C语言进阶——循环语句缺陷分析

Posted 2022-01-17 穿越临界点

在学习资料满天飞的大环境下，知识变得非常零散，体系化的知识并不多，这就导致很多人每天都努力学习到感动自己，最终却收效甚微，甚至放弃学习。我的使命就是过滤掉大量的无效信息，将知识体系化，以短平快的方式直达问题本质，把大家从大海捞针的痛苦中解脱出来。

文章目录

• • 1 循环语句的三要素
  • 2 使用不同循环语句实现六种排列组合
  • • 2.1 第一种排列（ABC）
    • 2.2 第二种排列（ACB）
    • 2.3 第三种排列（BCA）
    • 2.4 第四种排列（CBA）
    • 2.5 第五种排列（BAC）
    • 2.6 第六种排列（CAB）
  • 3 什么时候用for循环语句
  • 4 什么时候用while循环语句
  • 5 什么时候用do-while循环语句
  • 6 其他情况
  • 7 总结

你是否也有过下面的体会?

为什么刚开始学习C语言时很喜欢用for循环语句，但逐渐发现有经验的工程师都在用while和do-while循环（看过内核代码的小伙伴应该也注意到这点了）？

在刚开始写循环语句时总分不清什么时候用for，什么时候用while，什么时候又该使用do-while；刚把这些问题搞清楚了，觉得已经熟练掌握了所有循环语句的使用，但又时不时遇到一个新的问题——总得在循环语句中，甚至是循环语句前和循环语句后添加代码，调整语句顺序，否则最终的逻辑就不正确，甚至是出现指针的解引用错误。

当遇到这些问题时，你是否怀疑过C语言的循环语句是自带缺陷的？下面就让我们一起找出困扰我们编程的幕后黑手吧~~

1 循环语句的三要素

实现一个循环语句的三要素是：

• A. 判断：判断退出条件是否满足，如果满足则退出循环；如果不满足则循环继续。
• B. 执行：执行需要循环的内容；内容中一般都会引用循环变量，否则循环就是无差别的。
• C. 移动：移动循环变量，否则退出条件永远无法满足，循环就演变成了死循环，这也是初学者很容易落的。

根据上述三个要素的执行顺序，可以得到下述6种排列组合。

编号	顺序
1	A -> B -> C
2	A -> C -> B
3	B -> C -> A
4	C -> B -> A
5	B -> A -> C
6	C -> A -> B

你所编写的程序中都逃不出以上这六种排列组合，下面我们对其一一进行剖析。

2 使用不同循环语句实现六种排列组合

2.1 第一种排列（ABC）

这种顺序是我们最最熟悉的，也是最常见的。实现起来并不复杂，也是C语言循环语句最擅长处理的情况。

1. 使用for语句实现

/* 使用for语句实现ABC */
for (; A; C) 
    B;

2. 使用while语句实现

/* 使用while语句实现ABC */
while (A) 
    B;
    C;

---

2.2 第二种排列（ACB）

这种顺序我们就不是经常见到了，所以，for语句对它的支持就不是那么友好了，但是while语句没有受到任何影响。

1. 使用for语句实现

/* 使用for语句实现ACB */
for (; A; ;) 
    C;
    B;

2. 使用while语句实现

/* 使用while语句实现ACB */
while (A) 
    C;
    B;

---

2.3 第三种排列（BCA）

对于这种排列，for语句彻底没脾气了，while语句也蔫儿了，do-while语句可以大显身手了。

1. 使用for语句实现

/* 使用for语句实现BCA */
for (B, C; A; C;)  /*可读性变得很差，也有很多重复代码*/
    B;

2. 使用while语句实现

/* 使用while语句实现BCA */
B; /*已经需要在while语句外额外加重复代码了*/
C;
while (A) 
    B;
    C;

3. 使用do-while语句实现

/* 使用do-while语句实现BCA */
do 
    B;
    C;
while (A); /*do-while就是为此而生啊（看来设计该语句的老前辈已经仔细考虑过该排列了）*/

---

2.4 第四种排列（CBA）

这种排列跟上一种类似。不过对for语句就更不友好了。

1. 使用for语句实现

/* 使用for语句实现CBA */
for (C, B; A; C,B;) /*这种形式看似一行就处理结束了，但是真实情况是B的内容会很多*/

2. 使用while语句实现

/* 使用while语句实现CBA */
C; /*重复代码*/
B;
while (A) 
    C;
    B;

