6.2 控制程序的执行
21天学通C语言（第7版）
C程序默认的执行顺序是自上而下。从main()函数的起始位置开始，逐条执行语句，直至main()函数的末尾。然而，在实际的C程序中，很少严格按这样的顺序执行。C语言提供了各种程序控制语句，方便程序员控制程序的执行顺序。第4课介绍了一种程序控制语句——if语句，接下来介绍另外3种有用的控制语句：
for语句；
while语句；
do...while语句。
6.2.1 for语句
for语句是由一条或多条语句组成的块。for语句有时也被称为for循环，因为程序会循环执行for语句多次。本书在前面的程序示例中使用过for语句。下面介绍for语句是如何工作的。
for语句的结构如下：
for ( 初值部分; 循环条件; 更新部分 )
语句
初值部分、循环条件和更新部分都是C语言的表达式。语句可以是C语言的任意语句。程序执行到for语句时，将按以下步骤进行。
1．对初值部分求值。通常，初值部分是给变量设置特定值的赋值表达式。
2．对循环条件求值。通常，循环条件是关系表达式。
3．如果循环条件的求值结果为假（即，该表达式等于0），则for语句结束，并接着执行语句后面（即，跳过语句）的第1条语句。
4．如果循环条件的求值结果为真（即，该表达式等于非0），则执行for语句中的语句。
5．对更新部分求值。接着返回第2步继续执行。
图6.1清楚地演示了执行for语句的过程。注意，如果第1次对循环条件求值为假，则直接结束for语句，完全不执行其中的语句。
图6.1 for语句的原理图
程序清单6.1是一个简单的示例，用for语句打印数字1~20。读者会发现，使用for语句的代码比使用20个printf()语句打印20个值的代码要紧凑得多。
输入
程序清单6.1 forstate.c：简单的for语句
1: / 简单的for语句示例 /
2:
3: #include <stdio.h>
4: #define MAXCOUNT 20
5: int count;
6:
7: int main(void)
8: {
9: / 打印数字1~20 /
10:
11: for (count = 1; count <= MAXCOUNT; count++)
12: printf("%d\n", count);
13:
14: return 0;
15: }
输出
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
图6.2演示了程序清单6.1中执行for循环的过程。
图6.2 程序清单6.1中执行for循环的过程
分析
第3行是标准输入/输出头文件。第5行声明了一个int类型的变量count，将用于for循环。第11行和第12行是for循环。程序执行到for语句时，首先对初值部分求值。在本例中，初值部分是count = 1。必须先初始化count或为其赋值，才能在for语句中使用它。接着对for语句中的循环条件（count <= 20）求值。因为count被赋值为1（count小于20），所以执行for语句中的printf()函数。执行完printf()函数后，对更新部分（count++）求值，把count递增1，其值为2。现在，程序回到循环条件，并再次检查循环条件。如果循环条件为真，则再次执行printf()，然后把count递增1（此时count的值为3）。接着再次检查循环条件。这一过程将一直循环下去，直至循环条件的求值结果为假。当循环条件的求值结果为假时，程序将退出循环，并继续执行第14行。该行在结束程序之前返回0。
for语句频繁用于“向上计数”，将计数器变量的值递增1成为另一个值，如上例所示。也可以用for语句来“向下计数”，将计数器变量递减1，如下所示：
for (count = 100; count > 0; count--)
递增量或递减量不一定是1，如下所示，每次循环把count递增5：
for (count = 0; count < 1000; count += 5)
for语句非常灵活。例如，如果程序前面已经初始化了待测试的变量或者已给待测试变量赋值，便可省略初值部分，如下所示。但是，不能省略初值部分后面的分号分隔符。
count = 1;
for ( ; count < 1000; count++)
初值部分可以是任意有效的C表达式，只会在程序运行至for语句时被执行一次。如下代码所示，Now sorting the array...只会被打印一次：
count = 1;
for (printf("Now sorting the array..."); count < 1000; count++)
/ 排序语句已省略 /
如果把更新的步骤放在for语句体中，更新部分也可以省略。例如，要打印数字0至99，可以这样写：
for (count = 0; count < 100; )
printf("%d", count++);
用于判断是否终止循环的循环条件也可以是任意C表达式。只要它的求值结果为真（非零），for语句会一直执行下去。用C语言的逻辑运算符可以构建复杂的循环条件。例如，下面的for语句打印数组array[]中的元素，在打印完所有元素后或元素的值为0时，将停止打印：
```javascript
for (count = 0; count < 1000 && array[count] != 0; count++)
printf("%d", array[count]);
可以进一步简化该for循环，如下所示（如果不理解这样的循环条件，请复习第4课的内容）。
```javascript
