C语言分支结构详解

1. if 语句

在本篇博客文章中，我们将深入探讨C语言中的if语句及其相关用法。if语句是一种用于条件判断的分支语句，它允许我们根据条件的真假来执行不同的代码块。

1.1 if 语句的基本语法和用法

if语句的基本语法如下所示：

if (条件) {
    // 条件为真时执行的代码块
}

在这个语法结构中，条件是一个布尔表达式，如果条件的值为真（非零），则执行if语句块中的代码。

1.2 else 语句和 else if 语句的使用

除了 if 语句，我们还可以使用 else 语句和 else if 语句来处理条件的不同情况。else 语句在 if 条件以及 else if 条件（假设存在）均为假时执行，而 else if 语句用于在多个条件之间进行判断。

if 与 else if 均需条件，从 if 往下遍历条件，若所有条件不符合，执行 else 后的代码。

int num = 10;

if (num > 0) {
    printf("数字是正数\n");
} else if (num < 0) {
    printf("数字是负数\n");
} else {
    printf("数字是 0\n");
}

在这个示例中，我们根据 num 的值输出不同的结果。如果 num 大于0，我们打印"数字是正数"；如果 num 小于0，我们打印"数字是负数"；如果 num 等于0（不大于0且不小于0，就是0），因此我们打印"数字是 0"。

1.3 if 语句的嵌套和多重条件判断

在C语言中，我们可以嵌套if语句，这意味着在一个 if 语句块内部包含另一个if语句块。这样可以实现更复杂的条件判断逻辑。

int num = 10;

if (num > 0) {
    if (num % 2 == 0) {
        printf("数字是正偶数\n");
    } else {
        printf("数字是正奇数\n");
    }
} else if (num < 0) {
    printf("数字是负数\n");
} else {
    printf("数字是 0\n");
}

在这个示例中，我们首先判断num是否大于0，如果是，则进一步判断num是否为偶数或奇数。根据条件的不同，我们输出相应的结果。

1.4 悬空 else 问题及其解决方法

在C语言中，else 语句总是与最近的 if 语句配对，这就导致了一个被称为"悬空 else"的问题。当我们有多个嵌套的if语句时，可能会出现 else 语句与我们预期的 if 语句不匹配的情况。

为了解决悬空 else 问题，可以使用花括号（代码块）来明确 if 语句的范围，从而避免 else 语句与错误的 if 语句配对。

首先请看这个示例，初学者可能发现预期的输出和实际的输出有出入。

int num = -10;

if (num > 0)
    if (num % 2 == 0)
        printf("数字是正偶数\n");
else
    printf("数字是负数\n");

在这个示例中，初学者会下意识的根据缩进格式来判断，理所当然的认为上述代码打印"数字是负数"，实际情况是什么都不会打印！！！因为else 语句总是与最近的 if 语句配对。

我们使用了花括号将 if 语句的范围明确标记出来，从而避免了悬空 else 问题。

int num = -10;

if (num > 0) {
    if (num % 2 == 0) {
        printf("数字是正偶数\n");
    }
} else {
    printf("数字是负数\n");
}

2. 关系操作符

在本节中，我们将介绍C语言中常用的关系操作符。在C语言中，任何非零值都被视为真（true），而零值被视为假（false）。关系运算符的结果大致上可以认为返回的是 bool 类型的 true 或者 false，但是，严格来说是int类型的1（表示真）或0（表示假）。

2.1 关系操作符的种类和用法

C语言中的关系操作符包括以下几种：

• ==：等于
• !=：不等于
• >：大于
• <：小于
• >=：大于等于
• <=：小于等于

我们可以使用这些操作符在条件判断中比较两个值的大小关系。

2.2 关系操作符的返回值类型

关系操作符的返回值类型是布尔类型，即 int 型的0或1。当关系成立时，返回1（真），否则返回0（假）。

2.3 关系操作符在条件判断中的应用

关系操作符常常用于条件判断语句中，例如 if 语句、while 循环等。通过比较两个值的大小关系，我们可以根据条件的真假来执行不同的代码块。

下面是一个使用关系操作符的示例：

int a = 5, b = 10;

if (a == b) {
    printf("a 与 b 相等\n");
} else if (a < b) {
    printf("a 比 b 小\n");
} else {
    printf("a 比 b 大\n");
}

