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C语言：流程控制

news 2025/7/14 15:21:44

流程控制

算法

著名计算机科学家沃斯提出了一个公式：

 程序 = 数据结构 + 算法

数据结构：对数据的描述
算法：对操作步骤的描述

算法的定义

广义的来说，为解决一个问题而采取的方法和有限的步骤，就称为“算法”

例如：
将大象放入冰箱的算法就可以如下描述：
打开冰箱 → 将大象放入冰箱 → 关闭冰箱

算法特征

有穷性：包含有限的操作步骤，不能无限制的执行下去。
可行性：算法中每一天指令必须是切实可执行的。
确定性：算法中每一条指令必须有确切的含义，不能产生歧义。

算法描述-流程图

案例

要求：对于计算s=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10（累加求和）
用流程图表示：

程序的三种基本结构（重点）

程序的三种基本结构包括顺序结构、分支结构（条件结构、选择结构）、循环结构（重复结构）

顺序结构

特点：各操作是按先后顺序执行的，是最简单的一种结构，这个结构是程序默认的。

其中A和B两个框是顺序执行的。也就是在A框所制定的操作后，必然接着执行B框所制定的操作。

分支结构

特点：根据是否满足给定的条件而从一组、两组或者多组操作中选择一种进行执行。

如果P条件成立，就执行A操作，否则跳过这个结构。
无论会不会执行A操作，分支就会结束

如果P条件是否成立，A操作和B操作中总有一个会执行。
无论执行完哪一个分支，分支就会结束

分支结构又分为：
①单分支
②双分支
③多分支

循环结构

特点：在满足一定条件下，反复执行某一部分操作，有两种类型：

当型循环

图示：

执行过程：

当给定条件P成立时，执行S操作，然后再判断P条件是否成立，如果仍然成立，再执行S操作，然后再判断...，如此反复，直到某一次P条件不成立为止，此时不再执行S，结束循环。

特点：

先判断，后执行，循环体（S）一次都不执行。

代表：

while、for

直到型循环

图示：

执行过程：

执行S操作，然后再判断P条件是否成立，如果仍然成立，再执行S操作，然后再判断...，如此反复，直到某一次P条件不成立为止，此时不再执行S，结束循环。

特点：

先执行，后判断，循环体（S）最少执行一次。

代表：

do..while

C语句

定义

C程序是以函数为基础单位的。
一个函数的执行部分是由若干条语句构成的。
C语句都是用来完成一定的操作任务。
C语句必须依赖于函数存在。

C程序结构

C语句分类

1.控制语句

作用：用来完成一定的控制功能

举例：

if..else..、for..、while..、do..while、continue、break、switch、return、goto

2.函数调用语句

由一个函数调用+分号组成，例如：

 printf("这是一个函数调用语句");test();

3.表达式语句

由一个表达式+分号组成，最典型的表达式语句就是赋值语句，例如：

  a = 3        // 表达式score >= 90  // 表达式score = 90;  // 表达式语句

4.空语句

只有一个分号，什么都不做，例如：

  ;for(;;)

5.复合语句

用{...}括起来的若干个语句，例如：

  {z = z +y;t = z / 100;printf("%f\n",t);// 超过1条语句就是复合语句}

数据的输入与输出

数据是输入与输出是相对而言的，其中：

从计算机向外部设备输送数据称为输出（output）。通常的输出设备包括：显示器、打印机等。
从外部设备向计算机输送数据称为输入（input）。通常的输入设备脑壳：键盘、鼠标、扫描仪等。

在C语言中，输入与输出需要使用标准的输入输出库（ $stdio.h$ ）中的输入函数（ $scanf()$ ）、输出函数（ $printf()$ ）实现，后期可以扩展其他输入输出函数。我们将这种跟硬件打交道的输入输出操作称作外设IO。

库函数已经被编译成了目标文件内置于编译系统，在链接时与编译源程序得到的目标文件相链接，生成可执行程序。

注意：在使用系统库函数的时候，需要用预处理指令#将有关的头文件包含到用户资源文件中（一般放在程序的开头位置）头文件中包含了调用函数时需要的有关信息，具体函数实现在编译的时候再去链接对应的系统库。