for (count = 0; count < 1000 && array[count]; )
printf("%d", array[count++]);
在for语句中可以使用空语句（null statement）。记住，空语句指的是分号独占一行。如果要把数组中的1000个元素都赋值为50，可以这样写：
for (count = 0; count < 1000; array[count++] = 50)
;
该for语句把给数组中每个元素赋值50的操作放在更新部分。如果像下面这样写更好：
for (count = 0; count < 1000; array[count++] = 50)
{
;
}
将分号放在块中（即，花括号中），突出for语句体中不执行任何工作的意图。
第4课介绍过，逗号运算符常用于for语句中。可以创建一个表达式，用逗号运算符分隔两个子表达式。按照从左至右的顺序，依次对两个子表达式被求值，整个表达式的值是右边子表达式的值。使用逗号运算符，可以让for语句的每个部分都完成多个任务。
假设有两个各包含1000个元素的数组a[]和b[]。如果想把a[]中的内容倒序拷贝给b[]（即完成拷贝操作后，b[0] = a[999]、b[1] = a[998]，以此类推），可以使用下面的for语句：
for (i = 0, j = 999; i < 1000; i++, j--)
b[j] = a[i];
逗号运算符分隔了两个子赋值表达式，分别将0和999赋值给变量i和j，然后在每次循环时分别递增两个变量。
语法
for语句
for ( 初值部分; 循环条件; 更新部分 )
语句;
初值部分是任意有效的C表达式。通常是将变量设置为特定值的赋值表达式。
循环条件是任意有效的C表达式。通常是关系表达式。循环条件的值为假（0）时，结束for语句，并执行语句后面的第1条语句；循环条件的值为真（非0）时，执行语句中的C语句。
更新部分是任意有效的C表达式。通常是递增或递减变量（已初始化的变量）的表达式。
语句是任意的C语句，只要循环条件为真，就执行该部分的语句。
for语句是一个循环语句。语句头包括初值部分、循环条件和更新部分。for语句首先执行初值部分，然后检查循环条件。如果循环条件为真，则执行语句。执行完语句后，对更新部分求值。然后，for语句再次检查循环条件，确认是否继续循环。
示例1
/ 打印0至9的值 /
int x;
for (x = 0; x < 10; x++)
printf( "\nThe value of x is %d", x )
;```
示例2
```javascript
/ 获取用户输入的数字，除非用户输入99 /
int nbr = 0;
for ( ; nbr != 99; )
scanf( "%d", &nbr );
示例3
/ 提示用户输入10个整型值 /
/ 将用户输入的值储存在value数组中 /
/ 如果用户输入的数是99，则停止循环 /
int value[10];
int ctr, nbr = 0;
for (ctr = 0; ctr < 10 && nbr != 99; ctr++)
{
puts("Enter a number, 99 to quit ");
scanf("%d", & nbr);
value[ctr] = nbr;
}
6.2.2 嵌套for语句
在一个for语句中执行另一个for语句，称为嵌套（在第4课中介绍过嵌套if语句）。利用嵌套的for语句，可以完成一些复杂的程序设计。程序清单6.2不是一个复杂的程序，但是它演示了如何嵌套for语句。
输入下三角
程序清单6.2 nestfor.c：嵌套的for语句
1: // 嵌套for循环的程序示例
2:
3: #include <stdio.h>
4: void print_ttable(int outer, int inner);
5:
6: main()
7: {
8: int inner = 10;
9: int outer = 10;
10:
11: printf("The times table:\n");
12: print_ttable(outer, inner);
13: return(0);
14: }
15:
16: void print_ttable(int outer, int inner)
17: {
18: int a, b;
19: for (a = 1; a <= outer; a++)
20: {
21: for (b = 1; b <= inner; b++)
22: {
23: printf("%d\t", a*b);
24: }
25: printf("\n");
26: }
27: return;
28: }
输出
The times table:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
4 8 12 16 20 24 28 32 36 40
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
6 12 18 24 30 36 42 48 54 60
7 14 21 28 35 42 49 46 63 70
8 16 24 32 40 48 56 64 72 80
9 18 27 36 45 54 63 72 81 90
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
分析
是否还记得小学必须背诵的乘法表1？现在，使用C语言和嵌套循环，可以轻松地将它们打印出来。最初先设置10×10的表，可以通过更改这些数字让乘法表更小或更大（循环的代码不会因此减少或增多）。因此，可以创建10×5或12×9的表，但是，如果数字太大，一行容纳的数字过多会影响布局的美观。无论如何，现在先来分析程序的细节。