在这个示例中，我们比较了变量a和b的值，并根据比较结果输出不同的结果。

3. 条件操作符

条件操作符（也称为三元运算符、三目运算符）是C语言中一种简洁的条件表达式。它允许我们根据条件的真假选择不同的值。

3.1 条件操作符的语法和用法

条件操作符的语法如下所示：

条件 ? 表达式1 : 表达式2

如果条件为真，则返回表达式1的值；如果条件为假，则返回表达式2的值。

通常来讲，是可以支持多条三元运算嵌套的，然而在我看来这并不是写代码的良好习惯，可读性太差！

3.2 条件操作符与if语句的对比

条件操作符提供了一种简洁的条件判断方式，它可以替代简单的 if 语句。使用条件操作符可以使代码更加简洁和易读。

下面是一个使用条件操作符的示例：

int age = 18;
char* result = (age >= 18) ? "你是成年人" : "你是未成年";

printf("%s\n", result);

在这个示例中，我们根据年龄的值选择不同的结果。如果年龄大于等于18岁，我们输出"你是成年人"；否则，我们输出"你是未成年"。

4. 逻辑操作符

逻辑操作符用于在条件判断中组合多个条件，并根据逻辑关系的真假进行逻辑运算。

4.1 逻辑操作符的种类和用法

C语言中常用的逻辑操作符包括以下几种：

• &&：逻辑与（AND）
• ||：逻辑或（OR）
• !：逻辑非（NOT）

逻辑与操作符（&&）在两个条件都为真时返回真，逻辑或操作符（||）在两个条件中至少一个为真时返回真，逻辑非操作符（!）用于取反。

4.2 逻辑操作符的短路运算特性

逻辑操作符具有短路运算的特性，即在某个条件已经确定的情况下，将不再计算后续的条件。

下面是一个逻辑操作符短路运算的示例：

int num = 10;

if (num > 0 && num < 100) {
    printf("Number is between 0 and 100\n");
}

在这个示例中，如果 num 大于0，才会继续判断 num 是否小于100。如果 num 小于等于0，后续的条件判断将被短路，不再执行。

逻辑与：左假则右不执行，因为一假则假，既然都是假的了，何必浪费时间往右继续判断？

逻辑或：左真则右不执行，因为一真则真，既然都是真的了，那就不用在继续判断啦！

5. switch 语句

现在，让我们来探讨C语言中另一个重要的分支语句：switch 语句。

5.1 switch 语句的基本语法和用法

switch 语句是一种用于多分支选择的语句，它根据表达式的值选择不同的执行路径。

switch 语句的基本语法如下所示：

switch (表达式) {
    case 值1:
        // 执行语句块1
        break;
    case 值2:
        // 执行语句块2
        break;
    ...
    default:
        // 默认执行语句块
        break;
}

在这个语法结构中，表达式的值将与每个 case 的值进行比较，如果匹配，则执行相应的语句块。如果没有匹配的 case，则执行 default 语句块（可选）。

下面是一个使用 switch 语句的示例：

int choice = 2;

switch (choice) {
    case 1:
        printf("You chose option 1\n");
        break;
    case 2:
        printf("You chose option 2\n");
        break;
    case 3:
        printf("You chose option 3\n");
        break;
    default:
        printf("Invalid choice\n");
        break;
}

在这个示例中，根据变量choice的值，我们选择不同的菜单项进行输出。

5.2 switch语句中的执行顺序问题

在 switch 语句中，case 的执行顺序是从上到下的，即匹配到的第一个 case 执行后，会继续执行后续的 case 语句块，直到遇到 break 语句或 switch 语句结束。

如果在 case 语句块中没有使用 break 语句，将会发生case穿透现象，即执行完一个case后，会继续执行下一个case语句块，直到遇到break语句或switch语句结束。

下面是一个"case穿透"的示例：

int num = 2;

switch (num) {
    case 1:
        printf("Number is 1\n");
    case 2:
        printf("Number is 2\n");
    case 3:
        printf("Number is 3\n");
    default:
        printf("Invalid number\n");
}

在这个示例中，如果num的值为2，将会输出"Number is 2"、"Number is 3"和"Invalid number"。这是因为没有在每个case语句块中使用break语句，导致执行顺序继续向下执行。

为了避免case穿透问题，我们可以在每个case语句块的末尾添加break语句，或者使用合适的控制流语句（如if语句）来控制执行流程。

5.3 switch语句的应用场景

switch语句在实际应用中非常常见，特别适用于根据不同的选择执行不同的操作。

例如，在菜单选择、状态机等场景中，我们可以使用switch语句来处理多个固定的选项。

下面是一个使用switch语句的示例：

int choice;

printf("Please enter your choice (1-3): ");
scanf("%d", &choice);

switch (choice) {
    case 1:
        printf("You chose option 1\n");
        break;
    case 2:
        printf("You chose option 2\n");
        break;
    case 3:
        printf("You chose option 3\n");
        break;
    default:
        printf("Invalid choice\n");
        break;
}

在这个示例中，根据用户输入的choice值，我们选择不同的菜单项进行输出。

5.4 switch 语句与 if 语句比较

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