编程进阶网
杨充
2025-07-21
目录

循环和选择

# 04.循环和选择

# 目录介绍

# 4.2 选择结构

# 4.2.1 if语句

if 语句用于在条件为真时执行代码块。

语法

if (条件) {
    // 条件为真时执行的代码
}
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示例

int age = 18;
if (age >= 18) {
    printf("You are an adult.\n");
}
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# 4.2.2 if-else语句

if-else 语句用于在条件为真时执行一个代码块，否则执行另一个代码块。语法

if (条件) {
    // 条件为真时执行的代码
} else {
    // 条件为假时执行的代码
}
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示例

int age = 16;
if (age >= 18) {
    printf("You are an adult.\n");
} else {
    printf("You are a minor.\n");
}
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# 4.2.3 多条件语句

if-else if-else 语句用于处理多个条件。

语法

if (条件1) {
    // 条件1为真时执行的代码
} else if (条件2) {
    // 条件2为真时执行的代码
} else {
    // 所有条件为假时执行的代码
}
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示例

int score = 85;
if (score >= 90) {
    printf("Grade: A\n");
} else if (score >= 80) {
    printf("Grade: B\n");
} else if (score >= 70) {
    printf("Grade: C\n");
} else {
    printf("Grade: F\n");
}
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# 4.2.4 switch语句

switch 语句用于根据变量的值执行不同的代码块。

switch (表达式) {
    case 值1:
        // 表达式等于值1时执行的代码
        break;
    case 值2:
        // 表达式等于值2时执行的代码
        break;
    default:
        // 表达式不等于任何值时执行的代码
}
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示例

int day = 3;
switch (day) {
    case 1:
        printf("Monday\n");
        break;
    case 2:
        printf("Tuesday\n");
        break;
    case 3:
        printf("Wednesday\n");
        break;
    default:
        printf("Invalid day\n");
}
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注意事项

  • switch 表达式必须是整型或字符型。
  • 每个 case 块通常以 break 结束，否则会继续执行下一个 case 块。
  • default 块是可选的，用于处理未匹配的情况。

# 4.2.5 嵌套选择结构

选择结构可以嵌套使用。示例

int age = 20;
char gender = 'M';

if (age >= 18) {
    if (gender == 'M') {
        printf("Adult male\n");
    } else {
        printf("Adult female\n");
    }
} else {
    printf("Minor\n");
}
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# 4.2.6 三元运算符

三元运算符是一种简化的选择结构。语法

条件 ? 表达式1 : 表达式2;
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示例

int age = 20;
char *status = (age >= 18) ? "Adult" : "Minor";
printf("%s\n", status);
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# 4.2.7 注意事项说明

  1. 条件表达式： 条件表达式的结果必须是 true（非零）或 false（零）。
  2. if 和 else 的匹配**：else 总是与最近的 if 匹配。
  3. switch 的 break：如果忘记写 break，程序会继续执行下一个 case 块。
  4. 代码风格：使用大括号 {} 明确代码块的范围，即使只有一行代码。

# 4.2.8 综合示例

#include <stdio.h>

int main() {
    int score;
    printf("Enter your score: ");
    scanf("%d", &score);

    if (score >= 90) {
        printf("Grade: A\n");
    } else if (score >= 80) {
        printf("Grade: B\n");
    } else if (score >= 70) {
        printf("Grade: C\n");
    } else if (score >= 60) {
        printf("Grade: D\n");
    } else {
        printf("Grade: F\n");
    }

    char grade;
    switch (score / 10) {
        case 10:
        case 9:
            grade = 'A';
            break;
        case 8:
            grade = 'B';
            break;
        case 7:
            grade = 'C';
            break;
        case 6:
            grade = 'D';
            break;
        default:
            grade = 'F';
    }
    printf("Grade: %c\n", grade);

    return 0;
}
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# 4.2.9 综合案例与思考

综合案例：用选择结构实现一个简单的计算器

#include <stdio.h>

int main() {
    double num1, num2;
    char operator;
    
    printf("输入表达式 (如 3.5 + 2.1): ");
    scanf("%lf %c %lf", &num1, &operator, &num2);
    
    switch (operator) {
        case '+':
            printf("%.2f + %.2f = %.2f\n", num1, num2, num1 + num2);
            break;
        case '-':
            printf("%.2f - %.2f = %.2f\n", num1, num2, num1 - num2);
            break;
        case '*':
            printf("%.2f * %.2f = %.2f\n", num1, num2, num1 * num2);
            break;
        case '/':
            if (num2 != 0) {
                printf("%.2f / %.2f = %.2f\n", num1, num2, num1 / num2);
            } else {
                printf("错误: 除数不能为0!\n");
            }
            break;
        default:
            printf("不支持的运算符: %c\n", operator);
    }
    
    return 0;
}
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原理说明：if-else 适用于范围判断（如成绩等级），switch 适用于离散值判断（如菜单选项、运算符）。switch 底层通过跳转表（jump table）实现，当分支较多时效率高于连续的 if-else。break 在 switch 中必不可少，否则会发生"贯穿"（fall-through），继续执行下一个 case 的代码。

