语句，如果使用goto语句就相当的简单了。