第2章
控制語句
本章介紹利用控制語句的功能來解決問題的方法。C包含種類豐富的控制語句。C中的控制語句大緻可分為三類。
□選擇語句：選擇語句用于在幾個計算機控制流中選擇其一。選擇語句有兩種：if-else和switch。
□疊代語句：疊代語句用于有限次地重複執行一組語句。疊代語句有三種：while、do-while和for。
□跳轉語句：跳轉語句有四種，即break、continue、goto和return。通常，計算機控制從源代碼中前面的語句順序流到下一個語句。當你需要繞過此順序流，并讓計算機控制從一個語句跳轉到另一個語句（不一定是連續語句）時，可以使用跳轉語句。
goto語句用于跳轉到同一函數中的另一個語句。continue語句僅用于疊代語句中。break語句僅用于疊代或switch語句中。return語句用于函數中。
2.1 求1到N的整數的總和
問題
你希望開發一個以互動方式計算1到N的整數的總和的程式。
解決方案
編寫一個C程式，使用以下規格說明計算1到N的整數的總和：
□程式使用for循環執行1到N的整數的總和。for循環沒有什麼特殊的，你也可以使用while循環或do-while循環，但在這些類型的程式中，for循環是優選的。
□程式要求使用者輸入數字N（0□當計算的總和顯示在螢幕上時，程式會詢問使用者是否要計算另一個總和或退出。
代碼
以下是使用這些規格說明編寫的C程式的代碼。在文本編輯器中鍵入以下C程式并将其儲存在C:Code檔案夾下名為sum.c的檔案中：
編譯并執行此程式。此程式的一次運作結果如下所示：
工作原理
包含在LOC 16～18中的for循環執行1～N的整數的求和。在此程式中使用具有兩層嵌套的do-while循環。隻要使用者未能在指定範圍内輸入數字N，内部do-while循環就會将使用者保持在循環内。隻要使用者想要再次執行求和，外部do-while循環就會将使用者保持在循環内。内部do-while循環增加了此程式的穩健性。
除了for循環之外，還可以使用while或do-while循環來執行求和。要使用while循環執行求和，請使用以下代碼行替換LOC 16～18：
要使用do-while循環執行求和，請将LOC 16～18替換為以下代碼行：
編寫循環的終止條件時要小心。輕率地編寫循環的終止條件是bug的發源地。
■注意 bug圍繞邊界值“遊蕩”。
例如，檢視此處給出的for循環：
乍一看，你可能認為這個for循環執行100次疊代，但實際上，它隻執行99次疊代。是以，在處理邊界值時要小心。
源代碼中的錯誤是bug。發現和糾正源代碼中的錯誤的過程稱為調試（debug）。
程式設計專家能夠建立具有最少數量的可能bug的程式，并且還知道如何調試程式。編寫一個完全沒有bug的小程式是可能的，但是由數千代碼行組成的專業程式永遠不會沒有bug。
2.2 計算數字的階乘
你想要開發一個程式來計算數字的階乘。
正整數n的階乘由n!表示，它的定義如下：
n! = 1×2×…×n
這裡給出了一些數字的階乘：
0! = 1（根據定義）
1! = 1
2! = 1×2 = 2
3! = 1×2×3 = 6
編寫具有以下規格說明的C程式：
□程式使用for循環計算N的階乘。
□程式要求使用者輸入數字N（0＜N≤12）。如果使用者輸入該範圍之外的數字N，則程式要求使用者重新輸入數字。
□當計算的階乘顯示在螢幕上時，程式會詢問使用者是否想要計算另一個階乘或退出。
以下是使用這些規格說明編寫的C程式的代碼。在文本編輯器中鍵入以下C程式并将其儲存在檔案夾C:Code中，檔案名為fact.c：
LOC 16～18中包含的for循環計算數N的階乘。在此程式中使用具有兩層嵌套的do-while循環。隻要使用者未能在指定範圍内輸入數字N，内部do-while循環就會将使用者保持在循環内。隻要使用者想要再次計算階乘，外部do-while循環就會将使用者保持在循環内。内部do-while循環增加了此程式的穩健性。除了for循環之外，還可以使用while或do-while循環來計算數字N的階乘。
2.3 生成斐波那契數列
你想開發一個程式來生成斐波那契數列。