思考题：

  1. switch 语句中如果忘记写 break 会发生什么？这种"贯穿"特性在什么场景下有用？
  2. if-else 和 switch 各自适合什么场景？什么情况下不能用 switch 替代 if-else？
  3. 为什么 switch 的表达式必须是整数类型或字符型，不能是浮点型或字符串？

# 4.3 循环结构

在 C 语言中，循环结构用于重复执行一段代码，直到满足特定条件。C 语言提供了三种主要的循环结构：for 循环、while 循环和 do-while 循环。

# 4.3.1 for循环

for 循环用于在已知循环次数的情况下重复执行代码。

语法

for (初始化; 条件; 更新) {
    // 循环体
}
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执行流程

  1. 执行初始化语句。
  2. 检查条件是否为真：
    • 如果为真，执行循环体。
    • 如果为假，退出循环。
  3. 执行更新语句。
  4. 重复步骤 2 和 3。

示例

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d ", i);
}
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输出：

0 1 2 3 4
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# 4.3.2 while循环

while 循环用于在条件为真时重复执行代码。

语法

while (条件) {
    // 循环体
}
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3

执行流程

  1. 检查条件是否为真：
    • 如果为真，执行循环体。
    • 如果为假，退出循环。
  2. 重复步骤 1。

示例

int i = 0;
while (i < 5) {
    printf("%d ", i);
    i++;
}
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输出：

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# 4.3.3 do-while循环

do-while 循环先执行循环体，然后检查条件是否为真。

语法

do {
    // 循环体
} while (条件);
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执行流程

  1. 执行循环体。
  2. 检查条件是否为真：
    • 如果为真，重复步骤 1。
    • 如果为假，退出循环。

示例

int i = 0;
do {
    printf("%d ", i);
    i++;
} while (i < 5);
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输出：

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# 4.3.4 嵌套循环

循环可以嵌套使用，即在一个循环中包含另一个循环。

示例

for (int i = 1; i <= 3; i++) {
    for (int j = 1; j <= 3; j++) {
        printf("(%d, %d) ", i, j);
    }
    printf("\n");
}
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输出：

(1, 1) (1, 2) (1, 3) 
(2, 1) (2, 2) (2, 3) 
(3, 1) (3, 2) (3, 3)
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# 4.3.5 无限循环

无限循环是指条件永远为真的循环，通常用于需要持续运行的程序。

示例

while (1) {
    printf("This is an infinite loop.\n");
}
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# 4.3.6 循环注意事项

  1. 循环条件：确保循环条件最终会变为假，否则会导致无限循环。
  2. 循环变量：在 for 循环中，循环变量的作用域仅限于循环体。
  3. 代码风格：使用大括号 {} 明确循环体的范围，即使只有一行代码。
  4. 性能优化：避免在循环体内执行不必要的操作，以提高性能。

# 4.3.7 综合案例与思考

综合案例：用循环实现经典算法

#include <stdio.h>

int main() {
    // 案例1：求1~100的和（for循环）
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        sum += i;
    }
    printf("1~100的和: %d\n", sum);  // 5050
    
    // 案例2：猜数字游戏（while循环）
    int secret = 42;
    int guess = 0;
    int attempts = 0;
    printf("\n猜数字游戏(1-100)，答案是42:\n");
    // 模拟猜测过程
    int guesses[] = {50, 25, 40, 45, 42};
    int idx = 0;
    while (guess != secret && idx < 5) {
        guess = guesses[idx++];
        attempts++;
        if (guess > secret) {
            printf("猜 %d - 太大了!\n", guess);
        } else if (guess < secret) {
            printf("猜 %d - 太小了!\n", guess);
        } else {
            printf("猜 %d - 恭喜，猜对了! 用了%d次\n", guess, attempts);
        }
    }
    
    // 案例3：打印九九乘法表（嵌套循环）
    printf("\n九九乘法表:\n");
    for (int i = 1; i <= 9; i++) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            printf("%d*%d=%-4d", j, i, i * j);
        }
        printf("\n");
    }
    
    // 案例4：do-while确保至少执行一次
    int input;
    do {
        input = 3;  // 模拟输入
        printf("\n输入的值: %d (do-while至少执行一次)\n", input);
    } while (input < 0);
    
    return 0;
}
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原理说明：for 循环适合已知循环次数的场景；while 循环适合条件驱动的场景；do-while 保证循环体至少执行一次。嵌套循环的时间复杂度是各层循环次数的乘积，因此要注意性能。编译器会对简单循环进行优化（如循环展开），但复杂循环可能需要手动优化。

思考题：

  1. for、while、do-while 三种循环能否互相替换？什么场景下 do-while 比 while 更合适？
  2. 一个二重嵌套循环，外层循环100次，内层循环1000次。如果交换内外层，对性能有影响吗？
  3. 无限循环 while(1) 和 for(;;) 有区别吗？在实际编程中什么场景需要无限循环？