3. 使用do-while语句实现

/* 使用do-while语句实现CBA */
do 
    C;
    B;
while (A); /*do-while语句默默地说：“这里才是我的战场”。*/

---

2.5 第五种排列（BAC）

对于这种排列，C语言的循环语句们心里都在想，这是什么鬼地方，没见过啊~~

1. 使用for语句实现

/* 使用for语句实现BAC */
for (B; A; ;)  /*有重复代码*/
    C;
    B;

2. 使用while语句实现

/* 使用while语句实现BAC */
B; /*有重复代码*/
while(A) 
    C;
    B;

3. 使用do-while语句实现

它说它不在家，让我们去找break。

4. 使用while-break语句实现

/* 使用while-break语句实现 */
while （1） 
 B;
 if (!A)
     break;
 C;

---

2.6 第六种排列（CAB）

这种排列和第五种类似，不使用break仍然无法解决代码重复问题。

1. 使用for语句实现

/* 使用for语句实现CAB */
for (C; A; C) 
    B;

2. 使用while语句实现

/* 使用while语句实现CAB */
C;
while (A) 
    B;
    C;

3. 使用while-break语句实现

/* 使用while-break语句实现CAB */
while (1) 
    C;
    if (!A)
        break;
    B;

---

3 什么时候用for循环语句

通过上面的实验和摸索，我们发现for语句最适合的场景就是第一种排列（ABC）的场景。在应用与其他场景时要么就退化为while，要么就束手无策了。

这就是for语句的缺陷之所在。

所以，你去看Linux内核或者其他大型项目，其中的for语句都是比较少的，你所见到的基本都长成下面这两种样子。

/* for循环的第一种应用范式 */
#define MAX 100
int i;
for (i = 0; i < MAX; ++i) 
    /* do somthing you like. */

我是分割线。。。

/* for循环的第二种应用范式 */
for (;;) 
    /* do somthing you like. */

第二种应用范式一般都是用在线程死循环中，当然死循环使用while(1)也可以，只能说是大家都这么用习惯了而已，你可以选择自己喜欢的方式。

4 什么时候用while循环语句

while语句适用于第一种排列（ABC）和第二种排列（ACB）场景。

这种场景的特点是——A在最开始执行。

5 什么时候用do-while循环语句

do-while语句适用于第三种排列（BCA）和第四种排列（CBA）场景。

这种场景的特点是——A在最后执行 。

6 其他情况

其他情况包括第五种排列（BAC）和第六种排列（CAB）场景，以及其他更复杂的场景。

这种场景的特点是——A在中间执行。

这种情景一般就采用whie-break语句来cover了。其实，该语句可以cover住所有场景。

爱刨根问题的同学可能会问，怎么会有这种场景呢？真的有需求么？

那我在此给出一个CABC真实场景的小例子吧，起到抛砖引玉的作用。

/* 重点关注外层循环；关注pstr指针变量 */
while(1)
    pstr = find_cmd(format_str, pstr); /*C[移动]：这一步会移动pstr指针*/
    if (NULL != pstr) /*A[判断]:在使用前需要先判断；看指针是否合法，非法则退出循环*/
       
        /* B[执行]：执行开始（读取字符串内容并打印）*/
        printf("----------------------------------------------------------------------------\\n");
        printf("|| name    \\t| %s \\n",pstr->name);
        printf("|| brief   \\t| %s \\n",pstr->brief);
        for (i = 0; i < pstr->argc; i++)
        
            if (pstr->argv[i])
                printf("|| @ para%d\\t| @ %s \\n", i, pstr->argv[i]);
        
        printf("----------------------------------------------------------------------------\\n");
		/* B[执行]：执行结束 */
        
        pstr++; /*C[移动]：这一步还是移动，属于复杂场景，是六种排列的延伸。。。*/
     else 
        break；
    

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7 总结

文章已经很长了，最后不废话，直接上表格。

编号	顺序	合适的循环语句
1	A -> B -> C	for/while
2	A -> C -> B	while
3	B -> C -> A	do-while
4	C -> B -> A	do-while
5	B -> A -> C	while-break
6	C -> A -> B	while-break
x	复合场景	while-break

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