Leonardo Fibonacci（1180—1250），也被稱為比薩的萊昂納多，是一位意大利數學家。他撰寫了許多關于數學的優秀論文，如“Liber Abaci”“Practica Geometriae”“Flos”和“Liber Quadratorum”。斐波那契數列以其發明人命名并在“Liber Abaci”中提及，從0和1開始，每個連續項都是前兩個項的和。根據定義，第一項為0，第二項為1。前幾項列于此處：
第一項 根據定義 0
第二項 根據定義 1
第三項 0 + 1 = 1
第四項 1 + 1 = 2
第五項 1 + 2 = 3
第六項 2 + 3 = 5
斐波那契數列中的項也稱為斐波那契數。這裡給出了一個可以生成斐波那契數的例程的僞代碼：
□程式使用for循環計算斐波那契數。
□程式要求使用者輸入數字N（0＜N≤45）。如果使用者在此範圍之外輸入數字N，則程式會要求使用者重新輸入此數字。然後程式生成N個斐波那契數。
□當計算出的斐波那契數顯示在螢幕上時，程式會詢問使用者是否想要計算另一個斐波那契數或退出。
以下是使用這些規格說明編寫的C程式的代碼。在C檔案中鍵入以下文本（程式）并将其儲存在檔案夾C:Code下名為fibona.c的檔案中：
LOC 18～27中包含的for循環完成了大部分工作。LOC 23～26中包含的代碼計算斐波那契數。LOC 19和LOC 21中包含的代碼在螢幕上顯示計算出的斐波那契數。在此程式中使用具有兩層嵌套的do-while循環。隻要使用者未能在指定範圍内輸入數字N，内部do-while循環就會将使用者保持在循環内。隻要使用者想要再次計算斐波那契數，外部do-while循環就會将使用者保持在循環内。内部do-while循環增加了此程式的穩健性。除了for循環之外，還可以使用while或do-while循環來計算斐波那契數。斐波那契數列在植物學、電網理論、搜尋和排序中有應用。
2.4 确定給定數字是否為質數
你希望開發一個程式來确定給定的數字是否為質數。
質數是一個正整數，隻能被1和它本身整除。前幾個質數如下：2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19。除了2之外，所有質數都是奇數。你将開發一個程式來确定給定的數字是否為質數。
程式執行開始時，系統會要求你輸入2～2 000 000 000範圍内的數字。鍵入此範圍内的任何整數，程式将告訴你此數字是否為質數。另外，輸入0以終止程式。顯然，要确定數字N是否為質數，必須将它除以2～（N-1）之間的所有數字并檢查餘數。如果每個除法的餘數都不為零，則數N是質數，否則，它不是質數。但是，實際上可以将N的數字除以2～√N（N的平方根）之間的所有數字并檢查餘數。如果N不能被2～√N之間的任何數字完全整除，那麼它肯定不能被2～（N-1）之間的任何數字整除。
此處給出了一個例程，用于确定給定數字lngN是否為質數。這裡，isPrime是一個int變量，lngN、lngM和i是long int變量，lngN的值為3或更大，并且isPrime設定為1（被解釋為真）。
在此例程的LOC 2中，通過隐式類型轉換将lngN的值轉換為double類型，然後将其傳入sqrt()以計算其平方根。sqrt()傳回的結果被傳到ceil()以将其轉換為較大的最接近的整數。在隐式類型轉換後，ceil()傳回的結果将指派給lngM。
接下來，lngN将除以2到lngM之間的所有數字。如果在所有這些除法中餘數都為非零，那麼lngN是質數，否則不是。這是在LOC 3～8的for循環中完成的。實際除法在LOC 4中執行，并檢查餘數的值（是否為零）。如果餘數為零，則執行LOC 5和6。在LOC 5中，int變量isPrime的值設定為零。在LOC 6中，執行break語句以終止for循環。注意isPrime的值，結果顯示在螢幕上。如果isPrime為1（真），則lngN為質數；如果isPrime為0（假），則lngN不是質數。
□程式使用for循環檢查數字的素性。
□程式要求使用者輸入數字N（2≤N≤2 000 000 000），以确定此數字是否為質數。如果使用者輸入該範圍之外的數字N，則程式要求使用者重新輸入此數字。然後程式檢查此數字的素性。如果使用者輸入0，則程式終止。
