任务3
程序结构及流程控制

C语言是一种结构化编程语言，用户可采用结构化方式编写相关源程序。采用结构化设计的程序具有结构清晰，层次分明，易于阅读修改和维护等特点。

结构化程序由若干个模块组成，每个模块中包含若干个基本结构，而每个基本结构中可有若干条语句。在C语言中，有3种基本结构，即顺序结构、选择结构和循环结构。

1.顺序结构

顺序结构是一种最基本、最简单的编程结构。在这种结构中，程序由低地址向高地址顺序执行指令代码。如图3-2所示，程序要先执行A，然后再执行B，两者是顺序执行的关系。顺序结构的特点如下所述。

☺ 执行过程是按顺序从第1条语句执行到最后1条语句；

☺ 在程序执行过程中，顺序结构程序中的任何一个可执行语句都要运行一次，而且只能运行一次。

2.选择结构

选择结构是对给定的条件进行判断，再根据判断的结果决定执行哪一个分支。如图3-3所示，图中P代表一个条件，当P条件成立（或称为“真”）时，执行A；否则执行B。

注意：

只能执行A或B之一，两条路径汇合在一起，然后从一个出口退出。

选择结构的语句有if条件语句和switch开关语句等。

1）if语句

（1）if语句的结构形式：if语句是C语言中的一个基本判断语句，它的3种结构形式语句如下所述。

【形式1】

在这种结构形式中，如果括号中的表达式成立，则程序执行“{}”中的语句；否则程序将跳过“{}”中的语句部分，顺序执行其他语句。例如：

【形式2】

在这种结构形式中，如果括号中的表达式成立，则程序执行“{语句1;}”中的语句；否则程序执行“{语句2;}”中的语句。例如：

【形式3】

在这种结构形式中，如果括号中的表达式1成立，则程序先执行“{语句1;}”中的语句，然后退出if选择语句，不执行下面的语句；如果表达式2成立，则程序先执行“{语句2;}”中的语句，然后退出if选择语句，不执行下面的语句；如果表达式3成立，则程序先执行“{语句3;}”中的语句，然后退出if选择语句，不执行下面的语句；……如果表达式m成立，则程序先执行“{语句m;}”中的语句，然后退出if选择语句，不执行下面的语句；如果上述表达式均不成立，则程序执行“{语句n;}”中的语句。

例如，根据a值的大小决定numb系数，编写的程序段如下所示。

（2）if语句的嵌套：如果if语句中又包含一个或多个if语句时，这种情况称为if语句的嵌套。if语句的嵌套基本形式如下：

【例3-1】 本例以ATmega16单片机为例说明if条件语句，其LED控制电路原理图如图3-4所示。在ATmega16单片机的PC0和PC4端口分别接D1和D2这两个LED，该实例的控制任务是当开关K1闭合时，D1点亮，D2熄灭；当开关K1断开时，D1熄灭，而D2点亮。编写的程序如下：

2）switch语句 在实际使用中，通常会碰到多分支选择问题，此时可以使用if嵌套语句来实现。但是，如果分支很多，if语句的层数太多、程序冗长，则可读性会降低，而且很容易出错。基于此，在C语言中使用switch语句可以很好地解决多重if嵌套容易出现的问题。switch语句是另一种多分支选择语句，用于实现多方向条件分支的语句。

【switch语句格式】

【switch语句使用说明】

☺ switch 后面括号内的“表达式”既可以是整型表达式或字符型表达式，也可以是枚举型数据。

☺ 当 switch 后面表达式的值与某一“case”后面的常量表达式相等时，就执行该“case”后面的语句，如果后面遇到break语句就退出switch语句。若所有“case”中常量表达式的值都没有与表达式的值相匹配的，就执行default后面的语句。

☺ 每一个 case 的常量表达式的值必须互不相同，否则就会出现互相矛盾的现象（对同一个值，提供了两种或多种解决方案）。

☺ 每个case和default的出现次序不影响执行结果，可先出现“default”再出现其他的“case”。

☺ 假如在case语句的最后没有“break；”，则流程控制将转移到下一个case继续执行。因此，在执行完一个case分支后，应使流程跳出switch结构，即终止switch语句的执行，这可使用一个break语句来完成。

【例3-2】 本例仍以图3-4所示的电路原理图为例说明switch的用法。此时的任务是当按下开关K1时，D1亮；当按下开关K2时，D2亮。编写的程序如下：

3.循环语句与控制结构

在许多实际问题中，需要程序有规律地重复执行，此时可以采用一些循环语句来实现。在C语言中，用于实现循环的语句有goto语句、while语句、do-while语句和for语句等。

1）goto语句 goto语句为无条件转向语句，该语句可以实现循环。goto语句的一般格式如下：

其中，语句标号不必特殊加以定义，它是一个任意合法的标志符，其命名规则与变量名相同，由字母、数字和下画线组成，并且第一个字符必须为字母或下画线，不能用整数作为标号。当这个标志符加上一个“:”一起出现在函数内某处时，则执行goto语句后，程序将跳转到该标号处并执行其后的语句。标号必须与goto语句同处于一个函数中，但可以不在一个循环层中。

结构化程序设计主张限制使用goto语句，主要是因为它将使程序层次不清，且不易读，但也并不绝对禁止使用goto语句。在多层嵌套退出时，用goto语句则比较合理。一般来说，使用goto语句可以有以下两种用途：与if语句一起构成循环结构；从循环体中跳转到循环体外。

