3.2 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：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。
图3-2 顺序结构
2）选择结构选择结构是先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，图中的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。
图3-3 选择结构
3）循环结构循环结构是指在给定条件成立时，反复执行某段程序。在C语言中，循环结构又分成“当”（while）型循环结构和“直到”（do while）型循环结构。
“while”型循环结构如图3-4（a）所示。当P条件成立（或称为“真”）时，反复执行A操作；直到P为“假”时，才停止循环。
“do while”直到型循环结构如图3-4（b）所示。先执行A操作，再判断P是否为“假”，若P为“假”，再执行A，如此反复，直到P为“真”为止。
图3-4 循环结构
1.条件语句与控制结构
编程解决实际问题时，通常需要先根据某些条件进行判断，然后决定执行哪些语句，这就是条件选择语句。在C语言中提供了3种形式的if条件选择语句和switch多分支选择语句。
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示。
①形式一：
if(表达式)
{语句};
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：
if (PINB.0==0)
{ //如果PB.0端口为低电平，则执行下述语句
PORTB.4=～PORTB.4; //PB.4端口输出相反的状态
PORTB.5=0; //PB.5端口输出为低电平
}
②形式二：
if(表达式)
{语句1;}
else
{语句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：
if (PINB.0==0)
{ //如果PB0端口为低电平，则执行下述语句
PORTB.4=～PORTB.4; //PB4端口输出相反的状态
PORTB.5=0; //PB5端口输出为低电平
}
else
{ //如果PB0端口不是低电平，则执行下述语句
PORTB.7=～PORTB.7; //PB7端口输出相反的状态
PORTB.5=1; //PB5端口输出为高电平
}
③形式三：
if(表达式1)
{语句1;}
else if(表达式2)
{语句2;}
else if(表达式3)
{语句3;}
……
else if(表达式m)
{语句m;}
else
{语句n;}
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。
if (a>6500)
{numb=1;}
else if (a>6000)
{numb=0.8;}
else if (a>5800)
{numb=0.6;}
else if (a>5600)
{numb=0.4}
else
{numb=0;}
（2）if语句的嵌套：如果if语句中又包含1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：
下面以ATmega16单片机为例说明if条件语句，其发光二极管控制电路原理如图3-5所示。在ATmega16单片机的PC0和PC4端口分别接D1和D2这两个发光二极管，该实例的控制任务是当开关K1闭合时，发光二极管D1点亮，D2熄灭；当开关K1断开时，发光二极管D1熄灭，而D2点亮。编写的程序如下：
图3-5 发光二极管控制电路原理
/****************************************************
File name: if语句应用.C
Chip type: ATmega16
Clock frequency: 8.0MHz
****************************************************/
#include"mega16.h"
#define uchar unsigned char
//定义开关及LED与端口的连接
#define redLED PORTC.0
#define greenLED PORTC.4
void main(void)
{ DDRC=0xFF;
PORTC=0xFF;
DDRD=0x00;
PORTD=0xff;
while(1)
{if(PIND&0x01) //检测PD0端口上的开关为断开状态
{
redLED=0x1; //发光二极管D1熄灭（低电平有效）
greenLED=0x0; //发光二极管D2点亮
}
else //检测PD0端口上的开关为闭合状态
{
redLED=0x0; //发光二极管D1点亮
greenLED=0x1; //发光二极管D2熄灭
}
}
}
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，是用来实现多方向条件分支的语句。
（1）switch语句格式：
switch(表达式)
case 常量表达式1:
{语句1;}break;
case 常量表达式2:
{语句2;}break;
case 常量表达式3:
{语句3;}break;
︙
case 常量表达式m:
{语句m;}break;
default:
{语句n;}break;
（2）switch语句使用说明。
① 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。
②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，就执行default后面的语句。
③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，提供有两种或者多种解决方案）。
④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”。
⑤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。
下面仍以图3-5的电路原理图为例说明switch的用法。此时该例的任务是当按下开关K1时，发光二极管D1亮；当按下开关K2时，发光二极管D2亮。编写的程序如下：
/****************************************************
File name: switch语句应用.C
Chip type: ATmega16
Clock frequency: 8.0MHz
****************************************************/
#include"mega16.h"
#define uchar unsigned char
//定义开关及LED与端口的连接
#define redLED PORTC.0
#define greenLED PORTC.4
void main(void)
{ DDRC=0xFF;
PORTC=0xFF;
DDRD=0x00;
PORTD=0xff;
while(1)
{switch(PIND&0x03) //该表达式判断K1和K2是否闭合，如果闭合则与之相连
//的引脚为低电平
{
case 0x02: //表达式的值等于0x02，表示K1开关处于闭合状态
redLED=0x0; //发光二极管D1亮
break; //跳出switch结构，不执行下面的语句
case 0x01: //表达式的值等于0x01，表示K2开关处于闭合状态
greenLED=0x0; //发光二极管D2亮
break;
default: //表达式的值既不等于0x01，又不等于0x02表示两个开关
//均未闭合
redLED=0x1; //两个发光二极管均不亮
greenLED=0x1;
break;