在程序清单6.2中，第4行声明了print_ttable()的函数原型。该函数需要两个int类型的变量outer和inner，储存乘法表显示的尺寸。第12行，在main()调用print_ttable()并传递outer变量和inner变量。
对于print_ttable()函数，有两点读者可能不太明白。第一，为什么要声明局部变量a和b？第二，为什么要在第25行再次使用printf()函数？仔细分析循环就会明白。
第19行开始外层（第1个）for循环。循环开始时，将变量a赋值为1，因为a小于outer（outer的值是10），所以程序继续执行到第21行。查看循环条件发现，在a大于outer之前，将一直执行这个for循环。
第21行是内层（第2个）for语句。这里要用到第2个局部变量b，同样为其赋值为1，并与传递给print_ttable()函数的第2个变量inner作比较。因为b小于inner（inner的值是10），所以程序执行到第23行，打印a*b的值和一个制表符（\t，告诉C编译器向后移一个制表单位）。在计算结果后面添加制表符，这样打印出的表格式比较美观（表格中的数字之间有一定的空白），如程序示例的输出所示。然后递增b，继续执行内层的for循环。当b的值递增为11时，内层循环结束。控制转到第25行，在屏幕上另起一行开始打印（printf()函数的相关内容将在第7课中详细介绍）。然后，程序执行到外层for循环的末端，因此回到第19行对更新部分求值，此时a的值为2（递增了1）。然后对该行的循环条件求值，因为a仍小于outer，循环条件为真，所以转到执行第21行。注意，此时b的值被重新赋值为1。如果b还保留原来的值（11），b的值大于10，则该行的循环条件为假，就只会打印乘法表的第1行。
6.2.3 while语句
while语句（也称为while循环）不断执行一个语句块，直至指定的循环条件为假。while语句的格式如下：
while (循环条件)
语句
循环条件是任意的C表达式，语句是任意有效的C语句。程序执行到while语句时，将进行以下过程。
1．对循环条件求值。
2．如果循环条件为假（0），则结束while语句，程序将转至执行语句后面的第1条语句。
3．如果循环条件为真（非0），则执行语句中的C语句。
4．执行将返回第1步。
while语句的运行过程如图6.3所示。
图6.3 while语句的运行过程
程序清单6.3使用了一个while语句打印1~20（与程序清单6.1使用for语句完成的任务相同）。
输入
程序清单6.3whilest.c：简单的while语句
1: // while语句的简单示例
2:
3: #include <stdio.h>
4: #define MAXCOUNT 20
5: int count;
6:
7: int main(void)
8: {
9: // 打印数字1~20
10:
11: count = 1;
12:
13: while (count <= MAXCOUNT)
14: {
15: printf("%d\n", count);
16: count++;
17: }
18: return 0;
19: }
输出
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
分析
程序清单6.3与程序清单6.1完成的任务相同。第11行，把1赋值给count。因为while语句没有初始化变量或给变量赋值的部分，所以必须在while循环之前完成初始化或赋值工作。第13行是while语句，其中包含的循环条件（count <= 20）与程序清单6.1中for语句的循环条件相同。在while循环中，第16行将count递增1。如果遗漏了第16行会发生什么情况？此时，由于count始终为1（小于20），程序将一直循环下去不会停止。
注意，while语句实际上是没有初值部分和循环条件的for语句，因此，
for ( ; 循环条件 ; )
相当于
while (循环条件)
因此，在for语句中完成的任何工作都能在while语句中完成。使用while语句时，必须在while语句前面完成必要的初始化或赋值工作，而且必须将更新变量值的部分放进while循环体中。
警告
记得在while循环内部的代码块中改变循环条件的值，否则该循环将成为一个无限循环。这是新手程序员（甚至经验丰富的程序员）常犯的错误。
如果需要初始化和更新变量，大部分经验丰富的C语言程序员都更倾向于使用for语句而不是while语句。这是基于源代码的可读性做出的选择。使用for语句时，初值部分、循环条件和更新部分都放在一起，便于阅读和修改；而使用while语句，初始化部分和更新变量部分位于不同的地方，不方便查找。
语 法
while语句
while (循环条件)
语句
循环条件是任意有效的C表达式，通常是一个关系表达式。循环条件的值为假（0）时，结束while语句，并执行语句后面的第1条语句；循环条件的值为真（非0）时，执行语句中的C语句。
语句是任意的C语句，只要循环条件为真，就执行该部分的语句。
while语句是一个循环语句。只要循环条件为真（非0），就重复执行语句块中的语句。如果循环条件为假，则完全不执行（一次也不执行）语句。
示例1
int x = 0;
while (x < 10)
{
printf("\nThe value of x is %d", x );
x++;
}
示例2
/ 获取数字，直至输入的数字是99 /
