CH3 - 控制流¶

程序语言中的控制流语句用于控制各计算操作执行的次序。

3.1 语句与程序块¶

语句¶

在 x = 0、i++或 printf(...)这样的表达式之后加上一个分号（;），它们就变成了 语句。在 C 语言中，分号是语句结束符，而 Pascal 等语言却把分号用作语句之间的分隔符。

程序块¶

用一对花括号“{”与“}”把一组声明和语句括在一起就构成了一个复合语句（也叫作程序块），复合语句在语法上等价于单条语句。右花括号用于结束程序块，其后不需要分号。

3.2 if-else 语句¶

。。。k if {表达式} 语句 1 else 语句 2 。。。

其中 else 部分是可选的。该语句执行时，先计算表达式的值，如果其值为真（即表达式的值 为非 0），则执行语句 1；如果其值为假（即表达式的值为 0），并且该语句包含 else 部分， 则执行语句 2。

由于 if 语句只是简单测试表达式的数值，因此可以对某些代码的编写进行简化。最明显 的例子是用如下写法 if (表达式) 来代替 if (表达式 !0) 某些情况下这种形式是自然清晰的，但也有些情况下可能会含义不清。

因为 if-else 语句的 else 部分是可选的，所以在嵌套的 if 语句中省略它的 else 部分将导致歧义。解决的方法是将每个 else 与最近的前一个没有 else 配对的 if 进行匹配。可以使用花括号来明确地指定 else 与哪个 if 匹配。

3.3 else-if 语句¶

。。。k if (表达式) 语句 else if (表达式) 语句 else if (表达式) 语句 else if (表达式) 语句 else 语句 。。。 因此我们在这里单独说明一下。这种 if 语句序列是编写多路判定最常用的方法。其中的各表达式将被依次求值，一旦某个表达式结果为真，则执行与之相关的语句，并终止整个语句序列的执行。同样，其中各语句既可以是单条语句，也可以是用花括号括住的复合语句。

最后一个 else 部分用于处理“上述条件均不成立”的情况或默认情况，也就是当上面各条件都不满足时的情形。有时候并不需要针对默认情况执行显式的操作，这种情况下，可以把该结构末尾的 else 语句 部分省略掉；该部分也可以用来检查错误，以捕获“不可能”的条件。

3.4 switch 语句¶

。。。k switch (表达式) { case 常量表达式: 语句序列 case 常量表达式: 语句序列 default: 语句序列 } 。。。

每一个分支都由一个或多个**整数值常量**或**常量表达式**标记。如果某个分支与表达式的值匹配，则从该分支开始执行。各分支表达式必须互不相同。如果没有哪一分支能匹配表达式，则执行标记为 default 的分支。default 分支是可选的。如果没有 default 分支也没有其它分支与表达式的值匹配，则该 switch 语句不执行任何动作。各分支及 default 分支的排列次序是任意的。

例子：

。。。k

include ¶

main() /* count digits, white space, others */ { int c, i, nwhite, nother, ndigit[10]; nwhite = nother = 0; for (i = 0; i < 10; i++) ndigit[i] = 0; while ((c = getchar()) != EOF) { switch © { case '0': case '1': case '2': case '3': case '4': case '5': case '6': case '7': case '8': case '9': ndigit[c - '0']++; break; case ' ': case '\n': case '\t': nwhite++; break; default: nother++; break; } } printf("digits ="); for (i = 0; i < 10; i++) printf(" %d", ndigit[i]); printf(", white space = %d, other = %d\n", nwhite, nother); return 0; } 。。。

break 语句将导致程序的执行立即从 switch 语句中退出。**在 switch 语句中，case的作用只是一个标号，因此，某个分支中的代码执行完后，程序将进入下一分支继续执行，除非在程序中显式地跳转。**跳出 switch 语句最常用的方法是使用 break 语句与 return 语句。break 语句还可强制控制从 while、for 与 do 循环语句中立即退出。

依次执行各分支的做法有优点也有缺点。好的一面是它可以把若干个分支组合在一起完成一个任务，如上例中对数字的处理。但是，正常情况下为了防止直接进入下一个分支执行，每个分支后必须以一个 break 语句结束。从一个分支直接进入下一个分支执行的做法并不健全，这样做在程序修改时很容易出错。除了一个计算需要多个标号的情况外，应尽量减少从一个分支直接进入下一个分支执行这种用法，在不得不使用的情况下应该加上适当的程序注释。

作为一种良好的程序设计风格，在 switch 语句最后一个分支（即 default 分支）的后面也加上一个 break 语句。这样做在逻辑上没有必要，但当我们需要向该 switch 语句后添加其它分支时，这种防范措施会降低犯错误的可能性。

