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3. for 语句

前两节我们在 whiledo/while 循环中使用循环变量,其实使用循环变量最见的是 for 循环这种形式。 for 语句的语法是:

for (控制表达式 1; 控制表达式 2; 控制表达式 3) 语句

如果不考虑循环体中包含 continue 语句的情况(稍后介绍 continue 语句),这个 for 循环等价于下面的 while 循环:

控制表达式 1;
while (控制表达式 2) {
	语句
	控制表达式 3;
}

从这种等价形式来看,控制表达式 1 和 3 都可以为空,但控制表达式 2 是必不可少的,例如 for (;1;) {...} 等价于 while (1) {...} 死循环。C 语言规定,如果控制表达式 2 为空,则认为控制表达式 2 的值为真,因此死循环也可以写成 for (;;) {...}

上一节 do/while 循环的例子可以改写成 for 循环:

int factorial(int n)
{
	int result = 1;
	int i;
	for(i = 1; i <= n; ++i)
		result = result * i;
	return result;
}

其中 ++i 这个表达式相当于 i = i + 1 1,++称为前缀自增运算符(Prefix Increment Operator),类似地,–称为前缀自减运算符(Prefix Decrement Operator)2--i 相当于 i = i - 1 。如果把 ++i 这个表达式看作一个函数调用,除了传入一个参数返回一个值(等于参数值加 1)之外,还产生一个 Side Effect,就是把变量 i 的值增加了 1。

++ -- 运算符也可以用在变量后面,例如i++ i-- ,为了和前缀运算符区别,这两个运算符称为后缀自增运算符(Postfix Increment Operator)和后缀自减运算符(Postfix Decrement Operator)。如果把i++ 这个表达式看作一个函数调用,传入一个参数返回一个值,返回值就等于参数值(而不是参数值加 1),此外也产生一个 Side Effect,就是把变量i 的值增加了 1,它和++i 的区别就在于返回值不同。同理,--i 返回减 1 之后的值,而i-- 返回减 1 之前的值,但这两个表达式都产生同样的 Side Effect,就是把变量i 的值减了 1。

使用++、–运算符会使程序更加简洁,但也会影响程序的可读性,[K&R]中的示例代码大量运用++、–和其它表达式的组合使得代码非常简洁。为了让初学者循序渐进,在接下来的几章中++、–运算符总是单独组成一个表达式而不跟其它表达式组合,从第 11 章 排序与查找开始将采用[K&R]的简洁风格。

我们看一个有意思的问题: a+++++b 这个表达式如何理解?应该理解成 a++ ++ +b 还是 a++ + ++b ,还是 a + ++ ++b 呢?应该按第一种方式理解。编译的过程分为词法解析和语法解析两个阶段,在词法解析阶段,编译器总是从前到后找最长的合法 Token。把这个表达式从前到后解析,变量名 a 是一个 Token, a 后面有两个以上的+号,在 C 语言中一个+号是合法的 Token(可以是加法运算符或正号),两个+号也是合法的 Token(可以是自增运算符),根据最长匹配原则,编译器绝不会止步于一个+号,而一定会把两个+号当作一个 Token。再往后解析仍然有两个以上的+号,所以又是一个++运算符。再往后解析只剩一个+号了,是加法运算符。再往后解析是变量名 b 。词法解析之后进入下一阶段语法解析, a 是一个表达式,表达式++还是表达式,表达式再++还是表达式,表达式再+b 还是表达式,语法上没有问题。最后编译器会做一些基本的语义分析,这时就有问题了,++运算符要求操作数能做左值, a 能做左值所以 a++ 没问题,但表达式 a++ 的值只能做右值,不能再++了,所以最终编译器会报错。

C99 规定了一种新的 for 循环语法,在控制表达式 1 的位置可以有变量定义。例如上例的循环变量 i 可以只在 for 循环中定义:

int factorial(int n)
{
	int result = 1;
	for(int i = 1; i <= n; i++)
		result = result * i;
	return result;
}

如果这样定义,那么变量 i 只是 for 循环中的局部变量而不是整个函数的局部变量,相当于第 1 节 “if 语句”讲过的语句块中的局部变量,在循环结束后就不能再使用 i 这个变量了。这个程序用 gcc 编译要加上选项 -std=c99 。这种语法也是从 C++借鉴的,考虑到兼容性不建议使用这种写法。


  1. 这两种写法在语义上稍有区别,详见。

  2. increment 和 decrement 这两个词很有意思,大多数字典都说它们是名词,但经常被当成动词用,在计算机术语中,它们当动词用应该理解为 increase by one 和 decrease by one。现代英语中很多原本是名词的都被当成动词用,字典都跟不上时代了,再比如 transition 也是如此。