输入输出缓冲机制

缓冲区的概念

缓冲区（缓存）是内存空间的一部分，用于暂存输入或输出的数据。
在进行输入操作时，系统从外部设备（如键盘）读取数据，先放入缓冲区，程序再从缓冲区中读取数据。

输入时数据流向：外部设备 → 输入缓冲区 → 程序

在进行输出操作时，系统先将数据放入缓冲区，然后在特定条件下（如缓冲区满、遇到特定字符、手动刷新等）再将缓冲区中的数据输出到外部设备（如屏幕）

输出时数据流向：程序 → 输出缓冲区 → 外部设备

缓冲区的类型

C语言的缓冲区有三种类型：

全缓冲：当缓冲区填满后，才进行实际的输入输出操作。例如：对磁盘文件的读写。- -- $window$ 全缓冲区大小是4096字节， $Linux$ 全缓冲区大小是1024字节。
行缓冲：当在输入和输出中遇到换行符（\n或者回车）时，执行实际的输入输出操作。例如：标准输入（ $stdin$ ）和标准输出（ $stdout$ ）。
无缓冲：不进行缓冲，直接进行输入输出操作。例如：标准错误流（ $stderr$ ）

缓冲区的刷新条件

缓冲区的刷新（如将缓冲区中的数据实际输出到外部设备）通常发生在以下情况：

缓冲区满：当缓冲区写满时，会自动刷新。
遇到特定字符：如换行符（\n）等。
手动刷新：使用 $fflush(stdout)$ 函数手动刷新输出缓冲区。
程序关闭时：当程序结束时，缓冲区中的数据会被刷新。

缓冲区的实际应用

提高效率：通过缓冲区，可以减少与外部设备的交互次数，提高数据传输的效率
处理输入输出：例如：使用scanf和printf函数时，数据先被放入缓冲区，然后按照特定的规则从缓冲区读取或输出。

原理实现

简单的输入与输出

用printf函数输出数据

基础用法

语法：

 printf("格式控制",输出列表);

引入文件：

 #include <stdio.h>

举例：

 printf("i=%d,x=%d,y=%d\n",i,34,i+1);

注意：格式控制中的格式化符号（%d）要和输出的数据——对应。

参数：

格式控制：用一对英文双引号括起来，包括两种信息：
- 格式说明：由%和特定字符组成，如：%d,%f,%c等，这是格式说明符，用于说明输出项目所采用的格式。
- 普通字符：作为说明性文字、符号等，按照输入原样输出。
输出列表：输出列表中的各项目指出了所要输出的内容。可以是常量（字面量、符号常量、 $const$ 修饰的变量）、变量、表达式。输出列表的个数，由格式控制中的格式化符号来决定。

基本的格式化符

%按有符号十进制整型（ $int$ ）数据的实际长度输出。（十进制（ $0$ ）、八进制（ $00$ ）、十六进制（ $0x00$ ））

%按无符号十进制整型（ $int$ ）数据的实际长度输出。

%仅输出一个字符（ $char$ ）

%输出结果是字符串，举例：

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

,输出结果： $CHINA$

%以小数形式输出 $float$ 类型实数；

%以小数形式输出 $double$ 类型（双精度）实数

%也可以写作% $E$ ，以指数形式输出一个实数（涵单双精度）。小数点前1位非0数字，并输出6位小数。

%短整型( $short$ $int$ / $short$ )

%字符型的 $ASCII$ 码， $char$ 数据对应的 $ASCII$ 码的值，举例：

char a ='A';printf("%hhd\n",a);

，输出结果： $65$

%长整型（ $long$ $int$ / $long$ ）

%长长整型（ $long$ $long$ $int$ / $long$ $long$ ）

%十六进制，但是十六进制的前缀 $0x$ 不会打印出来，举例

printf("%x\n",198);

，输出结果： $c6$

%#十六进制，并且十六进制的前缀0x也会打印出来，举例：

printf("%#x\n",198);

，输出结果： $0xc6$

%八进制，前缀 $0$ 不会打印出来，举例： $5$

%#八进制，并且八进制的前缀 $0$ 也会打印出来，举例： $05$

%打印内存的地址

%% 输出%本身

案例：

 /*************************************************************************> File Name:    demo01.c> Author:       久念昕> Description:  > Created Time: 2025年07月11日 星期五 15时34分28秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){printf("%x,%#x\n",255,255);// 输出16进制整数printf("%o,%#o\n",255,255);// 输出8进制printf("%d,%u,%c\n",5,5,'%');// 正常输出printf("%%\n");// 输出%printf("%f,%lf,%e\n",99.12345,99.12345,99.12345);// 输出小数return 0;}

