C语言零基础学习笔记11——分支和循环（五）

本节大纲

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一、if 语句

二、关系操作符

三、条件操作符

四、逻辑操作符：&&、||、！

五、switch语句

六、while循环

七、for循环

八、do-while循环

九、break和continue语句

十、循环的嵌套

十一、goto语句

十二、实际应用——猜数字游戏

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 十、循环的嵌套

        在上面我们学习了while循环、do while循环以及for循环三种循环语句，但是在我们解决问题时，往往将三种循环嵌套在一起才能有更好的效果，而这就叫做循环嵌套。下面我们由一个实例来体会循环嵌套，实现“找出100到200之间的素数，并打印在屏幕上，同时换行打印出具体的个数”（素数就是质数，只能被1和本身整除的数字）这个功能，实现代码如下：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 0;
	int count = 0;
	//循环产生100至200的数字
	for (i = 100; i <= 200; i++)
	{
		//判断i是否为素数，如果是素数，就打印，否则跳过
		//循环产生2至i-1之间的数字，如果所有素数都不能整除i，那么i就是素数
		int j = 0;
		int flag = 1;//假设i是素数
		for (j = 2; j < i; j++)
		{
			if (i % j == 0)
			{
				flag = 0;
				break;
			}
		}
		if (flag == 1)
			printf("%d ", i);
			count++;
	}
	return 0;
}

        这段代码的编写逻辑是：

1、要从100~200之间找出素数，首先得有100~200之间的数，这里可以使用循环解决。

2、假设要判断i是否为素数，需要拿2~i-1之间的数字去试除i，需要产生2~i-1之间的数字，也可以使用循环解决。

3、如果2~i-1之间有数字能整除i，则i不是素数，如果都不能整除，则i是素数。

        其实完成这个功能还有其他的代码可能，答案并不唯一，上面是一种比较好的解决方案，下面我再给出另一种解决方法，也可以实现这个功能：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int num = 0;
	int i = 0;
	int count = 0;
	for (num = 100; num <= 200; ++num)
	{
		for (i = 2; i < num; i++)
		{
			if (0 == num % i)
				break;
			while (i == num - 1)
				if (0 != num % i)
				{
					printf("%d ", num);
					i += 1;
					count += 1;
				}
		}
	}
	printf("\n总共有%d个", count);
	return 0;
}

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十一、goto语句

        C语言提供了一种非常特别的语法，就是 goto 语句和跳转标号， goto 语句可以实现在同一个函数内跳转到设置好的标号处，比如我们来看下面这段代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
	printf("hehe\n");
	goto next;
	printf("haha\n");	
 
next:
	printf("跳过了haha的打印\n");
	return 0;
}

        这段代码的运行结果为：

        goto 语句如果使用的不当，就会导致在函数内部随意乱跳转，打乱程序的执行流程，所以我们的建议是能不用尽量不去使用；但是 goto 语句也不是一无是处，在多层循环的代码中，如果想快速跳出，使用 goto 语句就非常的方便了，比如在我们面对下面这样的结构的时候： 

for (...)
{
	for (...)
	{
		for (...)
		{
			if (disaster)
				goto error;
		}
	}
}
error:
	...

         本来 for 循环想提前退出得使用break ，一个 break 只能跳出一层 for 循环，如果3层循环嵌套就得使用3个 break 才能跳出循环，所以在这种情况下我们使用 goto 语句就会更加的快捷。

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十二、实际应用——猜数字游戏

        掌握了前面学习的这些知识，我们就可以写一些比较实用有趣的代码了，现在我们就来编写一个“猜数字游戏”，游戏要求为：

1、电脑自动生成1~100的随机数

2、玩家猜数字，猜数字的过程中，根据猜测数据的大小给出大了或小了的反馈，直到猜对，游戏结束。

（一）、随机数生成

        我们想要实现这个猜数字游戏，首先就要产生一个随机数，那么实现生成随机数的方法是什么呢？

1、rand 函数 

C语言提供了一个函数叫 rand，这函数是可以生成随机数的，函数原型如下：

int rand(void);

        rand函数会返回一个伪随机数，这个随机数的范围是在0~RAND_MAX之间，这个RAND_MAX的大小是依赖编译器上实现的，但是大部分编译器上RAND_MAX的值都是32767。

        rand函数的使用需要包含一个头文件是：stdlib.h

        那我们就来测试一下rand函数，这里多调用几次，产生5个随机数：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main()
{
	printf("%d\n", rand());
	printf("%d\n", rand());
	printf("%d\n", rand());
	printf("%d\n", rand());
	printf("%d\n", rand());
	return 0;
}

        当我们多次运行这段代码可以看到虽然一次运行中产生的5个数字是相对随机的，但是下一次运行程序生成的结果和上一次一模一样，这就说明我们在使用这个函数时候是有问题的。

        如果再深入了解一下，我们就不难发现，其实rand函数生成的随机数是伪随机的，伪随机数不是真正的随机数，是通过某种算法生成的随机数。真正的随机数的是无法预测下一个值是多少的。而rand函数是对一个叫“种子”的基准值进行运算生成的随机数。

        之所以前面每次运行程序产生的随机数序列是一样的，那是因为rand函数生成随机数的默认种子是1。

        如果我们想要要生成不同的随机数，就要让种子是变化的。

2、srand 函数 

        C语言中又提供了一个函数叫 srand，用来初始化随机数的生成器的，srand的原型如下：

void srand(unsigned int seed);

        程序中在调用 rand 函数之前先调用 srand 函数，通过 srand 函数的参数seed来设置rand函数生成随机数的时候的种子，只要种子在变化，每次生成的随机数序列也就变化起来了。

