C语言中的决策与控制结构

# C语言中的决策与控制结构 ## 1. 优化代码逻辑 在编程中，我们常常会遇到需要根据不同条件执行不同操作的情况。以控制LED灯闪烁的代码为例，最初的代码可能会有一些冗余，我们可以通过优化来提高代码的效率和可读性。 ### 1.1 简化代码示例 最初的代码可能是这样的： ```c delay(1000); // wait for a second counter = counter + 1; ``` 我们可以使用`if-else`语句来简化代码，减少`delay()`函数的调用次数。同时，定义两个新的变量`led1`和`led2`，让代码更加清晰： ```c void loop() { if (counter % 2 == 1) { led1 = 11; // LED on pin 11 will be lit led2 = 10; // LED on pin 10 will go out } else { led1 = 10; // LED on pin 10 will be lit led2 = 11; // LED on pin 11 will go out } digitalWrite(led1, HIGH); // turn LED on (HIGH) digitalWrite(led2, LOW); // turn LED off (LOW) delay(1000); // wait for a second counter = counter + 1; } ``` ### 1.2 代码优化的启示 从这个例子中，我们可以学到以下几点： - 简单的`if`测试可以让程序正常运行，但`if-else`语句通常更高效，因为它可以减少`if`测试表达式的数量。 - `if-else`语句可以重新组织，使代码更易于阅读和理解。 - 实现一个功能往往有多种方式，程序能运行并不意味着代码是最有效的。在处理内存有限的情况时，对代码的微小调整可能会影响程序的运行。 ## 2. 级联`if`语句 当程序需要根据变量的特定值执行特定操作时，我们可能会使用一系列的`if`语句。但这种方式可能会导致代码效率低下。 ### 2.1 级联`if`语句示例 ```c int myDay; // Some code that determines what day it is... if (myDay == 1) { doSundayStuff(); } if (myDay == 2) { doMondayStuff(); } if (myDay == 3) { doTuesdayStuff(); } if (myDay == 4) { doWednesdayStuff(); } if (myDay == 5) { doThursdayStuff(); } if (myDay == 6) { doFridayStuff(); } if (myDay == 7) { doSaturdayStuff(); } ``` 这种代码存在问题，因为即使第一个`if`测试为真，程序仍然会执行后续的`if`测试，这是不必要的。 ### 2.2 优化级联`if`语句 我们可以使用嵌套的`if`语句来优化这个问题，形成级联`if`语句： ```c if (myDay == 1) { doSundayStuff(); } else { if (myDay == 2) { doMondayStuff(); } else { if (myDay == 3) { doTuesdayStuff(); } else { // you get the idea... } } } ``` 当`myDay`等于1时，`doSundayStuff()`被调用，后续的`if`测试将被跳过。这种方式提高了代码的效率，但级联`if`语句也有一些缺点，比如代码过长时可能需要水平滚动窗口查看，而且最后一个条件的测试仍然需要执行多次。 ## 3. 自增和自减运算符 在编程中，对变量进行自增或自减操作是非常常见的。C语言提供了专门的运算符来实现这些操作。 ### 3.1 自增运算符 自增运算符有两种形式：前置自增和后置自增。 - 前置自增：`++counter;`，先将变量的值加1，然后再使用该变量的值。 - 后置自增：`counter++;`，先使用变量的值，然后再将变量的值加1。 以下是一个示例代码： ```c int c = 5; int k; k = ++c; // pre-increment ``` 在这个例子中，`k`的值为6，因为前置自增运算符先将`c`的值加1，然后再将新的值赋给`k`。 如果使用后置自增运算符： ```c k = c++; // post-increment ``` 此时`k`的值为5，因为后置自增运算符先使用`c`的值赋给`k`，然后再将`c`的值加1。 ### 3.2 自减运算符 自减运算符也有前置和后置两种形式，原理与自增运算符类似。 - 前置自减：`--counter;` - 后置自减：`counter--;` 例如： ```c int c = 6; int k; k = --c; // pre-decrement ``` 此时`k`和`c`的值都为5，因为前置自减运算符先将`c`的值减1，然后再将新的值赋给`k`。 如果使用后置自减运算符： ```c k = c--; // post-decrement ``` `k`的值为6，`c`的值为5，因为后置自减运算符先使用`c`的值赋给`k`，然后再将`c`的值减1。 ### 3.3 运算符使用注意事项 当自增和自减运算符单独使用时，前置和后置形式的效果是一样的。但当它们作为较大表达式的一部分时，需要注意运算符的使用顺序。 ## 4. 运算符优先级 随着我们引入了更多的运算符，我们需要了解它们的优先级。以下是C语言中运算符的优先级表： | 级别 | 运算符 | | ---- | ---- | | 1 | `()` `[]` `→` `.` (dot) | | 2 | `!` `~` `++` `--` `+` (unary) `-` (unary) `*` (indirection) `&` (address of) `(cast)` `sizeof` | | 3 | `*` (multiplication) `/` `%` | | 4 | `+` (binary) `-` (binary) | | 5 | `<<` `>>` | | 6 | `<` `<=` `>` `>=` | | 7 | `==` `!=` | | 8 | `&` (bitwise AND) | | 9 | `^` | | 10 | `|` | | 11 | `&&` | | 12 | `||` | | 13 | `?:` | | 14 | `=` `+=` `-=` `*=` `/=` `%=` `&=` `^=` `|=` `<<=` `>>=` | | 15 | `,` (comma) | 这个优先级表需要我们记忆，建议将其所在的页码写在书的封底内页，方便在编写程序时参考。 ## 5. `switch`语句 `switch`语句是另一种控制程序流程的方式，它可以根据表达式的值跳转到相应的代码块。 ### 5.1 `switch`语句的语法 ```c switch (expression1) { // opening brace for switch statement block case 1: // statements to execute when expression1 is 1 break; case 2: // statements to execute when expression1 is 2 break; case 3: // statements to execute when expression1 is 3 break; // more case statements as needed default: // execute if expression1 doesn't have a "case value" break; } // closing brace for switch statement block // All br ```