# 4.4 跳出循环

# 4.4.1 break语句

break 语句用于立即退出循环。

示例

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

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# 4.4.2 continue语句

continue 语句用于跳过当前循环的剩余部分，直接进入下一次循环。

示例

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    if (i == 2) {
        continue;
    }
    printf("%d ", i);
}
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# 4.4.3 goto语句

goto 语句用于无条件跳转到程序中指定的标签位置。虽然 goto 在大多数场景中不推荐使用（会破坏结构化编程），但在某些特定场景下非常有用，如多层嵌套循环的跳出和错误处理时的资源清理。

语法

goto 标签名;
// ...
标签名:
    // 跳转到此处执行
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示例：跳出多层嵌套循环

#include <stdio.h>

int main() {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        for (int j = 0; j < 5; j++) {
            if (i == 2 && j == 3) {
                goto end_loops;
            }
            printf("(%d,%d) ", i, j);
        }
        printf("\n");
    }
end_loops:
    printf("\n跳出多层循环，在i=2,j=3处退出\n");
    return 0;
}
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示例：错误处理中的资源清理

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("test.txt", "r");
    if (file == NULL) goto cleanup;
    
    int *buffer = (int *)malloc(100 * sizeof(int));
    if (buffer == NULL) goto cleanup_file;
    
    // 正常处理逻辑...
    printf("资源分配成功\n");
    
    free(buffer);
    fclose(file);
    return 0;

cleanup_file:
    fclose(file);
cleanup:
    printf("资源分配失败，已清理\n");
    return 1;
}
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原理说明：goto 的本质是汇编语言中的无条件跳转指令（JMP）。C语言是结构化编程语言，过度使用 goto 会导致"面条代码"（spaghetti code），难以维护。但在Linux内核源码中，goto 被广泛用于错误处理路径，因为它能避免深层嵌套的 if-else，使错误清理逻辑更清晰。

# 4.4.4 综合案例与思考

综合案例：流程控制语句的综合运用

#include <stdio.h>

int main() {
    // 案例1：break跳出循环 - 查找第一个能被7整除的数
    printf("案例1：查找1~100中第一个能被7整除的数\n");
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        if (i % 7 == 0) {
            printf("找到: %d\n", i);
            break;
        }
    }
    
    // 案例2：continue跳过 - 打印1~20中的奇数
    printf("\n案例2：1~20中的奇数: ");
    for (int i = 1; i <= 20; i++) {
        if (i % 2 == 0) {
            continue;
        }
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    // 案例3：break跳出内层循环 - 查找素数
    printf("\n案例3：2~50中的素数: ");
    for (int i = 2; i <= 50; i++) {
        int is_prime = 1;
        for (int j = 2; j * j <= i; j++) {
            if (i % j == 0) {
                is_prime = 0;
                break;  // 只跳出内层循环
            }
        }
        if (is_prime) {
            printf("%d ", i);
        }
    }
    printf("\n");
    
    // 案例4：goto跳出多层嵌套 - 在二维数组中查找目标值
    printf("\n案例4：在矩阵中查找目标值25\n");
    int matrix[5][5];
    for (int i = 0; i < 5; i++)
        for (int j = 0; j < 5; j++)
            matrix[i][j] = i * 10 + j * 3;
    
    int target = 25;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        for (int j = 0; j < 5; j++) {
            if (matrix[i][j] == target) {
                printf("找到 %d 在位置 [%d][%d]\n", target, i, j);
                goto found;
            }
        }
    }
    printf("未找到 %d\n", target);
found:
    
    // 案例5：综合运用 - 模拟密码验证（最多3次机会）
    printf("\n案例5：密码验证（模拟）\n");
    int correct_pin = 1234;
    int pins[] = {1111, 5678, 1234};  // 模拟输入
    int max_attempts = 3;
    for (int i = 0; i < max_attempts; i++) {
        printf("第%d次尝试: %d ", i + 1, pins[i]);
        if (pins[i] == correct_pin) {
            printf("- 验证成功!\n");
            break;
        }
        printf("- 密码错误\n");
        if (i == max_attempts - 1) {
            printf("已达最大尝试次数，账户锁定!\n");
        }
    }
    
    return 0;
}
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原理说明：break 只能跳出当前所在的最内层循环或 switch 语句，无法直接跳出多层嵌套。continue 只跳过当前迭代的剩余代码，不会影响外层循环。当需要跳出多层嵌套循环时，有三种方案：1）使用标志变量逐层判断；2）将嵌套循环封装为函数，用 return 跳出；3）使用 goto（在C语言中最简洁）。编译器处理 break 和 continue 时，会将它们转化为条件跳转指令。

思考题：

  1. break 在 for 循环和 switch 语句中的行为有什么不同？如果 switch 嵌套在 for 中，break 跳出哪个？
  2. 不使用 goto，如何优雅地跳出三层嵌套循环？请写出至少两种方案。
  3. Linux内核源码中大量使用 goto 进行错误处理，这与"不要使用goto"的编程建议矛盾吗？你怎么看？
上次更新: 2026/06/10, 11:13:41
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