C语言的控制结构（顺序结构、选择结构、循环结构）详解

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前言：程序由三种基本结构组成：**顺序结构、选择结构、和循环结构**，任何程序都由这3种基本结构组合而成。 **优点**：不会存在无规律的转向，可以使程序结构清晰，易于验证正确性且易于纠错。遵循这种方法的程序设计就是结构化程序设计。

此处简单画出三种结构的执行流程图：

注意：C语言没有布尔类型，在C语言中用数字0表示假，非0表示真，文章后面不在进行说明

一、顺序结构

顺序结构：依照线性顺序依次执行，简单说就是从上到下依次执行
例如下面程序会依次输出1、2、3、4、5

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#include <stdio.h>
int main(void) {  
	printf("1");
	printf("2");
	printf("3");
	printf("4");
	printf("5");
	return 0;
}

输出：

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12345

二、选择结构

选择结构：通过某个给定条件进行判断，条件为真或假时分别执行不同的程序内容,选择结构分if语句和switch语句两种（就像人生不是一帆风顺，直线往前走。比如今天出门看到外面下雨了就会带伞，没有下雨就不用带伞一样进行判断）

2.1 if语句（只会匹配一个表达式对应内容）

语法结构（主要分为三种，下面会一 一举例）：
说明：以 ; 结尾是一条语句，
第一种
if(表达式)
  执行语句; 

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#include <stdio.h>
int main(void) {
	int age = 0;
	printf("请输入你的年龄:>");
	scanf("%d", &age);
	if (age >= 18)  //当if括号内表达式为真时（即非0），才会执行紧接if的第一条语句
		printf("成年\n");
	return 0;
}

输入

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输出

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成年

输入

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输出

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代码块： 一对大括号 { }包裹的语句叫做代码块
在if语句中如果不使用代码块则只会执行紧接if的第一条语句，后面语句与if表达式判断无关。如果想当if表达式为真时执行多条语句，需要将多条语句包裹在代码块内，下面将举例说明：

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//程序本意是当用户输入年龄大于等于18时，输出成年并可以谈恋爱。小于18时则什么都不输出
//但是if表达式后面有两条语句，但没有使用代码块包裹，则不管用户输入什么都会输出 可以谈恋爱
#include <stdio.h>
int main(void) {
	int age = 0;   
	printf("请输入你的年龄:>");
	scanf("%d", &age);
	if (age >= 18) 
		printf("成年\n");
		printf("可以谈恋爱了");
	return 0;
}

输入

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输出

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成年
可以谈恋爱了

输入

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输出

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可以谈恋爱了

使用代码块执行多条语句

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//用户输入大于等于18输出成年并可以谈恋爱，小于18则什么都不输出
#include <stdio.h>
int main(void) {
	int age = 0;
	printf("请输入你的年龄:>");
	scanf("%d", &age);
	if (age >= 18) {
		printf("成年\n");
		printf("可以谈恋爱了");
	}
	return 0;
}

输入

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输出

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成年
可以谈恋爱了

输入

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输出

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第二种
if(表达式)
  执行语句1;
else
  执行语句2; 

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#include <stdio.h>
int main(void) {
	int age = 0;
	printf("请输入你的年龄:>");
	scanf("%d", &age);
	if (age >= 18)  //当if括号内表达式为真则执行下面第一条语句
		printf("成年\n");
	else   //当上面表达式都不匹配时，则匹配else,执行else下面第一条语句
		printf("未成年\n");
	return 0;
}

输入

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输出

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成年

输入

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输出

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未成年

当if或else想执行多条语句时使用代码块，后续再不演示有代码块和没有代码块的区别

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//当用户输入年龄大于等于18时输出成年可以谈恋爱，否则输出未成年不可以谈恋爱
#include <stdio.h>
int main(void) {
	int age = 0;
	printf("请输入你的年龄:>");
	scanf("%d", &age);
	if (age >= 18)
	{
		printf("成年\n");
		printf("可以谈恋爱\n");
	}
	else
	{
		printf("未成年\n");
		printf("不可以谈恋爱\n");
	}
	return 0;
}

输入

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输出

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2
成年
可以谈恋爱

输入

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输出

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未成年
不可以谈恋爱

第三种（多分枝选择）
if(表达式1)
  执行语句1;
else if(表达式2)
  执行语句2;
else
  执行语句3; 