运行结果：

用scanf函数输入数据

基础用法

语法：

 scanf("格式控制",地址列表);

注意：地址列表不能传变量、常量、表达式。只能传与之对应的你内存地址（首地址），如果是普通的变量，通过& 变量名获取变量地址。

举例：

 int a =10;// 定义了一个变量ascanf("%d",&a);// &在这里称作取地址符，&a的意思是获取变量a对应的内存地址（首地址）

作用：

将从键盘输入的数据存入内存中所占的存储单元里，存储单元由地址标识。

参数：

格式控制：含义等同于 $printf$ 函数的格式控制，说明输入的数据应该使用的格式。
地址列表：是由若干个地址组成，可以是变量的地址或者字符串的地址。&是取地址符号，用于取出变量的地址。与格式化输出一样，在格式控制中，用于说明数据格式的格式说明符以%开头，后面紧跟具体的格式。

案例：

需求：从键盘输入整数给变量a,b,c赋值
代码：

 /*************************************************************************> File Name:    demo02.c> Author:       久念昕> Description:  > Created Time: 2025年07月11日 星期五 15时50分44秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){// 定义自变量a,b,c,用来接收控制台的输入int a,b,c;// 因为我们需要通过接收控制台输入进行符号子，所以无需初始化// 每次在使用键盘录入前加入提示信息printf("请输入3个整数：\n");scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);// 测试输出printf("a=%d,b=%d,c=%d\n",a,b,c);return 0;}

运行结果：

总结：输入多个数据的时候可以用空格、Tab键、回车键中的任意一种。

说明：

$scanf$ 函数中的“格式控制”后面应当是变量的地址，由取地址符&和变量名共同组成，举例：

 scanf("%f%d", &a, &b);

如果“格式控制”中除了格式说明以外还有其他字符，则在输入数据时必须在对应位置输入与之相同的字符，举例：

 scanf("%d,%d",&a, &b);

从键盘录入数据的时候，使用格式控制中的逗号分隔： $3,4$

 scanf("%d-%d-%d",&year, &month, &day);

从键盘录入数据的时候，使用格式控制中的短横线分隔： $2025-7-11$

 scanf("%d年%d月%d日",&year, &month, &day);

从键盘录入数据的时候，使用格式控制中的年月日分隔： 2025年7月11日

用 % $c$ 格式输入字符时，转义符（如： \n , \t 等）都作为有效字符输入，应注意：

 scanf("%c%c%c", &a, &b, &c);

注意：其实Tab键、空格键、回车键的响应都是当做字符处理。

在输入数值型数据（整型+浮点型）时，遇到空格、回车、Tab键或遇到非法输入（A,?..），则认为该输入结束；

 scanf("%d%d%d",&a, &b, &c);

对于 $unsigned$ 型变量所需的数据，建议用 %格式输入；若用 % ，需确保输入值在 $int$ 范围内（否则可能溢出）

复杂的输入与输出

按指定格式输出数据的宽度、小数位数、上下行数据按小数点对齐、用八进制、十六进制输出等。

输出数据格式控制

整型格式说明符

十进制形式（0~9）

说明符	说明	数据类型
%d和%md	用于基本整型	int
%ld和%mld	用于长整型	long
%u和%mu	用于无符号基本整型	unsigned int
%lu和%mlu	用于无符号长整型	unsigned long

八进制形式

说明符	说明	数据类型
%o和%mo	用于基本整型	int
%lo和%mlo	用于长整型	long

十六进制形式（0~F）

说明符	说明	数据类型
%x和%mx	用于基本整型	int
%lx和%mlx	用于长整型	long

说明： $m$ 表示输出整型数据所占的总宽度（列数，1个字符占1列），其中： ① 当实际数据的位数不到 $m$ 位时，数据前面将用空格填满，举例：原数据（ $"12"$ ），列宽为 $m(4)$ 的数据（ $"12"$ ） ② 若实际数据的位数大于等于 $m$ 位时，则以数据的实际位数为标准进行输出，列宽无效，举例：

原数据（ $"12345"$ ），列宽m(4)的数据（ $"12345"$ ）

总结：

如果实际数据列宽 $<m$ ，使用空格补齐 $m$ 。

如果实际数据列宽 $>=m$ ，输出实际数据， $m$ 失效。

一个 $int$ 型整数也可以用% $u$ 输出，反之一个 $unsigned$ 型整数也可以用% $d$ 、% $o$ 、% $x$ 格式输出。按相互赋值的规则处理。

