C语言深度解剖：第一章关键字(五) - 实践

目录

• 一.switch与case关键字
• • 1.基本语法结构
  • 2.case的作用
  • 3.break与continue的作用
  • 4.case注意事项
  • 5.default关键字
  • 6.底层原理
  • 7.与if else的核心区别
  • 8.跳转表的拓展内容
• 二.do-while while for循环
• • 1.三种循环各自语法
  • 2.break与continue区别
  • • (1)break：直接终止整个循环(所有循环通用)
    • (2)continue：跳过本次循环剩余部分，进入下一次循环
  • 3.循环语句的注意事项
• 三.goto语句
• • 1.核心语法与底层逻辑
  • 2.适用场景
  • 3.禁忌与风险
  • 4.核心总结
• 四.void关键字

一.switch与case关键字

switch case语句是C语言中多分支整型常量判断语句，核心优势是通过跳转表实现快速跳转，比多层if语句更加简洁高效，专门为单个变量匹配多个固定的整形常量场景设计。

1.基本语法结构

以下是switch选择结构的基本语法结构

switch (整形表达式)
//表达式必须是char/short/int/long(含无符号类型)、枚举类型
{
case var1:
//var为整形常量，常量必须是编译期确定的整形值(字面量、宏定义、枚举常量)
break;//可选，终止分支，跳出整个switch语句
case var2:
break;
default://可选，所有case语句不匹配时执行。
break;//放最后可以不需要break，执行完自动退出。
}

语法规则：

1. 表达式支持的类型，仅仅支持整形相关的类型。例如：char short int long longlong(含无符号版本)。枚举类型(本质上是整形类型的映射)。禁用类型：float和double精度无法精准匹配，字符串(C语言无String类型，char[]不能直接作为表达式)，指针(语法允许，但是实际运用毫无作用)。
2. case的三个要求：(1)必须是整形常量表达式，字面量、宏定义、枚举常量不能是变量。(2)常量值不可重复，多个case不能有相同的值，编译会直接报错。(3)多个case有穿透特性，可以利用这个特性写出特别的代码。
3. default的三个细节：(1)可选择加不加。但是推荐加。处理无效输入，提升代码的健壮性。(2)位置灵活，可以放在switch的任何位置，但是一般放在switch语句的最后位置。(不在最后位置时，需要加上break关键字防止case穿透)。

进阶用法和实践代码：
1.case的合理穿透

while (1)
{
scanf("%d",&day);
switch (day)
{
case 1:
case 2:
case 3:
case 4:
case 5:
printf("周内");
break;
case 6:
case 7:
printf("周末");
break;
default:
printf("输入错误");
}
}

上述代码的具体解释：根据输入值的不同，进行匹配对应的星期，进而进行打印。因为case的穿透特性(前5个case没有加break，导致只要输入1-5时，就会输出1-5条件对应的周内。反之输出周末)

2.枚举+switch语句

enum Weekday
{
MON=1, TUE, WED, THU, FRI, SAT, SUN
};
// 枚举默认自增
int main()
{
enum Weekday day = WED;
switch (day)
{
case MON:
case TUE:
case WED:
case THU:
case FRI:
printf("周内\n");
break;
case SAT:
case SUN:
printf("周末\n");
break;
}
return 0;
}

上述代码的具体解释：合理运用枚举类型，提高代码的可读性。

2.case的作用

在上述语法结构的学习中，我们了解了关键字switch与case的相关语法，下面我们来学习case的作用。
case的作用是匹配switch表达式的值，当值匹配时，执行case语句后的值，直到遇到break终止执行。

3.break与continue的作用

break在switch语句中，可以跳过整个代码块。在循环中，能跳过整个循环。
continue在循环语句中，可以跳过本次循环，直接进入下一次循环迭代，不终止整个循环。

4.case注意事项

1. 必须搭配switch使用：case是switch语句的分支标签，不能单独存在，且switch后需跟表达式。
2. 记得加上break或者return：case执行完后需要用break终止分支，否则会穿透到下一个case语句。(除非刻意为之)
3. case后跟的是常量表达式：值必须是字面量，不能是变量、只读变量或动态计算值。
4. default可选但建议加：当所有的case都不匹配时执行，通常放在最后(位置没有限制)，用于处理异常情况。

5.default关键字

1. 可以放在switch语句的任意位置(不一定放在最后)，但是放最后时不需要加上break。
2. 可选择是否加上default关键字，但是推荐加。用于处理异常或者未预料的输入，让代码更加健壮。
3. 不依赖case数量，哪怕有多个case，只要无匹配项，就会执行default后的语句。

6.底层原理

编译器会将所有的case常量按照升序整理成跳转表(本质是数组，索引等于常量值，元素等于代码地址)。
先计算switch表达式的值，自动转换为int类型，通过跳转表直接定位到对应的case语句，不需要逐个进行判断。
如果case后面没有break return或goto，会出现穿透现象，执行下一个case继续执行。

7.与if else的核心区别

语法结构	switch-case语句	if-else语句
适用场景	单个变量匹配(整形常量)	范围判断(动态条件)
执行效率	高(跳转表直接定位)	低(分支越多越慢)
可读性	分支多有优势(简洁)	分之少时有优势(灵活)

