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大家好，我是张飞实战电子张角老师！
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。
循环控制变量初始化；
while（循环终止条件）{
循环体；
循环控制变量增量；
}
while循环的执行步骤可以描述为如下的样子。
第一在while之前，先执行循环控制变量的初始化；第二，判断循环终止条件是否成立，如果成立那么就跳出循环，如果不成立就进入第三步；第三步，执行循环体；第四步，执行循环控制变量增量，然后进入第二步。
do/while的代码格式是什么样子呢？
循环控制变量初始化；
do{
循环体；
循环控制变量增量；
}while（循环终止条件）
while循环的执行步骤可以描述为如下的样子。第一，在do（也就是执行）之前，先执行循环控制变量的初始化；第二，先执行一次循环体和循环控制变量的增量；第三步，判断循环终止条件是否成立，如果成立那么就跳出循环，如果不成立就进入第二步；
我们来看一下呀，while和do/while主要的区别，一个是先判断再执行，一个是先执行再判断，那么也就是说do/while这个关键字组合中，函数体至少执行一次。但是这并不影响while和do/while之间的转化呀，同样的功能绝大多数情况下，可以用while也可以使用do/while来实现。那么有没有必须要用do/while的时候呢？答案是有的，在linux编程中，do/while常用的一个方式是do while（0）。
比如，我需要定义一个宏：
#define SAFE_FREE(p) do{free(p); p=NULL} while(0)
假设这里去掉do{....} while(0)，及定义为：
#define SAFE_FREE(p) free(p); p=NULL；
那么以下代码：
If(NULL!=p)
SAFE_FREE(p)
else
.......
会被展开成如下的有仇
If(NULL!=p)
free(p); p=NULL；
else
.......
展开之后，存在两个问题。因为if分支后面有两个语句，会导致else分支没有对应的if，编译失败。即使假设没有else分支，SAFE_FREE中的第二句，无论if测试是否通过，这个都会被执行。那么如何解决上述问题呢？有人说给SAFE_FREE的定义加上{}就可以了，比如如下的样子：
#define SAFE_FREE(p) { free(p); p=NULL; }
代码展开如下：
If(NULL!=p)
{ free(p); p=NULL; }；
else
.......
这样问题又来了，else 没有对应的if了，编译还是会失败。但是使用了do while（0）则可以完美解决上述问题。代码展开如下，
If(NULL!=p)
do { free(p); p=NULL; } while(0)；
else
.......
所以，do while(0)的使用是为了保证宏定义的使用者能无编译错误的使用宏。
下面我们讨论一下，为什么C语言有了for，还需要while呢？除了上面的do while（0）的必要性之外，好像还真得没有确切的其他原因。比如在golang编译其中，就只有for，没有while了；再比如，java的源代码里面，就是有一堆的for（；；），据说可以提高性能。所以更大程度上讲，C语言只是为了，兼容程序员的编码习惯，保留了while这个关键字而已。
一些更现代的语言还加入了foreach、for in这种专门遍历集合的语法糖，也有python、ruby这种直接抛弃了C语言三段式for，只保留了for in，而把非遍历型的循环统统放到while循环里面的做法。
我们这次关于程序基本结构的探讨就先到这里。
参考资料：
① 基础学习C语言第四章：三种基本结构 https://zhuanlan.zhihu.com/p/97629275
② Linux - switch/case与if/else if/else的效率比较
http://blog.sina.com.cn/s/blog_5acb430f0100ael9.html
https://www.cnblogs.com/anlia/p/11685639.html
④ 深度理解do{} while(0)
https://blog.csdn.net/weibo1230123/article/details/81904498
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