}
}
}
2.循环语句与控制结构
在许多实际问题中，需要程序进行具有规律的重复执行，此时可以采用一些循环语句来实现。在C语言中，用来实现循环的语句有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：
goto 语句标号;
其中，语句标号不必特殊加以定义，它是一个任意合法的标识符，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。当这个标识符加上一个“:”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。
（1）与if语句一起构成循环结构。例如：用if语句和goto语句构成循环结构，求
，编写的程序如下所示。
/****************************************************
File name: goto语句应用.C
Chip type: ATmega16
Clock frequency: 8.0MHz
****************************************************/
#include"mega16.h"
void main(void)
{
int i=0，sum=0;
loop:if(i<=50)
{
sum=sum+i;
i++;
goto loop;
}
}
该程序的运行结果为1275（十六进制为04FB），在AVR Studio或者在Proteus中可观察到R19中的内容为04，R18中的内容为FB。
（2）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，用来实现“当型”循环结构。while语句的一般格式如下：
while(表达式)
{语句;}
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循环之后的语句，其流程如图3-6所示。
图3-6 while语句的流程图
例如：用while语句，求，编写的程序如下所示。
/****************************************************
File name: while语句应用.C
Chip type: ATmega16
Clock frequency: 8.0MHz
****************************************************/
#include"mega16.h"
void main(void)
{
int n=0，sum=0;
while(n<=50)
{
sum=sum+n;
n++;
}
}
该程序的运行结果为1275（十六进制为04FB），在AVR Studio或者在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3-7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：
图3-7 do-while语句的流程图
do
{语句;}
While(条件表达式);
例如：用do-while语句，求，编写的程序如下所示。
/************************************************
*File name: do-while语句应用.C
Chip type: ATmega16
Clock frequency: 8.0MHz
****************************************************/
#include"mega16.h"
void main(void)
{
int n=0，sum=0;
do
{
sum=sum+n;
n++;
}
while(n<=50);
}
4）for语句在C语言中，for语句使用得最为灵活，完全可以取代while语句或者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(表达式1;表达式2;表达式3)
{语句;}
for语句的流程如图3-8所示，其执行过程如下所示。
图3-8 for语句的流程图
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也就是最易理解的形式如下：
for(循环变量赋初值;循环条件；循环变量增值)
{语句;}
例如：用for语句，求，编写的程序如下所示。
/****************************************************
File name: while语句应用.C
Chip type: ATmega16
Clock frequency: 8.0MHz
****************************************************/
#include"mega16.h"
void main(void)
{
int n，sum=0;
for(n=0;n<=50;n++)
{
sum=sum+n;
}
}
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：
表达式1;
while(表达式2)
{
语句;
表达式3;
}
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：
表达式1;
do
{
语句;
表达式3;
}
while(表达式2)
for语句使用得最为灵活，除了可以取代while语句或者do-while语句外，还在结构形式上体现了其灵活性，下面对for循环语句的几种特例进行说明。
（1）for语句中小括号内的表达式1缺省时，应在for语句之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：
int n，sum=0;
for(;n<=50;n++)
{
sum=sum+n;
}
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”，使循环无终止地进行下去。例如：
int n，sum=0;
for(n=0;;n++)
{
sum=sum+n;
}
它相当于：
int n，sum=0;
while(1)
{
sum=sum+n;
n++;
}
（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：
int n，sum=0;
for(n=0;n<=50;)
{
sum=sum+n;
n++;
}
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：
int n，sum=0;
for(;n<=50;)
{
sum=sum+n;
n++;
}
它相当于：
int n，sum=0;
while (n<=50)
{
sum=sum+n;
n++;
}
（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，则会使程序无终止地执行循环体。例如：
for(;;)
{…… /*循环体*/}
它相当于：
while(1)
{…… /*循环体*/}
（6）for语句中没有循环体。例如：
int n;
for(n=0;n<1000;n++)
{;}
此例在程序段中起延时作用。
5）break和continue语句
（1）break：break语句通常可以用在switch语句或者循环语句中。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：
break;
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，用来加速循环。continue语句的一般格式如下：
continue;
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。