C语言入门--分支和循环知识讲解

前言

C语言是一门结构型语言，那么在C语言中有哪些结构呢？其实包含顺序结构、循环结构、选择结构。其中if、swtich语句实现分支结构，while、for、do-while语句实现循环结构。今天我们就对分支和循环的知识进行讲解。

1.if语句

1.if

语法形式：（书写格式）

if(表达式)
语句

表达式作为一个判断标准（在C语言中，0为假，非0为真）
· 若表达式判断为真，则执行下面的语句，为假，则跳过不执行下面的语句
· 表达式计算结果为0，则为假，不执行语句，结果不为零，则执行下面语句

例子：输入一个整数，判断是否为奇数

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
printf("请输入一个整数：");
scanf("%d", &a);
if (a % 2 == 1) // ==是判断==左右两边的值是否相等，相等为真，不相等为假； =是赋值运算符
printf("%d是奇数",a);
return 0;
}

2.else

从上面例子来说，一个整数判断之后不是奇数，那不就不就是偶数了，现在我们要对上述代码进一步优化，
这就要使用到if-else语句了，下面是书写格式：

if(表达式)
语句1
else
语句2

else的中文意思是否则，也就是说，在if-else语句中，要么是if语句执行，要么是else语句执行，两者必须有一方要执行
那我们将上面代码进行改造

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
printf("请输入一个整数：");
scanf("%d", &a);
if (a % 2 == 1)
printf("%d是奇数", a);
else //若不是奇数，那就是偶数
printf("%d是偶数",a);
return 0;
}

练习：输入一个年龄，>=18就输出：成年，否则输出未成年

#include <stdio.h>
int main()
{
int age = 0;
printf("请输入一个年龄：");
scanf("%d", &age);
if (age>=18)
printf("成年");
else
printf("未成年")；
return 0;
}

3.分支内包含多条语句

由上面年龄判断的代码引入，去掉未成年的判断，那如果我想在判断成年后面再加上一句输出：可以谈恋爱
代码改进如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
int age = 0;
printf("请输入一个年龄：");
scanf("%d", &age);
if (age>=18)
printf("成年");
printf("可以谈恋爱");
return 0;
}

你想的改进方案是不是这种？来看代码运行的结果

结果是不是与我们想象的完全不一样，无论是不是>=18,结果都输出可以谈恋爱，这是为什么呢？
在C语言中，默认if后面只能跟1条语句，要是想控制多条语句，就得有{ }将多条语句都括起来，else类似

结合这个条件，if默认只能控制输出成年的这条语句，可以谈恋爱这条语句就作为独立语句，无论是否成年，该语句都会输出，
所以改进方案是将这2条语句用{ }括起来，就可以得到想要输出的结果啦！这里我就不做过多的演示了，根据提示完成改进代码。

4.嵌套if

在if-else语句中，else还可以和另一个if语句构成 多重判断
例子：输入一个整数，判断这个数是正数、负数还是0

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
printf("请输入一个整数：");
scanf("%d", &a);
if (a > 0)
printf("%d是正数", a);
//在a>0判断后，还剩a<0和a=0,在else里继续进一步判断，所以说if-else语句里嵌套if
else if (a < 0)
printf("%d是负数", a);
else
printf("0");
return 0;
}

其实if语句不仅可以嵌套在else语句里，还可以嵌套在if语句里

#include <stdio.h>
int main()
{
int a = 0;
printf("请输入一个整数：");
scanf("%d", &a);
if (a >= 0)
{
if (a > 0)
printf("%d是正数", a);
else
printf("0");
}
else
printf("%d是负数",a);
return 0;
}

我个人更推荐 第一种 代码形式，更为简洁，若逻辑更清晰，使用{ }将每部分代码块括起来

5.悬空else问题

有了前面的知识的学习，我们下面来做一个练习

#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;
}

代码的运行结果是什么？
是不是就认为上来就判断a=0,0不等于1，执行else语句，输出：haha

但是运行代码后，发现啥也没有输出，你可能会说第1个if和后面的else都对齐了，为什么它们构成的if-else语句没有发挥作用？

一条重要规则 ：else 总跟最接近的if进行匹配 （多条if和else的情况使用）

通过以上重要规则，你就明白了，其实else是与第2个if进行匹配的，不能局限于代码的格式，它可能会影响你的判断
所以，在第1个if判断为假时，不执行if里面的语句，同时没有与第1个语句匹配的else，即程序运行结束。

