C primer plus（学习笔记）—— 第六章 C控制语句：循环

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    long num;
    long sum = 0L;
    int status;

    printf("Please enter an integer to be summed");
    printf("(q to Quit)");
    status = scanf("%ld",&num);
    while (status == 1)
    {
        sum = sum +num;
        printf("Please enter next integer (q to Quit):");
        status = scanf("%ld",&num);
    }
    printf("Those integers sum to %ld.\n",sum);
    return 0;
}

6.1.1 程序注释

再次提醒 == 运算符是C的相等运算符

终止原理

在这里利用scanf()的一个特点；即如果用户输入的不是数字（如:q）scanf()会读取失败并返回0；此时，status的值就是0；循环结束。因为输入的字符q不是数字，所以它会被放回输入队列中（实际上，不仅仅是q，任何非数值的数据都会导致循环终止）

EOF

如果 scanf 在读取过程中遇到问题，比如文件结束（EOF，End Of File）或者输入/输出错误，它会返回一个特殊的值 EOF。

当 scanf 返回 EOF 时，它通常意味着读取操作没有成功完成。在循环中使用 scanf 时，如果 scanf 返回 EOF，循环会终止。这是因为循环通常依赖于 scanf 的返回值来确定是否继续读取更多的输入。

scanf()的双重特性

`scanf()` 函数在 C 语言中具有双重特性，它既是一个输入函数，也是一个格式化函数。这两个特性使得 `scanf()` 非常强大，但同时也需要程序员在使用时格外小心。

1. 输入函数：

`scanf()` 的主要目的是从标准输入（通常是键盘）读取用户输入的数据。它可以根据指定的格式字符串解析输入流，并根据这些格式将输入的字符串转换为相应的数据类型，然后存储在提供的变量地址中。

2. 格式化函数：

`scanf()` 通过格式字符串来控制输入数据的解析方式。格式字符串定义了期望的输入格式，包括数据类型、字段宽度、分隔符等。这使得 `scanf()` 能够灵活地处理各种不同的输入情况。

双重特性的体现：

数据类型转换：

`scanf()` 根据格式字符串中的格式说明符（如 `%d`、`%f`、`%s` 等）自动将输入的字符串转换为相应的数据类型。例如，`%d` 将输入的数字字符串转换为整数，`%f` 将输入的数字字符串转换为浮点数。

输入控制：

格式字符串中的限定符（如宽度限定符 `3` 或 `*`）可以用来控制输入的读取，例如，`%3s` 会读取最多三个字符的字符串，`%*d` 会跳过下一个整数输入。

错误处理：

`scanf()` 在遇到输入错误时（如类型不匹配、超出预期的输入等）会有不同的行为。它可能跳过错误的输入，或者返回一个错误标志（通常是 `EOF`），这需要程序员进行适当的错误检查和处理。

使用注意事项：

缓冲区溢出：

如果输入的数据超过了为变量分配的空间，可能会导致缓冲区溢出，这是常见的安全漏洞。

输入验证：

由于 `scanf()` 会根据格式字符串解析输入，如果输入不符合预期格式，可能会导致未定义的行为。因此，在使用 `scanf()` 时，应该总是检查其返回值，并进行适当的错误处理。

安全性：

在处理来自不可信源的输入时，应该谨慎使用 `scanf()`，因为它可能被用来执行格式化字符串攻击。

6.1.2 C风格读取循环

while (scanf("%ld", &num) == 1)

{

/*循环行为*/

}

6.2 while语句

while 循环的通用形式：
while (expression)
statement
while 循环是入口条件循环，满足条件时才进入循环体。
只有while(expression) 后的单独语句（或者{}扩起的语句块)才是循环部分

每一次循环都被称为一次迭代

6.2.1 终止while循环

构建while循环时，测试表达式(即while后面的expression)的值最终要为假。否则，就会出现“死循环”。

可以使用break和if语句来终止循环

6.2.2 何时终止循环

6.2.3 while：入口条件循环

while循环是使用入口条件（entry condition）的有条件循环。入口条件是指，只要满足条件时才进入循环体，不满足时就直接跳过循环。

6.2.4 语法要点

只有测试条件后面的单独语句（大括号扩起的复合语句也是单独语句。空语句; 也是单独语句）才是循环部分。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int n = 0;
    while (n < 3)
        printf("n is %d\n", n);
        n++;   //注意这句不是循环体的内容，n++不会执行，n<3一直成立，所以上面的循环会一直进行。
        printf("That's all this program does\n");
        return 0;
}

有时程序员会故意使用带空语句的while语句原因可能是：

1. 等待硬件操作：
在嵌入式系统或与硬件直接交互的程序中，程序员可能需要等待硬件完成某些操作。在这种情况下，使用空循环可以提供一个简单的等待机制，直到硬件准备好进行下一步操作。