以下是使用這些規格說明編寫的C程式的代碼。在C檔案中鍵入以下文本（程式）并将其儲存在檔案夾C:Code中，檔案名為prime.c：
LOC 25～30中包含的for循環完成了檢查數字的素性的大部分工作。LOC 31～34中的代碼顯示結果。在此程式中使用具有兩層嵌套的do-while循環。隻要使用者未能在指定範圍内輸入數字N，内部do-while循環就會将使用者保持在循環内。隻要使用者想要檢查新數字的素性，外部do-while循環就會将使用者保持在循環内。内部do-while循環增加了此程式的穩健性。請注意LOC 35，此處摘錄以供你快速參考：
這似乎是一個無限循環，因為括号中沒有比較語句。但是，在LOC 18中提供了終止循環的規定，這裡也摘錄以供你快速參考：
當lngN的值為零時，此循環的執行将成功終止。
庫函數ceil()和sqrt()在LOC 24中使用，這裡也摘錄以供你快速參考：
庫函數ceil()和sqrt()是數學函數，這就是通過LOC 2将頭檔案math.h包含在這個程式中的原因。術語sqrt代表“平方根”，術語ceil代表“上取整”，這反過來意味着上限。以下是使用庫函數sqrt()的語句的通用文法：
這裡，dblY是一個表達式，其計算結果為double類型的常量，而dblX是double類型的變量。函數sqrt()計算dblY的平方根并傳回結果，該結果指派給變量dblX。
函數ceil()将double值（作為參數傳遞）轉換為較大的最接近的整數值并傳回結果。以下是使用函數ceil()的語句的通用文法：
這裡，dblY是一個表達式，其計算結果為double類型的常量，而dblX是一個double變量。
2.5 計算正弦函數
你想使用無窮級數展開計算角度x的正弦值。
這裡給出了無窮級數展開的公式：
sin x = x - x3 / 3! + x5 / 5! - x7 / 7! + …
這裡，x是以弧度表示的角度，它的取值範圍為-1≤x≤1。可以看到連續項的值持續迅速減小。是以，僅包括前十項就足夠了。如果x的值為1，則第十項的貢獻約為2E-20，而第40項的貢獻約為1.7E-121。
□程式使用for循環計算角度x的正弦值。
□程式要求使用者輸入角度x（-1≤x≤1）。如果使用者在此範圍之外輸入角度x，則程式會要求使用者重新輸入。
□當螢幕上顯示角度x的正弦值時，程式會詢問使用者是否要計算另一個角度的正弦值或退出。
以下是使用這些規格說明編寫的C程式的代碼。在C檔案中鍵入以下文本（程式）并将其儲存在檔案夾C:Code中，檔案名為sine.c：
LOC 19～23中包含的for循環計算角度x的正弦值。LOC 24中的代碼顯示結果。在此程式中使用具有兩層嵌套的do-while循環。隻要使用者未能在指定範圍内輸入角度x，内部do-while循環就會将使用者保持在循環内。隻要使用者想要計算另一個角度的正弦值，外部do-while循環就會将使用者保持在循環内。内部do-while循環增加了此程式的穩健性。
2.6 計算餘弦函數
你想使用無窮級數展開計算角度x的餘弦值。
cos x = 1 - x2 / 2! + x4 / 4! - x6 / 6! + …
這裡，x是弧度，它的取值範圍為-1≤x≤1。可以看到連續項的值持續迅速減小。是以，僅包括前十項就足夠了，如前面所讨論的那樣。
□程式使用for循環計算角度x的餘弦值。
□當螢幕上顯示角度x的餘弦值時，程式會詢問使用者是否要計算另一個角度的餘弦值或退出。
以下是使用這些規格說明編寫的C程式的代碼。但是，這次使用的編碼算法與前面相比略有不同。在C檔案中鍵入以下文本（程式）并将其儲存在檔案夾C:Code中，檔案名為cosine.c：
兩層嵌套的for循環用于計算角度x的餘弦值。LOC 30顯示結果。在此程式中使用具有兩層嵌套的do-while循環。隻要使用者未能在指定範圍内輸入角度x，内部do-while循環就會将使用者保持在循環内。隻要使用者想要計算另一個角度的餘弦，外部do-while循環就會将使用者保持在循環内。内部do-while循環增加了此程式的穩健性。
2.7 計算二次方程的根
你想要計算二次方程的根。