2.关系操作符

在C语言中，比较关系的表达式中用的运算符就叫“关系操作符”,用于判断大小关系，常用于if或while结构
主要有以下6个：

> 大于 、 < 小于
>= 大于等于、<=小于等于
== 相等、!= 不想等

通过关系表达式判断 0 为假，非0数为真（通常取1）

一些可能常犯的错误

1.==误写=，导致计算出的结果出错

if(x=3)
printf("yes");

第1个代码括号里是赋值运算，将3赋给x，导致得到的结果为3（非0数），结果永远为真，即yes无论在什么情况下，都会输出

if(x==3)
printf("yes");

第2个代码括号里是关系运算，判断x的值是否与3相等，若相等，返回1，输出yes；若不相等，返回0，不执行语句

关于这个错误，有一个建议，将变量写在表达式的右边，为什么呢？

// if(3=x)
// if(3==x)

对于关系运算不会有什么影响，万一少写了一个=，变成赋值表达式，程序会出现报错，变量x不能赋值给3，提醒你少了一个=

2.多个关系运算符不适合连用
举例：判断年龄在18~36岁，输出“青年”

#include <stdio.h>
int main
{
if(18<=age<=36)
printf("青年");
return 0;
}

你是不是想到写一个跟上面差不多的代码，但是你运行后你会发现，它只要输入大于18的任何数，都能输出青年，这是为什么呢？

一条运算规则： 关系运算符按照从左到右的顺序运算
括号里18<=age<=36,先输入一个大于18的数，先进行18<=age的判断，结果为真，返回1，1<=36，使得这个关系表达式在输入比18大的数时，永远为真，输出“青年”，这是跟你想要的结果完全不一样了。怎么改进呢？
改进之后的代码

#include <stdio.h>
int main
{
if(18<=age && age<=36) // &&表示和的意思，将两个关系判断分开，就可以得到想要的结果了，下面会将到逻辑运算符
printf("青年");
return 0;
}

3.条件操作符

条件操作符也叫“三目操作符”，是需要三个操作数参与运算
书写格式如下：

exp1?exp2:exp3

它的计算规则是先对表达式1进行计算，判断其真假，若为真，则执行表达式2，不执行表达式3，表达式2计算出的结果为整个表达式的结果；若为假，则执行表达式3，不执行表达式2，表达式3计算出的结果为整个表达式的结果。

为了帮助理解，将条件操作符所表达的意思转化为if的形式

if(exp1)
{exp2;}
else
{exp3;}

看完之后，条件操作符其实就是对if代码的一种简化写法

4.逻辑操作符：&&，||，！

&&、||都为双目操作符，！为单目操作符
&&：表示并且、和的意思。运算规则：当&&两侧的表达式都为真时，整个表达式才为真，否则为假
||：表示或者的意思。运算规则：当||两侧的表达式至少有一个是真时，整个表达式才为真，否则为假
！：表示取反的意思。运算规则：当表达式为真时，取反后结果为假；表达式为假时，取反后结果为真

1.逻辑取反运算符 !

根据上面对 **！**的描述，可以画出图的形式进一步理解

举一个代码例子，帮助理解

#include <stdio.h>
int main()
{
int flag = 0;
if (!flag)
printf("do something");
return 0;
}

上面代码 if括号里面的表达式要为真时，才会执行下面语句，!flag为真，那么flag就要为假，下面语句才会被执行

2.逻辑与运算符 &&

根据上面对 **&&**的描述，可以画出图的形式进一步理解

举一个代码例子，帮助理解

#include <stdio.h>
int main()
{
int month = 0;
scanf("%d", &month);
if (month >= 3 && month <= 5)
printf("春天");
return 0;
}

上面代码中，3~5月是春天，要满足输入的月份既要>=3,又要<=5,两个条件缺一不可，必须同时满足才能输出春天

3.逻辑或运算符 ||

根据上面对 **||**的描述，可以画出图的形式进一步理解

举一个代码例子，帮助理解

#include <stdio.h>
int main()
{
int month = 0;
scanf("%d", &month);
if (month == 12 || month == 1 || month == 2)
printf("冬天");
return 0;
}