        那也就是说给srand的种子如果是随机的，rand就能生成随机数；在生成随机数的时候又需要一个随机数，但是这就矛盾。

3、time 函数

        在程序中我们一般是使用程序运行的时间作为种子的，因为时间时刻在发生变化的。

        在C语言中有一个函数叫 time ，就可以获得这个时间，time函数原型如下：

time_t time(time_t* timer);

        time 函数会返回当前的日历时间，其实返回的是1970年1月1日0时0分0秒到现在程序运行时间之间的差值，单位是秒。返回的类型是time_t类型的，time_t 类型本质上其实就是32位或者64位的整型类型。

        time函数的参数 timer 如果是非NULL的指针的话，函数也会将这个返回的差值放在timer指向的内存中带回去。

        如果 timer 是NULL，就只返回这个时间的差值。time函数返回的这个时间差也被叫做：时间戳。

        在使用 time函数的时候需要包含头文件：time.h

        当然目前我们还并没有学习指针的使用，所以大家不需要过分纠结于 time 函数的具体使用方式，在我们使用的时候，只需要返回时间戳就可以了，实现代码如下：

time(NULL);//调用time函数返回时间戳，这里没有接收返回值

        所以我们可以将生成随机数的代码修改如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main()
{
//使用time函数的返回值设置种子
//因为srand的参数是unsigned int类型，我们将time函数的返回值强制类型转换
	srand((unsigned int)time(NULL));
	printf("%d\n", rand());
	printf("%d\n", rand());
	printf("%d\n", rand());
	printf("%d\n", rand());
	printf("%d\n", rand());
	return 0;
}

        这段代码就可以实现随机生成不同的随机数了，另外我们要注意的一点是，srand函数是不需要频繁使用的，一次运行的程序中调用一次就足够了。

4、设置随机数的范围

        如果我们要生成0至99之间的随机数，方法如下：

rand() % 100;		//余数的范围是0至99

        如果我们要生成1至100之间的随机数，方法如下：

rand() % 100 + 1;		//%100的余数是0至99,0至99的数字+1,范围是1至100

        如果我们要生成100至200之间的随机数，方法如下：

100 + rand() % (200 - 100 + 1)		//余数的范围是0至100，加100后就是100至200

        根据上面的内容，我们可以总结出这样一个公式，及当我们想要生成100至200的随机数时，可以使用这样的公式：

a + rand() % (b - a + 1)

（二）、猜数字游戏实现

        了解了生成随机数字的逻辑之后，实现这段代码就简单多了，当然实现这个功能需要使用到函数的相关知识，同时这个功能对C语言初学者来讲还是较为困难的，所以大家可以暂时以理解实现这个功能的代码为目标，代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
void menu()		//返回类型为void
{
	printf("**********************************************\n");
	printf("**********************************************\n");
	printf("**********************************************\n");
	printf("************  1  play（开始游戏） ************\n");
	printf("************  2  exit（退出游戏） ************\n");
	printf("**********************************************\n");
	printf("**********************************************\n");
	printf("**********************************************\n");
}
void game()		//返回类型为void —— 不需要返回
{
	srand((unsigned int)time(NULL));
	int r = rand() % 100 + 1;
	int guess = 0;
	while (1)		//这是一个死循环,除非使用break跳出
		{
		printf("请猜一个0至100之间的整数>:");
		scanf("%d", &guess);
		if (guess < r)
		{
			printf("您猜小了，请重新输入\n");
		}
		else if (guess > r)
		{
			printf("您猜大了，请重新输入\n");
		}
		else
		{
			printf("恭喜你，猜对了\n");
			printf("\n");
			break;
		}
		}
}
int main()
{
	int input = 0;
	do
	{
		menu();
		printf("\n请选择:>>");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			game();
			break;
		case 2:
			printf("您选择了退出游戏，游戏结束\n");
			break;
		default:
			printf("输入错误，请从0和1之间选择\n");
			break;
		}
	}
	while (2 != input);
	return 0;
}

        当然这段代码值得改进的地方还有很多，比如说我可以加入一个猜数字次数的限制，如果6次猜不出来，就算挑战失败，添加功能后的代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
void menu()		//返回类型为void
{
	printf("**********************************************\n");
	printf("**********************************************\n");
	printf("**********************************************\n");
	printf("************  1  play（开始游戏） ************\n");
	printf("************  2  exit（退出游戏） ************\n");
	printf("**********************************************\n");
	printf("**********************************************\n");
	printf("**********************************************\n");
}
void game()		//返回类型为void —— 不需要返回
{
	srand((unsigned int)time(NULL));
	int r = rand() % 100 + 1;
	int guess = 0;
	int count = 6;
	while (count != 0)
	{
		printf("你还有%d次机会\n", count);
		printf("请猜一个0至100之间的整数>:");
		scanf("%d", &guess);
		if (guess < r)
		{
			printf("您猜小了，请重新输入\n");
		}
		else if (guess > r)
		{
			printf("您猜大了，请重新输入\n");
		}
		else
		{
			printf("恭喜你，猜对了\n");
			printf("\n");
			break;
		}
		count -= 1;
	}
	if (count == 0)
	{
		printf("很遗憾，六次机会使用完了，挑战失败！\n");
		printf("答案是%d", r);
		printf("\n");
	}
}
int main()
{
	int input = 0;
	do
	{
		menu();
		printf("\n请选择:>>");
		scanf("%d", &input);
		switch (input)
		{
		case 1:
			game();
			break;
		case 2:
			printf("您选择了退出游戏，游戏结束\n");
			break;
		default:
			printf("输入错误，请从0和1之间选择\n");
			break;
		}
	} while (2 != input);
	return 0;
}