你想要計算二次方程ax2 + bx + c = 0的根。這些根由以下公式給出：
(-b + √b2 - 4ac)/2a 和 (- b - √b2 - 4ac)/2a
根據a、b和c的值，根可能是實數或虛數。
□程式要求使用者輸入a、b和c的值，可以是整數或浮點數。
□程式使用前面給出的公式計算根并在螢幕上顯示結果。
□當在螢幕上顯示二次方程的根時，程式會詢問使用者是否想要計算另一個二次方程的根或退出。
以下是使用這些規格說明編寫的C程式的代碼。在C檔案中鍵入以下文本（程式）并将其儲存在檔案夾C:Code中，檔案名為roots.c：
執行簡單的數學運算以計算二次方程的根。取決于系數a、b和c的值，根可能是實數或虛數。是以，我們規定要測試根是實的還是虛的。隻要使用者想要計算另一個二次方程的根，do-while循環就會将使用者保持在循環内。
2.8 計算整數的反轉數
你想要計算整數的反轉數。
例如，如果給定的整數是12345，那麼它的反轉數是54321。
□程式要求使用者輸入整數N（0＜N≤30 000）。如果使用者輸入該範圍之外的整數N，則程式要求使用者重新輸入整數。
□程式計算整數的反轉數并在螢幕上顯示結果。
□然後程式詢問使用者是否想要計算另一個整數的反轉數或退出。
以下是使用這些規格說明編寫的C程式的代碼。在C檔案中鍵入以下文本（程式）并将其儲存在檔案夾C:Code中，檔案名為reverse.c：
執行簡單的數學運算以計算整數的反轉數。在此程式中使用具有兩層嵌套的do-while循環。隻要使用者輸入的不是在指定範圍内的整數N，内部do-while循環就會将使用者保持在循環内。隻要使用者還想要計算另一個整數的反轉數，外部do-while循環就會将使用者保持在循環内。内部do-while循環增加了此程式的穩健性。
2.9 使用嵌套循環列印幾何圖案
你希望使用嵌套循環（而不是使用5個printf()語句）在螢幕上生成和列印以下幾何圖案：
這個圖案的秩是5，即它由5行組成。你希望生成從1到9的任何秩的圖案。
可以使用兩層嵌套的for循環以程式設計方式列印此圖案。編寫具有以下規格說明的C程式：
□程式要求使用者輸入圖案的秩（1≤N≤9）。如果使用者輸入該範圍之外的N，則程式要求使用者重新輸入N。
□程式使用兩層嵌套的for循環列印所需的圖案。但是，此程式中将有4個for循環。
□然後程式詢問使用者是否要列印其他圖案或退出。
以下是使用這些規格說明編寫的C程式的代碼。在C檔案中鍵入以下文本（程式）并将其儲存在檔案夾C:Code中，檔案名為pattern.c：
for循環的正确組合生成所需的圖案。在此程式中使用具有兩層嵌套的do-while循環。隻要使用者輸入的不是在指定範圍内的整數N，内部do-while循環就會将使用者保持在循環内。隻要使用者還想要生成不同秩的另一個圖案，外部do-while循環就會将使用者保持在循環内。内部do-while循環增加了此程式的穩健性。
2.10 生成終值利息系數表
你希望生成一個終值利息系數表（FVIF）并将其列印在螢幕上。
可以使用兩層嵌套的for循環以程式設計方式生成和列印此表。編寫具有以下規格說明的C程式：
□此程式生成FVIF表，利率從1％到6％不等，期限從1年到10年不等。
□FVIF值應精确到小數點後三位。
以下是使用這些規格說明編寫的C程式的代碼。在C檔案中鍵入以下文本（程式）并将其儲存在檔案夾C:Code中，檔案名為interest.c：
FVIF表可用于計算貨币的未來價值。n年後本金額（Po）的未來價值（FVn）（每年的利率為i%）由下列公式給出：
這裡，
假設本金額為200美元，利率為每年6%，期限為8年，從上表中可以看出相應的FVIF是1.594（第8行最後一列）。該金額的未來價值如下：
在此程式中，LOC 1和2由include語句組成。LOC 3和4由define語句組成。LOC 5～29包含main()函數的定義。在LOC 7和8中，聲明了一些變量。LOC 9～11由三個printf()語句組成，這些語句列印有關FVIF表的資訊。LOC 12～17列印FVIF表的标題。LOC 18～25由嵌套的for循環組成，在這些嵌套循環中計算并列印FVIF表。LOC 26列印FVIF表的底線。