上面代码，12月或1月或2月是冬天，输入的月份满足这3个其中1个,就可以输出冬天

4.练习：闰年的判断

输入一个年份year，判断year是否是闰年
闰年判断的规则：
1.能被4整除并且不能被100整除是闰年
2. 能被400整除是闰年

//能被4整除、不能被100整除是闰年是并列关系
// year % 4 == 0 && year % 100 != 0
//能被400整除是闰年
// year % 400 == 0
// 1和2两个判断条件只要满足任何一个，就可以判断是闰年，这里是用“或”的关系进行条件连接
#include <stdio.h>
int main()
{
int year = 0;
scanf("%d", &year);
if ((year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || year % 400 == 0)
printf("闰年");
else
printf("平年");
return 0;
}

5.短路

仅仅根据左操作数的结果就能知道整个表达式的结果，不再对右操作数进⾏计算的运算称为短路求值。

&&短路

根据上面**&&的运算规则**：当&&两侧的表达式都为真时，整个表达式才为真，否则为假
当&&左侧的表达式结果为0，右侧表达式不执行（无论右侧的表达式是真是假），整个表达式的结果都为假，如下图所示

||短路

根据上面**||的运算规则**：当||两侧的表达式至少有一个是真时，整个表达式才为真，否则为假
当||左侧的表达式结果为1，右侧表达式不执行（无论右侧的表达式是真是假），整个表达式的结果都为真，如下图所示

5.switch语句

switch语句是一种特殊的if-else结构，用于判断多个结果的情况。
书写格式：

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

//expression:表达式, value:值、结果 statement:语句

上述代码中，根据表达式的结果，寻找对应结果的case分支；若没有找到，则执行default下的语句

2个注意
· switch后的expression必须为整型表达式
· value必须为整型常量表达式（如整数、字符） 注：字符类型属于整型

1.if和switch语句对比

刚才说switch语句是一种特殊的if-else结构，用于判断多个结果的情况。
那么我们现在来用一个例子，去感受它们之间的相似点和不同点
例1：输入任意一个整数值，计算除3后的余数
使用if语句

int main()
{
// 存放整数
int a = 0;
// 提示
printf("请输入一个整数：");
// 输入
scanf("%d", &a);
//被3除后的余数有0，1，2
if (a % 3 == 0)
printf("余数是0");
else if (a % 3 == 1)
printf("余数是1");
else
printf("余数是2");
return 0;
}

使用switch语句
你可能是这样写的

#include <stdio.h>

int main()
{
int a = 0;
printf("请输入一个整数：");
scanf("%d", &a);
switch (a % 3)
{
case 0:
printf("余数是0\\n");
case 1:
printf("余数是1\\n");
case 2:
printf("余数是2\\n");
default:
printf("输入错误\\n");
}
return 0;
}

但是运行的结果是这样的：

为什么会输出2句话呢？
在switch语句中，当执行一个case分支时，若执行完没有让它结束的语句，则它会继续往下执行语句，直至执行到switch语句末尾。但是我们想要它执行完一个分支时，就结束在switch语句的运行，这时候就要用到break语句了

break语句 ：只要执行break，就会跳出循环，继续往下执行（稍后在本文后面部分会进行更详细的讲解，这里先了解）

了解break的作用后，我们将代码进一步改进：

//在每一个case后都加上一个break语句，结束语句
#include <stdio.h>

int main()
{
int a = 0;
printf("请输入一个整数：");
scanf("%d", &a);
switch (a % 3)
{
case 0:
printf("余数是0\\n");
break;
case 1:
printf("余数是1\\n");
break;
case 2:
printf("余数是2\\n");
break;
default:
printf("输入错误\\n");
break;
}
return 0;
}

上述代码中的注意点
· case 和后边的数字之间必须有空格
· 每一个case 语句中的代码执行完成后，需要加上break ，才能跳出这个switch语句

2.switch语句的break

在switch语句中，break可以帮助实现分支效果，但不是在每一个分支都要使用到break，使用要结合实际情况。
如下面的一个例子：
1.输入1-7，数字分别对应了星期一到星期日
2.当输入1-5时，输出“工作日”； 6-7，则输出“休息日”

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("休息日\\n");
break;
default:
printf("输入错误\\n");
}
return 0;
}

因为星期一到五都属于工作日，在case5后去写输出工作日的语句，无论执行进入case1-5哪一个，程序都往下到case5语句处，在输出工作日和休息日2处末尾，加上break语句进行划分。为什么在default处不加上break语句呢？这是因为default语句在switch语句的结尾处，若执行它之后，也会自动跳出switch语句，往下继续执行。