3.5 while 循环与 for 循环¶

在 while 循环语句 。。。k while (表达式) 语句 。。。 中，首先求表达式的值。如果其值非 0，则执行语句，并再次求该表达式的值。这一循环过程 一直进行下去，直到该表达式的值为 0 为止，随后继续执行语句后面的部分。

。。。k for 循环语句; for (表达式 1; 表达式 2; 表达式 3) 语句 。。。 等价于

。。。k 表达式 1; while (表达式 2) { 语句 表达式 3; } 。。。

从语法角度看，for 循环语句的 3 个组成部分都是表达式。最常见的情况是，表达式 1 与表达式 3 是赋值表达式或函数调用，表达式 2 是关系表达式。这 3 个组成部分中的任何部 分都可以省略，但分号必须保留。如果在 for 语句中省略表达式 1 与表达式 3，它就退化成 了 while 循环语句。如果省略测试条件，即表达式 2，则认为其值永远是真值，因此，下列 for 循环语句： 。。。k for ( ; ; ) 语句 。。。 是一个“无限”循环语句，这种语句需要借助其它手段（如 break 语句或 return 语句）才 能终止执行。

在设计程序时到底选用 while 循环语句还是 for 循环语句，主要取决于程序设计人员的个人偏好。

例如，在下列语句中： 。。。k while ((c = getchar()) == ' ' || c == '\n' || c = '\t') ; /* skip white space characters */ 。。。 因为其中没有初始化或重新初始化的操作，所以使用 whi1e 循环语句更自然一些。

如果语句中需要执行简单的初始化和变量递增，使用 for 语句更合适一些，它将循环控制语句集中放在循环的开头，结构更紧凑、更清晰。通过下列语句可以很明显地看出这一点： 。。。k for (i = 0; i < n; i++) ... 。。。

例子，重写atoi函数：

。。。k

include ¶

/* atoi: convert s to integer; version 2 / int atoi(char s[]) { int i, n, sign; for (i = 0; isspace(s[i]); i++) / skip white space / ; sign = (s[i] == '-') ? -1 : 1; if (s[i] == '+' || s[i] == '-') / skip sign */ i++; for (n = 0; isdigit(s[i]); i++) n = 10 * n + (s[i] - '0'); return sign * n; } 。。。

把循环控制部分集中在一起，对于多重嵌套循环，优势更为明显。下面的函数是对整型数组进行排序的 Shell 排序算法。Shell 排序算法是 D. L. Shell 于 1959 年发明的，其基本思想是：先比较距离远的元素，而不是像简单交换排序算法那样先比较相邻的元素。这样可以快速减少大量的无序情况，从而减轻后续的工作。被比较的元素之间的距离逐步减少，直到减少为 1，这时排序变成了相邻元素的互换。

。。。k /* shellsort: sort v[0]...v[n-1] into increasing order */ void shellsort(int v[], int n) { int gap, i, j, temp; for (gap = n / 2; gap > 0; gap /= 2) for (i = gap; i < n; i++) for (j = i - gap; j >= 0 && v[j] > v[j + gap]; j -= gap) { temp = v[j]; v[j] = v[j + gap]; v[j + gap] = temp; } } 。。。

逗号运算符“,”也是 C 语言优先级最低的运算符，在 for 语句中经常会用到它。被逗号分隔的一对表达式将按照从左到右的顺序进行求值，表达式右边的操作数的类型和值即为其结果的类型和值。 。。。k

include ¶

/* reverse: reverse string s in place */ void reverse(char s[]) { int c, i, j; for (i = 0, j = strlen(s) - 1; i < j; i++, j--) { c = s[i]; s[i] = s[j]; s[j] = c; } } 。。。 某些情况下的逗号并不是逗号运算符，比如分隔函数参数的逗号，分隔声明中变量的逗号等，这些逗号并不保证各表达式按从左至右的顺序求值。

应该慎用逗号运算符。逗号运算符最适用于关系紧密的结构中，比如上面的 reverse 函数内的 for 语句，对于需要在单个表达式中进行多步计算的宏来说也很适合。逗号表达式还适用于 reverse 函数中元素的交换，这样，元素的交换过程便可以看成是一个单步操作。

3.6 do-while 循环¶

我们在第 1 章中曾经讲过，while 与 for 这两种循环在循环体执行前对终止条件进行测试。与此相反，C 语言中的第三种循环——do-while 循环则在循环体执行后测试终止条件，这样循环体至少被执行一次。do-while 循环的语法形式如下：