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//根据用户输入年龄，输出所处年龄段
#include <stdio.h>
int main(void) {
	int age = 0;
	printf("请输入你的年龄:>");
	scanf("%d", &age);
	if (age <= 12)   //当if表达式为真，输出童年并退出整个if语句,否则继续向下判断
	{
		printf("童年\n");
	}
	else if (age < 18)  //当年龄大于12小于18此表达式为真，输出青少年，
	{
		printf("青少年\n");
	}
	else if (age < 60) //当年龄大于等于18小于60此表达式为真，输出壮年，
	{
		printf("壮年\n");
	}
	else      //当上面多个表达式都不匹配时最后会匹配else对应语句，即输出老年
	{
		printf("老年\n");
	}
	return 0;
}

输入

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输出

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童年

输入

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输出

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壮年

悬空else(else只会与紧挨的第一个if匹配，与代码缩进无关，这跟python语言不一样)

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//首先进入if判断,由于a=0,所以不匹配 a == 1表达式,则直接退出整个if语句。
//但是此写法会让人误以为由于a=0,所以不匹配 a == 1表达式，则匹配else，输出：不可以谈恋爱,但注意此处
//else会与它紧紧挨着的if匹配，即if(b==2)匹配上，但是if(b==2)又是if(a==1)表达式为真的前提下才行
#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 2;
    if (a == 1)
        if (b == 2)
            printf("可以谈恋爱\n");
    else
        printf("不可以谈恋爱\n");
    return 0;
}

//修改后代码
#include <stdio.h>
int main()
{
    int a = 0;
    int b = 2;
    if (a == 1)
    {
        if (b == 2)
        {
            printf("可以谈恋爱\n");
        }
        else
        {
            printf("不可以谈恋爱\n");
        }
    }
    return 0;
}

输出

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2.2 switch语句

当分支条件过多时使用if会十分的不方便，上面例子中判断年龄段的程序，如果再判断的精细些（加上青少年、青年、中老年等），则整个if语句会十分臃肿且难以维护。使用switch就能很好解决这种问题。
语法( 下面[ ]内代表可选参数):
switch(整形表达式)
{
  case 整数常量表达式1 :
   语句1_1
   语句1_2
   [break]
   …
  case 整数常量表达式2 :
   语句2_1
   语句2_2
   …
   [break]
  …
  [default
   语句n_1
    break]
}

说明：

  1. 当case后面常量表达式值等于switch的整数表达式时，执行该case后面的语句，但不退出switch,而是一直执行下去，直到整个switch结束，所以case只是switch的入口，这跟if匹配到某个表达式执行对应语句后就退出不一样
  2. case后面的常量表达式的值不能相同，例如出现多个 case 1:
  3. 在switch中遇到break会退出整个switch
  4. 当switch的整数表达式与所有case都没匹配上时，则执行default对应语句
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//程序本意，当用户输入1-7时输出对应星期几
#include <stdio.h>
int main()
{
    int day = 0;
    printf("请输入今天是星期几：>  ");
    scanf("%d", &day);
    switch (day)    //switch()内必须是整数表达式，例如当里面是变量时，此变量必须为整数类型(short、char、int、long)
    {
    case 1:        //当case后面常量表达式值等于switch的整数表达式时，进入该case，并依次执行剩下内容
        printf("星期一\n");
    case 2:
        printf("星期二\n");
    case 3:
        printf("星期三\n");
    case 4:
        printf("星期四\n");
    case 5:
        printf("星期五\n");
    case 6:
        printf("星期六\n");
    case 7:
        printf("星期天\n");
    }
    return 0;
}

输入

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输出

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星期二
星期三
星期四
星期五
星期六
星期天

我们本来只是想输出星期二，结果case 2:对应语句执行完后继续执行，直到整个switch执行完。
这时我们可以加上break关键字
break在switch作用：在switch中遇到break会退出整个switch,不管break下面还有没有case语句

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//当用户输入1-7时输出对应星期几
#include <stdio.h>
int main()
{
    int day = 0;
    printf("请输入今天是星期几：>  ");
    scanf("%d", &day);
    switch (day)   
    {
    case 1:       
        printf("星期一\n");
        break;  //遇到break跳出对应switch
    case 2:
        printf("星期二\n");
        break;
    case 3:
        printf("星期三\n");
        break;
    case 4:
        printf("星期四\n");
        break;
    case 5:
        printf("星期五\n");
        break;
    case 6:
        printf("星期六\n");
        break;
    case 7:
        printf("星期天\n");
        break;
    }
    return 0;
}