【与if语句一起构成循环结构】

【例3-3】 用if语句和goto语句构成循环结构，求 ，编写的程序如下所示。

该程序的运行结果为1275（十六进制为04FB），在AVR Studio或Proteus中可观察到R19中的内容为04，R18中的内容为FB。

【从循环体中跳转到循环体外】 在C语言中，如果要跳出本层循环和结束本次循环，可以使用break语句和continue语句。goto语句的使用机会已大大减少，只是需从多层循环的内层跳到多层循环体外时才用到goto语句。但是这种用法不符合结构化原则，一般不宜采用，只有在特殊情况（如需要大大提高生成代码的效率）时才使用。

2）while语句 while语句很早就出现在C语言编程的描述中了，它是最基本的控制元素之一，用于实现“当型”循环结构。while语句的一般格式如下：

若程序的执行进入while循环的顶部时，将对表达式求值。如果该表达式为“真”（非零），则执行while循环内的语句。当执行到循环底端时，马上返回到while循环的顶部，再次对表达式进行求值。如果值仍为“真”，则继续循环，否则完全绕过该循环，而继续执行紧跟在while循环后的语句，其流程如图3-5所示。

【例3-4】 用while语句，求 ，编写的程序如下所示。

该程序的运行结果为1275（十六进制为04FB），在AVR Studio或Proteus中可观察到R19中的内容为04，R18中的内容仍为FB。

3）do-while语句 do-while循环与while循环十分相似，这两者的区别在于：do-while语句是先执行循环后判断，即循环内的语句至少执行一次，然后再判断是否继续循环，其流程如图3-6所示；while语句是在每次执行的指令前先判断。do-while语句的一般格式如下：

【例3-5】 用do-while语句，求 ，编写的程序如下所示。

4）for语句 在C语言中，for语句的使用最为灵活，完全可以取代while语句或do-while语句。它不仅可以用于循环次数已经确定的情况，而且可以用于循环次数不确定而只给出循环结束条件的情况。for语句的一般格式如下：

for语句的流程如图3-7所示，其执行过程如下所述。

（1）先对表达式1赋初值，进行初始化。

（2）判断表达式2是否满足给定的循环条件，若满足循环条件，则执行循环体内语句，然后执行第（3）步；若不满足循环条件，则结束循环，转到第（5）步。

（3）若表达式2为“真”，则在执行指定的循环语句后，求解表达式3。

（4）回到第（2）步继续执行。

（5）退出for循环，执行下面的语句。

for语句最简单的应用形式（即最易理解的形式）如下：

【例3-6】 用for语句，求 ，编写的程序如下所示。

显然，用for语句简单、方便。for语句的一般形式还可以用相应的while循环形式来表示：

同样，for语句的一般形式还可以用相应的do-while循环形式来表示：

for语句使用得最为灵活，除了可以取代while语句或do-while语句外，还在结构形式上体现了其灵活性。下面对for循环语句的6种特例进行说明。

（1）for语句中小括号内的表达式1缺省时，应在for语句前给循环变量赋初值。

注意：

虽然表达式1省略了，但是表达式1后面的分号不能省略。例如：

该程序段执行时，不对n设置初值，直接跳过“求解表达式1”这一步，而其他不变。

（2）for语句中小括号内的表达式2缺省时，不判断循环条件，默认循环条件始终为“真”，使循环无休止地进行下去。例如：

（3）for语句中小括号内的表达式3缺省时，在程序中应书写相关语句以保证循环能正常结束。例如：

在此程序段中，将n++的操作不放在for语句的表达式3的位置处，而作为循环体的一部分，其效果是一样的，都能使循环正常结束。

（4）for语句中小括号内的表达式1和表达式3缺省，而只给出循环条件时，在此种情况下，完全等效于while语句。例如：

它相当于：

（5）for语句中小括号内的3个表达式都缺省时，既不设置初值，也不判断条件，而循环变量也不增值，则会使程序无休止地执行循环体。例如：

（6）for语句中没有循环体。例如：

此例在程序段中起延时作用。

5）break和continue语句

（1）break语句：break语句通常可以用在switch语句或循环语句中。当break语句用于switch语句中时，可使程序跳出switch而执行switch以后的语句；当break语句用于while、do-while、for循环语句中时，可使程序提前终止循环而执行循环后面的语句，通常break语句总是与if语句连在一起的，即满足条件时便跳出循环。break语句的一般格式如下：

注意：

①break语句不能用在循环语句和switch语句之外的任何其他语句中；②break语句只能跳出它所处的那一层循环，而不像goto语句那样可以直接从最内层循环中跳出来。因此，要退出多重循环时，采用goto语句比较方便。

（2）continue语句：continue语句一般用在while、do-while、for循环语句中，其功能是跳过循环体中剩余的语句而强行执行下一次循环。通常continue语句总是与if语句连在一起的，用于加速循环。continue语句的一般格式如下：

continue语句和break语句的区别：break语句结束循环时，不再进行条件判断；continue语句只能结束本次循环，不终止整个循环。 S3poXJXFCEsHIvLvzh0rEms2BCDRsO7Hv1HMyufCjrsa+OQjlr9Ev7ri7hjp33dk