【原创分享】单片机C语言If和for等基本语句结构

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本帖最后由松山归人于 2021-6-22 10:17 编辑

作者：张角老师（张飞实战电子高级工程师）

同学们好，我们从今天开始探讨单片机C语言，我们首先从if和for等基本语句结构开始。

if和for，这两个从本质上来说，是不是C语言的两个关键字呀。那么我们为什么又把它称之为C语言的基本结构的一部分呢。要回答这个问题，我们是不是首先要搞清楚C语言的基本结构是什么？

实际上，任何结构化编程语言的基本结构都是相同的，也就是三种基本的程序结构：顺序，分支和循环。由这三者最基本的结构，可以搭建出任何我们想实现的程序结构。在狄杰斯特拉(Edsger W. Dijkstra)反复研究面条式代码(spaghetti code)，并在1968年给某位编辑写了一篇著名的简信，题为《Go to语句是有害的》之后，计算机科学家Corrado Bohm和Giuseppe Jacopini证明，使用顺序(sequencing)，分支/选择(alternation)和循环(iteration)这三种流程结构就足以表达所有程序的本质。C语言作为结构化编程语言的一种，其程序结构，自然也是由这三种最基本的程序结构组成。

顺序执行程序，这个很好理解，一条语句接着一条语句执行就可以了。那么C语言的分支和循环是如何实现的呢？

对于分支，我们常见的关键词是不是有if/else和switch/case两种组合呀。if/else翻译过来，是不是就是“如果…，否则…”，是一个条件判断。如果用伪代码的方式来进行表达的话，一般有这两种形式。

第一种形式如下:
if（条件为真）
{
代码段1；
}
else
{
代码段2；
}
这里else的含义其实就是条件不为真，那么也就是条件为假。

第二种形式是这样的：
if（条件1为真）
{
代码段1；
}
else if（条件2为真）
{
代码段2；
}
else
{
代码段3；

}

第一种形式和第二种形式本质上的区别，其实就是第一个是双分支，第二个是多分支。两种不同的分支，我们要根据具体情况去使用。某种意义上多分支模式可以由双分支演变而来，比如我们可以在双分支模式里面的else里嵌套一个双分支结构就可以了。

if（条件1为真）
{
代码段1；
}
else
{
if（条件2为真）
{
代码段2；
}
else
{
代码段3；
}
}
从这个意义上看，双分支和多分支其实是一回事情，本质上都是分支。分支这个概念，大家应该都是相对容易接受的，任何一件事情总有它的对立面，高对低，胖对瘦，大对小，物质对暗物质等等。分支这个概念应该是反映了事物的一种本源的状态，是描述程序是不可再进行切分的维度，也就是说分支成为了任何程序的三种基本结构之一。

其实对于多分支的情况，C语言有另外一套关键字组合switch/case,写成伪代码的形式，大概是这样的。

switch（变量）{
case 常数1：
代码段1；
break；
case 常数2：
代码段2；
break；
case 常数3：
代码段3；
break；
。。。
default：
代码段n；
break；
}

大家注意没，对于switch/case组合来说，它的条件一定要是常量，而且要是整数。这个是不是对判断的条件作出了限制呀。这里的default关键字，是和if/else里面的else对应的，表示意外情况。从表面看，switch/case适用于逻辑条件简单，但是分类较多的情况；if/else适用于判断条件复杂，但是分支较少的情况。但是从另外一个层面看来，switch/case所具备的功能，if/else完成起来，完全没有问题呀。那为什么还要搞出来这一个关键字组合呢？
我个人的理解是switch/case关键字的执行效率，在某些情况下，要比if/else要高。

int a = 0;
switch(a)
{
case -1:
break;
case -2:
break;
case -3:
break;
case -4:
break;
case 0:
printf("I am in switch case!n");
break;
default:
break;
}
printf("I am between the switch case and if/else if/else!n");
if (-1 == a)
{
}
else if (-2 == a)
{
}
else if (-3 == a)
{
}
else if (-4 == a)
{
}
else if (-5 == a)
{
}
else
{
printf("I am in if/else if/else!n");
}

比如对于上面的代码段，对于switch/case关键词对来说，程序是直接跳到case为0的情况下的；但是对于if/else而言，程序则是一句一句比较之后才达到了“else”这一句，程序执行效率的高低是显而易见的。

但是我们说，switch/case的程序执行效率可以比较高，并不是没有条件的。从汇编语言的层面来看，switch/case是建立了一张跳转表，因此需要一定的空间才行。这里某种程度上有以空间换时间的意思。

因此，如果程序可以使用switch/case尽量使用这个，以便提高它的执行效率。其实，我们这样比对一番之后，自己也就轻而易举地牢牢记住了它们，这个可能也就是知其然知其所以然的效果，符合人的记忆规律。

讲完了分支，我们来看一下循环。循环这个基本结构，在C语言里面，一共有两种实现方式，for循环和while循环，其中while循环还可以分为两种，一种是while循环，一种是do/while循环。我们下面分别看一下，这三种结构的程序表达大概是什么模样。

for（循环控制变量初始化；循环终止条件；循环控制变量增量）{循环体；}
for循环的执行步骤是：首先执行循环变量的初始化，然后执行循环终止条件；如果判断条件为假（不符合终止条件），那么就开始执行循环体；然后执行循环控制变量的增量程序，执行完以后，再去判断是不是符合循环终止条件；如何符合条件，那么就退出循环；如果不符合条件，那么就继续执行循环体，并重复执行上述步骤。

感觉用第二种方式来描述这个循环体的执行过程，更为清晰。第一，先进行循环控制变量初始化；第二，执行循环终止条件，如果判断结果为假，则进入第三步；如果为假则循环终止并退出；第三，执行循环体；第四，执行循环控制变量增量，转入第二步；

注意，其实for循环括号中的三部分其实都可以省略，如果全部省略了，就变成了一个无限循环的死循环，跳不出来了。无限循环在操作系统中使用的是非常多的，每一个任务都是一个无限循环体，包括main函数也是一个无限循环体。

下面，我们来看一下while循环的代码格式。
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