int nbr = 0;
while (nbr <= 99)
scanf("%d", &nbr );
示例3
/ 提示用户输入10个整型数 /
/ 将用户输入的值储存在value数组中 /
/ 如果用户输入的数是99，则停止循环 /
int value[10];
int ctr = 0;
int nbr;
while (ctr < 10 && nbr != 99)
{
puts("Enter a number, 99 to quit ");
scanf("%d", &nbr);
value[ctr] = nbr;
ctr++;
}
6.2.4 嵌套while语句
与for语句和if语句类似，while语句也可以嵌套使用。程序清单6.4是一个使用嵌套while语句的示例。虽然这不是使用while语句的最好示例，但是该例提供了一些新的思路。
输入
程序清单6.4nestwhile.c：嵌套的while语句
1: / 嵌套while语句示例 /
2:
3: #include <stdio.h>
4:
5: int array[5];
6:
7: int main(void)
8: {
9: int ctr = 0,
10: nbr = 0;
11:
12: printf("This program prompts you to enter 5 numbers\n");
13: printf("Each number should be from 1 to 10\n");
14:
15: while (ctr < 5)
16: {
17: nbr = 0;
18: while (nbr < 1 || nbr > 10)
19: {
20: printf("\nEnter number %d of 5: ", ctr + 1);
21: scanf("%d", &nbr);
22: }
23:
24: array[ctr] = nbr;
25: ctr++;
26: }
27:
28: for (ctr = 0; ctr < 5; ctr++)
29: printf("Value %d is %d\n", ctr + 1, array[ctr]);
30:
31: return 0;
32: }
输出
This program prompts you to enter 5 numbers
Each number should be from 1 to 10
Enter number 1 of 5: 3
Enter number 2 of 5: 6
Enter number 3 of 5: 3
Enter number 4 of 5: 9
Enter number 5 of 5: 2
Value 1 is 3
Value 2 is 6
Value 3 is 3
Value 4 is 9
Value 5 is 2
分析
与前面的程序清单相同，第1行的注释描述了该程序的用途。第3行是#include指令，用于包含标准输入/输出头文件。第5行声明一个可储存5个整型值的数组array。main()函数中声明了两个局部变量ctr和nbr（第9行和第10行）。注意，这两个变量在声明的同时已初始化为0。另外，第9行将逗号运算符用作分隔符，这样便不用重复使用int关键字将nbr声明为int类型。许多C语言的程序员都习惯用这种方式来声明。第12行和第13行打印该程序的信息和提示用户输入数字。第15~26行是第1个（外层）while语句。第18~22行是嵌套的while语句，它也是外层while语句的一部分。
如果ctr小于5（第15行），就一直执行外层while循环。只要ctr小于5，第17行都将nbr设置为0，第18~22行（嵌套的while语句）提示用户输入一个数字，以获取nbr变量中的值。第24行将获取的数字放入array数组中，第25行把ctr递增1。然后再次循环，回到第15行。因此，外层循环获取5个数字并放入array数组中，该数组以ctr作为索引。
内层循环（第18~22行）很好地利用了while语句的特点，保证了用户输入的数字有效（该例中，只有数字1~10是有效的）才会继续执行程序中的语句。内层while语句的意思是，如果nbr小于1或大于10，就打印一条消息提示用户输入一个有效的数字，然后获取该数字。
第28行和第29行打印储存在array数组中的值。注意，因为while语句中使用ctr变量来完成循环，所以for语句也可以复用该变量。ctr从0开始，每次循环递增1，for语句一共循环5次。打印ctr加1的值（因为count从0开始），并打印array数组中相应的值（索引为ctr）。
另外，读者可以改动程序中的两处，作为额外的练习。一处是程序接收的值，将1~10改成1~100；另一处是改变程序接收值的数量，该例只能接收5个数字，读者可以尝试改成接收10个数字。
6.2.5 do...while循环
C语言提供的第3个循环是do...while循环，只要循环条件为真，便不断执行一个语句块。do...while循环在循环底部测试循环条件，而for循环和while循环则在循环的顶部进行测试。
do...while循环的结构如下：
do
语句
while (循环条件);
循环条件是任意的C表达式，语句是任意的C语句。
当程序执行到do...while语句时，将进行以下步骤。
1．执行语句中的语句。
2．对循环条件求值。如果结果为真，执行将回到第1步。如果结果为假，则结束循环。
do...while循环的执行过程如图6.4所示。
图6.4 do...while循环的运行过程