2. 简化代码：
在某些情况下，使用空循环可以简化代码逻辑，尤其是在处理简单的状态机或条件检查时。

3. 避免使用额外的库或工具：
在资源受限的环境中，程序员可能没有可用的高级同步机制，如事件、信号量或条件变量。在这种情况下，空循环可能是实现等待机制的唯一选项。

4. 调试目的：
在调试过程中，程序员可能会使用空循环来模拟延迟或强制程序在某个点上暂停，以便观察程序的行为。

5. 特定算法的实现：
在某些算法中，如某些类型的搜索算法或优化算法，可能需要在找到解决方案之前不断迭代。在这些情况下，空循环可以用来表示这种迭代过程。

6. 依赖于特定硬件或操作系统的行为：
在某些情况下，硬件或操作系统的行为可能依赖于 CPU 的忙等待。例如，某些硬件中断可能需要 CPU 在特定时间内保持忙碌状态。

7. 教育目的：
在教学或演示中，空循环可以用来展示循环结构的基本用法，或者用来说明循环的工作原理。

8. 遗留代码维护：
在维护旧的代码库时，程序员可能会遇到使用空循环的情况。在不改变现有逻辑的情况下，他们可能会保留这些循环，尤其是在不清楚替代方案的长期影响时。

9. 特定编程语言或环境的限制：
在某些编程语言或环境中，可能没有提供更高级的同步或等待机制，因此空循环成为唯一的选择。

10.误解或缺乏经验：
有时，程序员可能由于对更好实践的不了解或缺乏经验而使用空循环。

书上的例子的是为了特定算法的实现（为了跳过整数输入）

6.3 用关系运算符和表达式比较大小

while循环经常依赖测试表达式作比较，这样的表达式被称为 关系表达式（relation expression），

出现在关系表达式中的运算符叫做关系运算符（relation operator）。

在while语句中使用关系表达式：

 while( number < 6) 
 
{
    printf("Your number is too small.\n");
    scanf("%d",&number);
 
}

while( ch !='$')
{
    count++;
    scanf("%c",&ch);
}

while (scanf("%f", &num) ==1)
  sum += num;

while语句的关系表达式也可以用于比较字符，比较时使用的是机器字符码

虽然关系表达式也可以比较浮点数，但是要注意：比较浮点数时，尽量只使用<和>

6.3.1 什么是真

简单来说，1是真，0是假

6.3.2 其他真值

所有的非零值都被视为真，只有0被视为假

6.3.3 真值的问题

误用=会导致无限循环

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    long num;
    long sum = 0L;
    int status;

    printf("Please enter an integer to be summed");
    printf("(q to Quit)");
    status = scanf("%ld", &num);
    while (status = 1)
    {
        sum = sum + num;
        printf("Please enter next integer (q to Quit):");
        status = scanf("%ld", &num);
    }
    printf("Those integers sum to %ld.\n", sum);
    return 0;
}

循环形成过程：

1. scanf 在读取输入时，如果读取指定形式的输入失败，就会把无法读取的输入留在输入池中。
2. 当它把 q 当作整数读取失败后，q 就留在了输入池。
3. 下次循环时，scanf 会从输入池上次读取失败的位置（也就是 q 所在的位置）继续读取，导致再次失败，进而形成了无限循环。

6.3.4 新的_Bool类型

_Bool 是 C99 标准引入的布尔类型，通常只占用 1 个字节的内存。
bool 是 C++中的布尔类型，在不同的编译器和系统中，其占用的内存大小可能有所不同，但通常也是 1 个字节。

C99提供了stdbool.h头文件，该头文件让bool成为_Bool的别名，而且把true和false分别定义为1和0的符号常量。用了该头文件后写出的代码可以与C++兼容

这也是为什么C语言里_Bool类型我们很少用，反而是C++的bool我们爱不释手的原因

6.3.5 优先级和关系运算符

6.4 不确定循环和计数循环

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    const int NUMBER = 22;
	int count = 1;
	while (count <= 10) {
		printf("count=%d\n", count);
		count++;
	}
	return 0;
}

6.5 for循环

for的形式：

for (initialize; test; update )

  statement

for循环的三个表达式通常是第一个给计数器赋初始值，第二个表达式表示计数器范围
第三个表达式递增计数器。
实际使用可以灵活的利用三个位置的特点，
第1个表达式只在执行循环嵌执行一次，
第2个表达式可以是任何条件
第3个表达式是可以每次递增、递减、加倍等。
三个表达式可以空缺（但是分号不能缺）