输入

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输出

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星期二

但此时用户输入除了1-7以外的值，整个switch没有匹配到，程序不会输出什么，此程序对用户不够友好。我们无法预测用户输入的所有可能值，但我们可以对不符合规则的输入进行提醒，此时会用到default关键字,即case都没有匹配到，则执行default对应语句

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//当用户输入1-7时输出对应星期几
#include <stdio.h>
int main()
{
    int day = 0;
    printf("请输入今天是星期几：>  ");
    scanf("%d", &day);
    switch (day)
    {
    case 1:
        printf("星期一\n");
        break;  //遇到break跳出对应switch
    case 2:
        printf("星期二\n");
        break;
    case 3:
        printf("星期三\n");
        break;
    case 4:
        printf("星期四\n");
        break;
    case 5:
        printf("星期五\n");
        break;
    case 6:
        printf("星期六\n");
        break;
    case 7:
        printf("星期天\n");
        break;
    default:
        printf("输入错误，请输入1-7范围内的数字\n");
        break;
}
    return 0;

}

输入

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输出

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输入错误，请输入1-7范围内的数字

当想多个case执行相同语句时

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//当用户输入1-5时输出工作日，输出6-7时输出休息日
#include <stdio.h>
int main()
{
    int day = 0;
    printf("请输入今天是星期几：>  ");
    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，请输入1-7范围内的数字\n");
        break;
}
    return 0;

}

输入

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输出

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工作日

输入

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输出

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工作日

三、循环结构

循环结构：当条件为真时反复执行，直到条件为假则跳出（《围城》里面说到，有的人想进去，有的人却想出去，就像人生一样好像一直循环着）

for循环

语法：
for(表达式1;表达式2;表达式3)
  循环语句;

说明：
表达式1：初始化部分，用于初始化循环变量，整个for循环只会执行1次
表达式2：条件判断部分，用于判断循环终止
表达式3：调整部分，用于循环条件的调整
建议：不要在循环体内修改循环变量，防止for循环失控

在这里插入图片描述

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//输出数组所有元素
#include <stdio.h>
int main() {
	int arr[] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	int i;
	//第一次循环首先将i初始化为0，这个初始化部分只会执行1次,此时i<10(只有判断条件为真才会进入循环)
	//执行循环语句输出arr[0]，然后进入调整部分让变量i加1,此时i=1；
	//第二次循环，首先进入判断部分进入判断；此时i<10 即 1<10为真，执行循环语句输出arr[1],然后进入调整部分
	//让变量i+1，此时i=2；后续循环跟第二次循环类似
	//注意：初始化部分在整个for循环只执行1次，判断部分会比循环语句多1次
	for (i = 0; i < 10; i++) 
	{
		printf("%d ", arr[i]);
	}
	return 0;
}

输出

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break：循环中遇到break直接终止整个循环（while、do while中也一样）

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//在1-10中输出小于5的数
#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 0;
	for (i = 1; i <= 10; i++)
	{
		if (i == 5) //当i == 5时，if条件为真，执行break，跳出整个for循环，所以数字5及后续数字不会打印
			break;
		printf("%d ", i);
	}
	return 0;
}

输出

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continue：循环中遇到continue会终止本次循环，也就是本次循环continue后面代码不会执行（while、do while中也一样）

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#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 0;
	for (i = 1; i <= 10; i++)
	{
		if (i == 5) //当i == 5时，if条件为真，执行continue，终止本次循环后面代码（即5不会打印）。直接跳到调整部分，i++后i为6，进行下一次循环的判断
			continue;
		printf("%d ", i);
	}
	return 0;
}

输出

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while循环

语法：
while(表达式)
  循环语句

当表达式为真时执行循环语句，然后再次判断…
在这里插入图片描述

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//输出1-10
#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 10) //当表达式为真执行里面{ }内循环语句
	{
		printf("%d ", i);  
		i++;   //调整部分，使i变量逐渐大于10后终止循环，没有调整部分将会是死循环
	}
	return 0;
}

输出

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break:

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//输出1-4
#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 10) //当表达式为真执行里面{ }内循环语句
	{
		if (i == 5) //当i==5时执行break,终止整个while循环
			break;
		printf("%d ", i);  
		i++;  
	}
	return 0;
}

输出

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continue

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#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 10) //当表达式为真执行里面{ }内循环语句
	{
		if (i == 5) //当i==5时执行continue,终止本地循环continue后面部分，i++不会执行，所以进入判断部分i还是5，导致死循环
			continue;
		printf("%d ", i);  
		i++;   //调整部分，使i变量逐渐大于10后终止循环，没有调整部分将会是死循环
	}
	return 0;
}

输出

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1 2 3 4  //死循环，后面光标一直闪烁，程序没有停止运行

do while循环

语法
do
  循环语句
while(表达式)

do while与while基本相同，表达式为真才会执行循环语句。但是do while第一次执行时不会判断表达式
。即就算表达式为假也会执行一次循环语句
do while 适用场景：某个功能必须执行一次，后续是否执行通过是否满足条件判断
在这里插入图片描述

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#include <stdio.h>
int main()
{
	
	do
	{
		printf("哈哈哈\n");
	} while (0); //第一次循环时输出 哈哈哈,由于表达式为假，退出do while循环
	return 0;
}

输出

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哈哈哈

break

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//输出1-4
#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 1;
	do
	{
		if (i == 5)
			break;
		printf("%d ", i);
		i++;
	} while (i <= 10); 
	return 0;
}

输出

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continue

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#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 1;
	do
	{
		if (i == 5) //当i=5时表达式为真，执行continue,直接到判断部分，此时i<=10进入循环语句，但i=5时表达式为真，执行continue,直接到判断部分依此类推，程序陷入死循环
			continue;
		printf("%d ", i);
		i++;
	} while (i <= 10); 
	return 0;
}

输出

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1 2 3 4  //死循环，后面光标一直闪烁，程序没有停止运行

四、goto语句

C语言提供了可以使用的goto语句和标记跳转的标签。理论上goto语句没有使用必要（容易代码逻辑错造成随意跳转），但在深层循环嵌套使用break达不到目的。而可以使用goto可以解决

语法

标号：
  语句；

if(表达式)
  goto 标签;

标签：表达需要跳转的位置
goto 标签：跳到哪个标签去

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//当用户输入 博主是个大帅哥 就会输出 你也是大帅哥 退出程序，否则死循环
#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
	char input[20];
	printf("请输入：博主是个大帅哥，否则程序死循环\n");
	again: //使用 again标记需要跳转位置
		scanf("%s", input);
		if (strcmp(input,"博主是个大帅哥") == 0) //strcmp() 字符串比较函数，当为0代表两个字符串相等
		{
			printf("你也是个大帅哥\n");
		}
		else
		{
			printf("你说谎，请重新输入：>");
			goto again; //跳转到again标号对应位置
		}
		return 0;
}

goto使用注意事项

  • goto不能跨函数，指定的标签必须位于当前函数中，所有标签为内部命名空间的成员，因此不会干扰其他标识符。
  • goto跳转到标签位置的范围内不能有任何变量的初始化，除非该变量作用域不与标签作用域相同。
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例1
void test1()
{
		printf("-test1-");
        goto label3; // 错误，goto不能跨越函数
label1:
		printf("-label1-");
label2:
        printf("-label2-");
}

void test2()
{
        printf("-test2-");
label3:
        printf("-label3-");
label4:
        printf("-label4-");
}

例2
void test1()
{
		printf("-test1-");
        goto label2;
label1:
		printf("-label1-");
label2:
        printf("-label2-");
}

void test2()
{
        printf("-test2-");
label2:
        printf("-test2() label2-");
label3:
        printf("-label3-");
label4:
        printf("-label4-");
}
/* test1函数中label2标签与test2函数中label2标签不冲突，因为标签为内部命名空间的成员，作用域只在当前函数 */

例3
void test1()
{
        printf("-test1-");
        goto label2;
        int i; // 正确
label1:
        printf("-label1-");
        int j = 2; // 错误，不允许对变量初始化
label2:
        printf("-label2-");
}

void test1()
{
        printf("-test1-");
        goto label2;
        int i; // 正确
label1:
        printf("-label1-");
		{
			int j = 2; // 正确，通过大括号将变量j作用域与标签相隔离
		}
label2:
        printf("-label2-");
}