根据实际需求，恰当去使用break语句才能发挥出最大的作用。

3.switch语句的default

在使用switch语句时，还会经常遇见一种情况，当switch表达式结果与case不能匹配上，需要去说明这种情况，就得使用到default语句了
在上面代码中，输入1-7，判断工作日和休息日，若输入不是1-7这几个数字，程序会匹配到default语句，并输出语句提醒你

4.switch语句的case和default的顺序问题

在switch语句中，case一定放在前面，default一定放在case的后面吗？
答：没有顺序要求，满足需求就可以。通常习惯把default放在case的后面而已，显得逻辑更清晰。

6.while循环

1.if和while对比

if(表达式)
语句

while(表达式)
语句 //多条语句同样是用{}括起来

例子：用if和while分别打印hehe

if满足条件，打印一次hehe

while满足条件，死循环打印无数个hehe

2.while的执行流程

执行while语句的流程：首先判断表达式的值的真假，若值不为0，执行括号内的语句，执行完后，再回到表达式判断，是否进行下一次循环，直到表达式为0，执行跳过语句，执行结束；若为0，结束循环。

3.while循环的实践

练习1：在屏幕上打印1~10的值

// 在屏幕上打印1~10的值
#include <stdio.h>

int main()
{
int n = 1;//初始化为1
while (n <= 10)//n<=10，n最大到10；大于10，表达式为0，循环结束
{
printf("%d ", n);
n++;//每次在n的基础上加1，去形成一个从1递增到10的变化
}
return 0;
}

练习2：输入一个正的整数，逆序打印这个整数的每一位
例如：
输入：1234，输出：4 3 2 1
输入：521，输出：1 2 5

代码示例：

#include <stdio.h>

int main()
{
int n = 0;
printf("请输入一个正整数：");
scanf("%d", &n);
while (n)
{
printf("%d ", n % 10);//n都对10取余，就可以得到个位上的数字
n = n / 10;
// 执行一次n/10可以去掉最低位上的数字，找倒数第二个数字（从右往左数第2位）
// 如：n = 1234 / 10得到123，123相较于1234就去掉了最低位，123 % 10就得到倒数第⼆位3。
// 在n变成0前，可以得到所有位
}
return 0;
}

7.for循环

1.for循环的语法形式

for(表达式1;表达式2;表达式3)
语句 //若有多条语句，用{}括起来

表达式1用于循环变量的初始化
表达式2用于循环结束条件判断
表达式3用于循环变量的调整

2.for循环的执行流程

进入for循环，第一步先执行表达式1，对循环变量做一个初始化，第二步执行表达式2，对循环变量的值进行判断，分2种情况：（1）表达式2判断为假或为0时，循环结束，往下执行
（2）表达式2判断为真或为非0数，执行循环内的语句，执行完后，再执行表达式3，对循环变量进行调整，调整后在进行表达式2的判断，重复操作，直到判断为假时，执行（1）操作。

· 注：表达式1在整个循环过程只执行1次

3.for循环的实践

学习完for循环的执行流程，我们来实践一下吧
练习：在屏幕上打印1~10的值

#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 0;
for (n = 1; n <= 10; n++)
{
printf("%d ", n);
}
return 0;
}

4.while循环和for循环的对比

通过对比，我们可以发现，while循环的初始化、判断条件、调整比较分散，而for循环比较集中，便于代码的维护，
从形式上来说，for循环更优

5.练习

计算1~100之间3的倍数的数字之和

//思路1
#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 0;
int sum = 0;
for (n = 3; n <= 100; n += 3)
{
sum += n;
}
printf("\\n%d", sum);
return 0;
}

//思路2
#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;
}

8.do-while循环

1.do-while循环的语法形式

do
{
语句;
}while(表达式);

2.do-while的执行流程

do-while循环的执行流程：第一步先执行括号内的语句，执行完后，第二步进行循环条件的判断，判断表达式是否为真或假，若表达式为假，循环结束，往下执行；若为真，则执行括号内的语句，重复操作，直到判断表达式为假时，循环结束。

· 注：do-while循环至少执行1次括号内的语句

3.do-while循环的实践

练习1：在屏幕上打印1~10的值

#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 1; //初始化
do
{
printf("%d ", n);
n++;
} while (n <= 10);
return 0;
}

