The C Programming Language - annotation, 3

Control Flow

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。

1. 语句与程序块

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。

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。函数体中被花括号括起来的语句便是明显一例。ifelsewhilefor之后被花括号括住的多条语句也是类似的例子。右花括号用于结束程序块,其后不需要分号。

2. if-else语句

if-else语句用于条件判定。

if-else语法
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if (expression)
statement1
else
statement2

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 (expression)来代替if (expression != 0)。某些情况下这种形式是自然清晰的,但也有某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。…如果这不符合我们的意图,则必须使用花括号强制实现正确的匹配关系。

…建议在有if语句嵌套的情况下使用花括号。

…从语法上讲,跟在if后面的应该是一条语句。

3. else-if语句

else-if语法
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if (expression)
statement
else if (expression)
statement
else if (expression)
statement
else if (expression)
statement
else
statement

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。

4. switch语句

switch语句是一种多路判定语句,它测试表达式是否与一些常量整数值中的某一个值匹配,并执行相应的分支动作。

switch语法
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switch (expression) {
case const expression: statement sequences
case const expression: statement sequences
default: statement sequences
}

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分支也没有其他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。

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。

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。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下,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语句后添加其他分支时,这种防范措施会降低犯错误的可能性。

5. while循环与for循环

while循环语句

while语法
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while (expression)
statement

中,首先求表达式的值。如果其值为真非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假(0)为止,随后继续执行语句后面的部分。

for循环语句:

for语法
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for (expression1; expression2; expression3)
statement

它等价于下列while语句:

for语句等价的while语句
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expression1;
while (expression2) {
statement
expression3;
}

但当whilefor循环语句中包含continue语句时,上述二者之间就不一定等价了。

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:

无限for循环语句
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for (;;) {
...
}

是一个“无限”循环语句,这种语句需要借助其他手段(如break语句或return语句)才能终止循环。

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。…因为其中没有初始化或重新初始化的操作,所以使用while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:

for循环处理数组前n个元素
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for (i = 0; i < n; i++)
...

这是C语言处理数组前n个元素的一种习惯性用法。…在C语言中,for循环语句的循环变量和上限在循环体内可以修改,并且当循环因某种原因终止后循环变量i的值任然保留。因为for语句的各组成部分可以是任何表达式,所以for语句并不限于通过算术级数进行循环控制。尽管如此,牵强地把一些无关的计算放到for语句的初始化和变量递增部分是一种不好的程序设计风格,该部分放置循环控制运算更合适。

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。…注意,即使最外层for循环的控制变量不是算术级数,for语句的书写形式任然没有变,这就说明for语句具有很强的通用性。

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,各表达式右边的操作数的类型和值即为其结果的类型和值。这样,在for循环语句中,可以将多个表达式放在各个语句成分中,比如同时处理两个循环控制变量。

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,…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。…这样,元素的交换过程便可以看成是一个单步操作。

6. do-while循环

whilefor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:

do-while语法
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do
statement
while (expression);

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。

…其中的do-while语句体中只有一条语句,尽管没有必要,但我们任然用花括号将该语句括起来了,这样做可以避免草率的读者将while部分误认为是另一个while循环的开始。

7. break语句与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forwhiledo-while等循环中提前退出,就如同从swtich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。

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forwhiledo-while语句开始下一次循环的执行。在whiledo-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,如果不适用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。

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。

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:

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

error:
// error handling

在该例子中,如果错误处理代码很重要,并且错误可能出现在多个地方,使用goto语句将会比较方便。

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。

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。

大多数情况下,使用goto语句的程序段比不适用goto语句的程序段要难以理解和维护,少数情况除外。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。