举例：

 /*************************************************************************> File Name:   demo03.c> Author:       久念昕> Description:  > Created Time: 2025年07月11日 星期五 16时47分14秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){printf("%d\n",12);            // "12"     输出后，实际列宽是2printf("%6d\n",12);           // "   12" 输出后，实际列宽是6，右对齐，左边使用空格填充printf("%-6d\n",12);          // "12   " 输出后，实际列宽是6，左对齐，右边使用空格填充printf("%6d\n",1234567);      // "1234567" 输出后，实际列宽是7，一旦实际列宽超过指定列宽，就按实际列宽输出printf("%06d\n",12);          // "000012" 输出后，实际列宽是6，右对齐，左边使用0填充printf("%+d,%+d\n",12,-12);   // "+12,-12" 输出后，显示正负号printf("%#06x,%#06o\n",12,12);// "0x000c,000014" 输出后，实际列宽是6return 0;}

运行效果：

字符型格式说明符

字符型

说明符	说明	举例
%c或者%mc	输出的字符占m列	printf("%3c\n",'a');

用法和整型的用法一致。

字符串型

在C语言中，支持字符串常量，不支持字符串变量。

说明符	说明
%ms	输出的字符串占m列。若串长>=m，全部输出；反之在串前补空格（m为正往前补空格）举例：printf("%6s\n","hello"); ``" hello"
%-ms	输出的字符串占m列。若串长>=m，全部输出；反之在串后补空格（m为负往后补空格）举例： printf("%-6s\n","hello");`` "hello "
%m.ns	输出的字符串占m列，取字符串前 n 个字符，再按 m 列补空格。举例： printf("%6.2s\n","hello"); ``" he"（先截取，再补全）
%-m.ns	输出的字符串占m列。只取字符串前n个字符，不足部分串后补空格。举例： printf("%-6.2s\n","hello"); ``"he "

案例：

需求：字符串输出
代码：

 /*************************************************************************> File Name:   demo04.c> Author:       久念昕> Description:  > Created Time: 2025年07月11日 星期五 17时09分26秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){printf("%3s\n%7.2s\n%-5.3s\n%.4s\n","CHINA","CHINA","CHINA","CHINA");// %3s:       "CHINA"       超出指定列宽，按实际列宽输出// %7.2s:     "     CH"     截取CH，实际列宽补足到7，右对齐// %-5.3s:   "CHI "       截取CHI，实际列宽补足到5，左对齐// %.4s:     "CHIN"         截取CHIN，实际列宽就是默认列宽4return 0;}

运行效果：

浮点型格式说明符

浮点型格式分为三种形式：

序号	名称	说明
1	十进制形式	% $m.nf$ 或者% $-m.nf$ ， $m$ 是列宽， $n$ 是保留的小数位
2	指数形式	% $m.ne$ 或者% $-m.ne$ ， $m$ 是列宽， $n$ 是保留的尾数位
3	% $g$ 或者% $G$ 形式	根据数值的大小，自动选择% $f$ 或者% $e$ 中宽度较短的一种格式，不输出无意义的0

解释：

在输出浮点型数据时，格式说明符中的 $m$ 表示整个数据所占的列宽， $n$ 表示小数点后面所占的位数（保留的小数位）

如果在小数点后取 $n$ 位后，所规定的数据宽度 $m$ 不够输出数据前面的整数部分（包括小数点），则按实际的位数进行输出。

案例：

需求：输出浮点型数时，指定小数位。
案例：

 /*************************************************************************> File Name:   demo05.c> Author:       久念昕> Description:  > Created Time: 2025年07月11日 星期五 17时23分04秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){float f = 123.456f; // f是标识，不计入列宽的，实际列宽是7printf("%8.2f\n%-8.2f\n%8.6f\n%9.2e\n%g\n%G\n",f,f,f,f,f,f);// %8.2f:     " 123.46" 小数位保存采取“四舍五入” 小数保留2位，实际列宽补足到8，右对齐// %-8.2f:   "123.46 " 左对齐// %8.6f:     "123.456001" 实际列宽超过指定列宽，以实际列宽为准// %9.2e:     " 1.23e+02" 首先，小数转换为指数；接着，处理尾数，这里的.2是尾数位；最后补足列宽。return 0;}