。。。k do 语句 while (表达式); 。。。

在这一结构中，先执行循环体中的语句部分，然后再求表达式的值。如果表达式的值为真，则再次执行语句，依此类推。当表达式的值变为假，则循环终止。

经验表明，do-while 循环比 while 循环和 for 循环用得少得多。尽管如此，do-while 循环语句有时还是很有用的。下面我们通过函数 itoa 来说明这一点。itoa 函数是 atoi 函数的逆函数，它把数字转换为字符串。这个工作比最初想像的要复杂一些。如果按照 atoi 函数中生成数字的方法将数字转换为字符串，则生成的字符串的次序正好是颠倒的，因此，我们首先要生成反序的字符串，然后再把该字符串倒置。

。。。k /* itoa: convert n to characters in s / void itoa(int n, char s[]) { int i, sign; if ((sign = n) < 0) / record sign / n = -n; / make n positive / i = 0; do { / generate digits in reverse order / s[i++] = n % 10 + '0'; / get next digit / } while ((n /= 10) > 0); / delete it */ if (sign < 0) s[i++] = '-'; s[i] = '\0'; reverse(s); } 。。。

3.7 break 与 continue 语句¶

不通过循环头部或尾部的条件测试而跳出循环，有时是很方便的。break 语句可用于从for、while与do-while等循环中提前退出，就如同从switch语句中提前退出一样。break语句能使程序从 switch 语句或最内层循环中立即跳出。

下面的函数 trim 用于删除字符串尾部的空格符、制表符与换行符。当发现最右边的字符为非空格符、非制表符、非换行符时，就使用 break 语句从循环中退出。

。。。k /* trim: remove trailing blanks, tabs, newlines */ int trim(char s[]) { int n; for (n = strlen(s) - 1; n >= 0; n--) if (s[n] != ' ' && s[n] != '\t' && s[n] != '\n') break; s[n + 1] = '\0'; return n; } 。。。

strlen 函数返回字符串的长度。for 循环从字符串的末尾开始反方向扫描寻找第一个不是空格符、制表符以及换行符的字符。当找到符合条件的第一个字符，或当循环控制变量 n 变为负数时（即整个字符串都被扫描完时），循环终止执行。读者可以验证，即使字符串为空或仅包含空白符，该函数也是正确的。

continue 语句与 break 语句是相关联的，但它没有 break 语句常用。continue 语句用于使 for、while 或 do-while 语句开始下一次循环的执行。在 while 与 do-while语句中，continue 语句的执行意味着立即执行测试部分；在 for 循环中，则意味着使控制转移到递增循环变量部分。**continue 语句只用于循环语句，不用于 switch 语句。**某个循环包含的 switch 语句中的 continue 语句，将导致进入下一次循环。

当循环的后面部分比较复杂时，常常会用到 continue 语句。这种情况下，如果不使用continue 语句，则可能需要把测试颠倒过来或者缩进另一层循环，这样做会使程序的嵌套更深。

3.8 goto 语句与标号¶

C 语言提供了可随意滥用的 goto 语句以及标记跳转位置的标号。从理论上讲，goto 语句是没有必要的，实践中不使用 goto 语句也可以很容易地写出代码。至此，本书中还没有使用 goto 语句。

但是，在某些场合下 goto 语句还是用得着的。最常见的用法是终止程序在某些深度嵌套的结构中的处理过程，例如一次跳出两层或多层循环。这种情况下使用 break 语句是不能达到目的的，它只能从最内层循环退出到上一级的循环。下面是使用 goto 语句的一个例子：

。。。k for (...) for (...) { ... if (disaster) goto error; } ... error: /* clean up the mess */ 。。。

标号的命名同变量命名的形式相同，标号的后面要紧跟一个冒号。标号可以位于对应的 goto 语句所在函数的任何语句的前面。标号的作用域是整个函数。

我们来看另外一个例子。考虑判定两个数组 a 与 b 中是否具有相同元素的问题。一种可能的解决方法是：

。。。k for (i = 0; i < n; i++) for (j = 0; j < m; j++) if (a[i] == b[j]) goto found; /* didn't find any common element / ... found : / got one: a[i] == b[j] */ ... 。。。

所有使用了 goto 语句的程序代码都能改写成不带 goto 语句的程序，但可能会增加一些额外的重复测试或变量。例如，可将上面判定是否具有相同数组元素的程序段改写成下列形式：

。。。k found = 0; for (i = 0; i < n && !found; i++) for (j = 0; j < m && !found; j++) if (a[i] == b[j]) found = 1; if (found) /* got one: a[i-1] == b[j-1] / ... else / didn't find any common element */ ... 。。。

大多数情况下，使用 goto 语句的程序段比不使用 goto 语句的程序段要难以理解和维护，少数情况除外，比如我们前面所举的几个例子。尽管该问题并不太严重，但我们还是建议尽可能少地使用 goto 语句。

总之，别用 goto 语句。