练习2：输入一个正整数，计算这个数是几位数？
例如：
输入：1234 输出：4
输入：123 输出：3

思路：
如123/10=12，去掉一位3，位数加1
12/10=2，去掉一位2，位数加1
2/10=0，去掉一位1，位数加1
0
从右往左数，每除10，位数加1，我们用do-while循环尝试写出代码

#include <stdio.h>
int main()
{
int n = 0; //n为循环变量
int i = 0; //i为记录位数
printf("请输入一个正整数：");
scanf("%d", &n);
do
{
n /= 10; //去掉一位
i++; //位数加1
} while (n); //当n=0时，位数已经全部计算完，同时n判断为假，循环结束
printf("该正整数为%d位数\\n", i);
return 0;
}

9.break和continue语句

在循环执行的过程中，如果某些状况发生的时候，需要提前终止循环，这是非常常见的现象。C语言提供了两个终止循环的关键字break和continue。
break语句：永久终止循环，执行break语句，结束循环，往下执行。若在多层循环中，break语句仅跳出当前的一次循环。
continue语句：跳过本次循环continue循环后面的代码。

例1.

i=1、2、3、4正常执行，当输出4后，i++,得到5时，判断5<=10，进行if判断，执行break语句，跳出while循环，程序运行结束。

例2.

i=1、2、3、4正常执行，当输出4后，i++,得到5时，判断5<=10，进行if判断，执行continue语句，跳过printf和i++的代码部分，i=5没有进行调整，继续判断5<=10，进行if判断，执行continue语句，跳过printf和i++的代码部分，陷入死循环。

例3.

先进行i++,i=2、3、4正常执行，当输出4后，i++,得到5时，判断5<=10，进行if判断，执行continue语句，跳过printf，进行i++,i=6、7、8、9、10正常执行，i=10输出后，判断10<=10，i++,判断if，再输出11，11<=10，循环结束。
例4.

i=1、2、3、4正常执行输出，当i=5时，执行break语句，跳出for循环

例5.

i=1、2、3、4正常执行输出，当i=5时，执行continue语句，跳过printf语句，i++,i变成6后，i=6、7、8、9、10正常执行输出，i=10输出后，i++，i=11，判断11<=10，循环结束。

例6.

i=1、2、3、4正常执行输出，当i=5时，执行break语句，跳出do-while循环,往下执行。

10.循环的嵌套

练习：
找出100~200之间的素数，并打印在屏幕上。
注：素数又称质数，只能被1和本身整除的数字

思路：
（1）先生成100~200之间的数–for循环
（2）假设要判断i是否为素数，需要拿2到i-1之间的数字去试除i，需要产生2到i-1之间的数字–for循环
（3）如果2~i-1之间有数字能整除i，则i不是素数，如果都不能整除，则i是素数–if判断

根据以上思路，写出代码

#include <stdio.h>
int main()
{
int i = 0; //存储100~200的数字的变量
for (i = 100; i <= 200; i++) //生成100~200的数字
{
int flag = 1; //先假设i是素数
int j = 0;//存储2~i-1的数字的变量
//生成2~i-1的数字
for (j = 2; j <= i – 1; j++)
{
//对素数进行判断
if (i % j == 0) //说明i不是素数
{
flag = 0; //i不是素数,改变flag的状态
break; //只要i被2~i-1中一个数整除了，就不用浪费时间往下判断了,跳出循环
}
}
if (flag == 1) //当flag状态没有被改变，循环结束是j>i-1时，说明if语句没被执行过，i是素数
{
printf("%d ", i);
}

}
return 0;
}

11.goto语句

在C语言中有一种特别的语法，是goto语句和跳转标号，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1：

#include <stdio.h>

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

//原本是要打印hehe和haha的，但是goto语句跳过这2句的输出，直接输出heihei
//goto语句使用尽量是goto在前，跳转标号在后，否则可能会造成死循环

一般不使用，适用于多层循环的代码中，想要快速跳出循环的情况

12. 总结

本文全面介绍了C语言中的分支和循环结构，这是构建程序逻辑控制的基础。主要内容总结如下：

一、分支结构

二、循环结构

三、循环控制语句

四、高级应用

五、编程建议

掌握这些分支和循环结构是学习C语言编程的基础，通过大量练习和实践，可以熟练运用这些结构解决实际问题。建议读者在学习过程中多动手编写代码，理解每个结构的执行流程和应用场景。