每一个表达式的副作用（如：递增变量）都发生在对下一个表达式求值之前

利用for的灵活性

可以使用递减运算符来递减计数器
可以让计数器跨数递增
可以用字符代替数字计数（ASCII）
除了测试迭代次数外，还可以测试其他条件
可以让递增的量几何增长，而不是算术增长
第3个表达式可以使用任意合法的表达式
可以省略一个或者多个表达式（但不能省略分号），只要在循环中包含能结束循环的语句即可
第1个表达式不一定是给变量赋初值，也可以使用printf()。记住，在执行循环的其他部分之前，只对第1个表达式求值一个或者执行一次
循环体中的行为可以改变循环头中的表达式

6.6 其他赋值运算符（运算符优先级表里有）

6.7 逗号运算符

,逗号运算符扩展了for循环的灵活性，以便循环头中包含更多的表达式jj,
如：
for(ounces = 1, cost = FIRST_OZ; ounces <= 16; ounces++, cost += NEXT_OZ)
printf("%5d $%4.2f\n", ounces, cost/100.0 );

它保证了被它分隔的表达式从左到右求值（换言之，逗号是一个序列点，所以逗号左侧项的所有副作用都在程序执行逗号右侧项之前发生）

6.8 出口条件循环 do while (先做一次，再检查条件)

保证了至少执行循环体中的内容一次

do 

  statement

while( expression);

6.9 如何选择循环

主要考虑是入口循环还是出口循环，
出口循环选do while ，入口循环for或while

6.10 嵌套循环

循环内的语句也是循环时，就形成嵌套循环。

以简单的二层嵌套为例，外层循环每执行一次，里面的语句（包括循环）就执行一遍。

6.11 数组简介

数组：是按顺序存储的一系列类型相同的值，通过整数下标访问数组中单独的项或元素

用于识别数组元素的数字被称为下标、索引、偏移量。

6.12 使用函数返回值的循环示例

6.12.1 math.h库——pow()幂函数

#include<stdio.h>
#include<math.h>
int main()
{
    int a,b,ret;
    if(scanf("%d %d",&a,&b)==2){
      ret = pow(a,b);    //求出a的b次方
      printf("%d", ret);
    }else printf("输出有误");
    return 0;
}

这里复现时可能会出现问题原因：

底数 a为负数并且指数 b 不是整数，将会导致 domain error 错误.
底数 a和指数 b都是 0，会导致 domain error 错误.
底数 a是 0，指数 b 为负数，会导致 domain error 或 pole error 错误.

PS:如果使用 scanf("%d %d",&a,&b) 作为取得数值途径，可能会因为scanf()函数的特性（第四章有讲）而出错（如：b拿不到数组等等）

6.12.2 使用带返回值的函数

在 C 语言中，`return` 语句用于从函数返回一个值给调用者，或者从函数中提前退出。`return` 语句的基本用法取决于函数的返回类型：

1. 返回值：

如果函数声明了返回类型（除了 `void`），则 `return` 语句必须返回一个与函数声明的返回类型相匹配的值。

  ```c
   int add(int a, int b) {
       return a + b; // 返回两个整数的和
   }
   ```

2. 无返回值：

如果函数的返回类型是 `void`，则 `return` 语句不返回任何值，它只是从函数中退出。

   ```c
   void printHello() {
       printf("Hello, World!\n");
       return; // 从函数中退出
   }
   ```

3. 从条件语句返回：

`return` 语句可以在 `if`、`else if`、`else` 或 `switch` 语句中使用，用于根据不同的条件返回不同的值。

   ```c
   int max(int a, int b) {
       if (a > b) {
           return a;
       } else {
           return b;
       }
   }
   ```

4. 提前退出函数：

在循环或条件语句中使用 `return` 可以提前退出函数。

  ```c
   int find(int *array, int size, int value) {
       for (int i = 0; i < size; i++) {
           if (array[i] == value) {
               return i; // 找到值，返回索引
           }
       }
       return -1; // 未找到值，返回-1
   }
   ```

5. 返回字符串：

对于返回字符串的函数，通常返回一个指向字符数组的指针。

   ```c
   char* getGreeting() {
       return "Hello, World!";
   }
   ```

6. 返回多个值：

虽然 C 语言的函数不能直接返回多个值，但可以通过返回一个结构体或使用指针参数来间接返回多个值。

   ```c
   typedef struct {
       int x;
       int y;
   } Point;

   Point getOrigin() {
       Point p = {0, 0};
       return p; // 返回一个点的坐标
   }
   ```

7. 返回错误码：

在很多函数中，`return` 语句用于返回错误码，以指示函数是否成功执行。

 ```c
   int openFile(const char* filename) {
       FILE *file = fopen(filename, "r");
       if (file == NULL) {
           return -1; // 打开文件失败，返回错误码
       }
       return 0; // 成功打开文件
   }
   ```

使用 `return` 语句时，应该确保返回的值与函数的声明相匹配，并且在函数的控制流结束前正确地返回。如果函数应该返回一个值，但没有使用 `return` 语句，或者返回了一个错误的类型，编译器可能会发出警告或错误。