do...while循环中的语句至少会被执行一次。这是因为do...while在底部测试循环条件，而非顶部。而for循环和while循环都是在循环的顶部对循环条件求值，所以对于这两个循环，如果循环条件的结果为假，则完全不会执行循环体中的语句。
do...while循环没有while循环和for循环使用频繁。只有在循环体中的语句要至少被执行一次，才会使用do...while循环。当然，如果能确保在第1次执行到while循环时，其循环条件为真，也可以在while循环中完成相同的任务。但是，使用do...while循环更加简单明了。
程序清单6.5是do...while循环的示例。
输入
程序清单6.5dowhilestate.c：简单的while语句
1: / 简单的do...while语句示例 /
2:
3: #include <stdio.h>
4:
5: int get_menu_choice(void);
6:
7: int main(void)
8: {
9: int choice;
10:
11: choice = get_menu_choice();
12:
13: printf("You chose Menu Option %d\n", choice);
14:
15: return 0;
16: }
17:
18: int get_menu_choice(void)
19: {
20: int selection = 0;
21:
22: do
23: {
24: printf("\n");
25: printf("\n1 - Add a Record");
26: printf("\n2 - Change a record");
27: printf("\n3 - Delete a record");
28: printf("\n4 - Quit");
29: printf("\n");
30: printf("\nEnter a selection: ");
31:
32: scanf("%d", &selection);
33:
34: } while (selection < 1 || selection > 4);
35:
36: return selection;
37: }
输出
1 - Add a Record
2 - Change a record
3 - Delete a record
4 - Quit
Enter a selection: 8
1 - Add a Record
2 - Change a record
3 - Delete a record
4 - Quit
Enter a selection: 4
You chose Menu Option 4
分析
该程序提供了一个带有4个选项的菜单，用户可以选择其中一个。然后，程序将打印用户选择的数字。现在，读者应该能理解该程序清单中的大部分内容，本书在后面将会扩展这个程序。main()函数（第7~16行）中的内容在前面都介绍过。
注意
main()函数体中的代码（第9~13行）可写成一行，如下所示：
printf( "You chose Menu Option %d", get_menu_option() );
如果你打算扩展该程序，并根据用户选择的选项执行相应的操作，就会用到get_menu_choice()的返回值，因此将其赋给一个变量（如本例中的chioce）是明智之举。
第18~37行是get_menu_choice()函数，该函数在屏幕上显示一个菜单（第24~30行），然后获取用户输入的选项。因为至少要在屏幕上显示一次菜单，用户才能据此输入选择的数字，所以在这种情况下使用do...while循环很合适。该程序会一直显示菜单，直至用户输入有效的选项。第34行是do...while语句中的while部分，用于确保用户输入数字的有效性，因此将其使用的变量命名为selection很合适。如果用户输入的值不在1~4之间，将重复显示菜单，并提示用户输入新的值。当用户输入了有效的选项，程序将继续执行至第36行，返回selection变量的值。
语 法
do...while语句
{
语句
}while (循环条件)
循环条件是任意有效的C表达式，通常是一个关系表达式。循环条件的值为假（0）时，结束while语句，并执行while语句后面的第1条语句；循环条件的值为真（非0）时，程序回到do部分，执行语句部分的C语句。
语句是任意的C语句。程序首次执行到do...while循环时，将执行语句，然后只要循环条件为真，就会再次执行该部分的语句。
do...while语句是一个循环语句。只要循环条件为真（非0），便会重复执行其中的语句或语句块。与while语句不同，do...while语句至少要执行语句一次。
示例1
/ 即使循环条件为假，也会打印一次！ /
int x = 10;
do
{
printf("\nThe value of x is %d", x );
}while (x != 10);
示例2
/ 获取用户键入的数字，除非用户输入的值大于99 /
int nbr;
do
{
scanf("%d", &nbr );
}while (nbr <= 99);
示例3
/* 提示用户输入10个整型值 */
/* 将用户输入的值储存在value数组中 */
/* 如果用户输入的数是99，则停止循环 */
int value[10];
int ctr = 0;
int nbr;
do
{
puts("Enter a number, 99 to quit ");
scanf( "%d", &nbr);
value[ctr] = nbr;
ctr++;
}while (ctr < 10 && nbr != 99);ch