核心结论：整形常量多分之用switch，范围条件判断用if语句。

8.跳转表的拓展内容

跳转表是存储函数入口地址或代码标签地址的连续数组。核心是通过索引直接映射目标地址，实现O(1)效率的跳转，替代多分之判断，底层靠内存地址计算+间接跳转指令提速。
简单来说就是用数组做地址目录，索引对应目标编号，不用逐个比较条件，直接按照编号找到要执行的代码地址，分支越多效率越明显。
跳转表的底层本质：是一块连续的内存空间(数组)，存储的事函数入口地址或代码段标签的地址。核心是靠索引地址的直接映射，绕开多分之判断的比较逻辑，本质是用空间换取时间，底层执行完全依赖CPU的地址访问和跳转指令。

对比准度	switch语句	跳转表
本质	高级语言语法结构，用于多分支判断	底层数据结构(数组)，存储地址实现直接跳转
底层实现	分支连续时编译器优化为跳转表O(1)，稀疏时退化为if-else链	强制O(1)效率，手动控制地址映射，不受编译器影响
适用场景	简单值匹配。分支逻辑简短	分支数量多，逻辑复杂，或需手动控制跳转逻辑。
灵活性	只能匹配特定制逻辑嵌套受限	可动态修改数组元素，支持跨模块函数映射
底层开销	编译器自动处理地址计算。无需手动管理	需手动维护数组，检查索引合法性，底层可控性强

简单来说switch是省心的语法糖，编译器会帮你确定是否用跳转表。跳转表是手动优化工具，直接掌控底层跳转逻辑，适合追求极致效率或者复杂分支的场景。

二.do-while while for循环

上述是对C语言选择结构switch的讲解，下面来讲解一下循环结构。

1.三种循环各自语法

//while循环
条件初始化
while (条件判定)
{
//业务更新
//条件更新
}
//for循环
for (条件初始化;条件判定;条件更新)
{
//业务代码
}
//do while循环
条件初始化
do
{
//业务代码
//条件更新
}
while(条件判定)

2.break与continue区别

(1)break：直接终止整个循环(所有循环通用)

作用：立即跳过当前所在的循环体(整个循环)，执行循环后面的代码，循环不再继续。
for循环：触发break后，直接跳过更新表达式和后续判断，终止整个循环。
while循环：触发break后，直接终止循环，不再执行条件判断和循环体剩余部分。
do-while循环：触发break后，直接终止循环，跳过后续的条件判断。

(2)continue：跳过本次循环剩余部分，进入下一次循环

作用是：跳过循环体中continue之后的代码，直接进入下一次循环的条件判断(for循环特殊)。
for循环：触发continue后，跳过循环体剩余代码，执行更新表达式，再判断条件。
while循环：触发continue后，跳过循环体剩余代码，直接判断条件，需要手动在continue前更新变量，否则会陷入死循环。
do-while循环：触发continue后，跳过循环体剩余代码，执行条件判断(满足则礼物循环，同样需要手动提前更新变量)

3.循环语句的注意事项

1. 避免死循环：for循环确保条件会终止，while或者do while循环需要再在循环内修改判断变量。
2. 循环变量初始化：for循环变量初始化不应该遗忘，while循环前应确保判断变量有有效值。
3. 循环体执行逻辑：单个语句也建议加上大括号，避免后续扩展代码出错。
4. break或continue谨慎使用，明确跳出循环的范围，嵌套循环避免使用该关键字，有可能会导致逻辑混乱。
5. 注意边界值，处理数组、集合或循环条件时，别超出索引范围。

三.goto语句

C语言goto语句是无条件跳转的直接通道，核心作用是跳过中间代码，直接跳转到同一函数内的指定标签处，底层依赖CPU的跳转指令，无任何条件判断，灵活但风险较高。

1.核心语法与底层逻辑

用法：goto标签名(执行后立刻跳转到对应标签，执行标签后的代码)
底层本质：标签本质是代码段中某条指令的内存地址，goto语句编译后会产生标签地址的指令，直接跳转到目标地址，跳过中间所有代码的执行。

2.适用场景

1. 跳出多层循环：无需逐层用break，直接跳出所有的嵌套循环。比多层break更加简洁。
2. 统一错误处理：函数内多个分支出错时，跳转到同一清理标签(释放内存，关闭文件)，避免重复代码。
3. 简化复杂条件跳转：替代多层嵌套if-else让代码流程更加清晰。

3.禁忌与风险

1. 跨函数跳转：严禁跳转到其他函数的标签(底层是访问非法代码段，触发段错误)
2. 跳过变量初始化：不能跳转到未初始化变量的使用处(底层导致变量值不确定，程序行为异常)
3. 滥用导致代码混乱：频繁跳转形成可读性和维护性差的代码
4. 跳过资源分配和释放：错误使用goto语句，导致没有进行资源分配和空间释放，进而出现代码错误。

4.核心总结

goto语句的核心是无条件、跨段跳转。优势是跳转直接高效、劣势是破坏代码结构化流程、但是能不用则不用，用就应该有万全的把握。

四.void关键字

void本质上是无类型，核心作用是限制数据或函数的类型关联性，底层靠编译器语法检查和内存分配规则实现，具体用法集中在三个场景：

1. 函数返回值：表示无返回值。
   核心作用：明确函数执行后不返回任何数据，调用者不能接收返回值。
   底层逻辑：编译器不会为函数生成返回值传递指令，函数执行完直接返回，无需额外的内存开销。
2. 函数参数：表示无参数。
   核心作用：明确函数不接收任何参数，避免调用时，传入多余参数导致语法错误。
3. 指针类型：万能指针。
   核心作用：可以指任意类型的数据，是唯一能直接接收其他类型指针的指针类型。
   底层逻辑：void仅存储内存地址但没类型信息，编译器无法确定引用后的内存长度。