【第六章·循环控制结构】第五节：流程的转移控制

#include <stdio.h>int main(void)
{int i, n; // 声明循环计数器 i 和用于存储用户输入的整数 n// 使用 for 循环来尝试读取用户输入的 5 个正整数for (i = 1; i <= 5; i++){printf("Please enter n: ");scanf("%d", &n);// 如果输入的整数是负数，则跳转到 END 标签处执行代码if (n < 0)goto END;// 如果输入的整数是非负数，则打印出来printf("n = %d\n", n);}// END标签：这里是 goto 语句跳转到的位置// 无论循环是否因为遇到负数而跳出，都会执行到这里
END:printf("Program is over!\n");return 0;
}

程序的 2 次测试结果如下：

用 break 语句编程实现

#include <stdio.h>int main(void)
{int i, n; // 声明循环计数器 i 和用于存储用户输入的变量 n// 使用 for 循环尝试读取 5 次用户输入for (i = 1; i <= 5; i++){printf("Please enter n: ");scanf("%d", &n);// 检查 n 是否为负数if (n < 0)// 如果是负数，则跳出循环break;// 如果 n 是非负数，则打印出来printf("n = %d\n", n);}// 无论循环是否因为达到 5 次或遇到负数而结束，都打印程序结束信息printf("Program is over!\n");return 0;
}

程序的 2 次测试结果如下：

break 语句与 goto 语句的区别

虽然 break 语句与 goto 语句都可用于终止整个循环的执行，但二者的本质区别在于：

goto 语句可以向任意方向跳转，可以控制流程跳转到程序中任意指定的语句位置；
break 语句只限定流程跳转到循环语句之后的第一条语句去执行，无须像 goto 语句那样用语句标号指示跳转的语句位置，因此也就避免了因过多使用 goto 语句标号使流程随意跳转而导致的程序流程混乱的问题。

跳出多重循环

注意，在嵌套循环的情况下，break 语句和 continue 语句只对包含它们的最内层的循环语句起作用，不能用 break 语句跳出多重循环。若要跳出多重循环，使用 break 语句只能一层一层地跳出。而显然 goto 语句是跳出多重循环的一条捷径。

在程序设计语言中保留 goto 语句的主要原因是在某些情况下，使用 goto 语句可以提高程序的执行效率，或者使程序结构更清晰。如下两种情形特别适合于使用 goto 语句：

快速跳出多重循环。
跳向共同的出口位置，进行退出前的错误处理工作。

使用 goto 语句跳出多重循环

下面是一个简单的示例，演示如何使用 goto 语句来快速跳出多重循环，并进行退出前的错误处理工作。

#include <stdio.h>int main(void)
{int outer, inner, value;// 外层循环for (outer = 1; outer <= 3; outer++){// 内层循环for (inner = 1; inner <= 3; inner++){printf("请输入一个数字（负数退出）: ");scanf("%d", &value);// 如果输入的是负数，使用 goto 语句跳出所有循环if (value < 0){goto exit_loops;}// 处理输入的值printf("正在处理数值: %d\n", value);}}exit_loops:// 共同的出口位置，进行退出前的错误处理工作printf("由于输入负数，退出所有循环。\n");// 进行一些清理工作printf("正在进行清理工作...\n");return 0;
}

程序的运行结果如下所示：

使用 break 语句跳出多重循环

下面是一个简单的示例，演示如何使用 break 语句来跳出多重循环。

#include <stdio.h>int main(void)
{int outer, inner, value;int should_exit = 0; // 用于控制跳出所有循环的标志变量// 外层循环for (outer = 1; outer <= 3; outer++){// 如果 should_exit 为 1，则跳出外层循环if (should_exit){break; // 最近的封闭循环——这里是外层循环}// 内层循环for (inner = 1; inner <= 3; inner++){printf("请输入一个数字（负数退出）: ");scanf("%d", &value);// 如果输入的是负数，设置 should_exit 为 1 并跳出内层循环if (value < 0){should_exit = 1;break;  // 只能跳出最近的封闭循环——这里是内层循环}// 处理输入的值printf("正在处理数值: %d\n", value);}}// 共同的出口位置，进行退出前的错误处理工作printf("由于输入负数，退出所有循环。\n");// 进行一些清理工作printf("正在进行清理工作...\n");return 0;
}

程序的运行结果如下所示：

对比总结

使用 goto 语句：可以直接跳出多重嵌套的循环，代码简洁，但可能会降低代码的可读性。

使用 break 语句：需要在每一层循环中设置标志变量，并在外层循环中检查该标志变量，代码相对冗长，但可读性较好。

穷举法编程实例

示例：韩信点兵问题

【例 6.13】韩信点兵问题。韩信有一队兵，他想知道有多少人，便让士兵排队报数。按从 1 至 5 报数，最末一个士兵报的数为 1；按从 1 至 6 报数，最末一个士兵报的数为 5；按从 1 至 7 报数，最末一个士兵报的数为 4；最后再按从 1 至 11 报数，最末一个士兵报的数为 10。请编程计算韩信至少有多少兵？

问题求解方法分析

设兵数为 x，则按题意 x 应满足下述关系式：

x % 5 == 1 && x % 6 == 5 && x % 7 == 4 && x % 11 == 10

采用穷举法对 x 从 1 开始逐个试验，第一个使得上述关系式成立的 x 值即为所求。

所谓穷举（Exhaustion），简单地说就是通过尝试问题的所有可能来得到最终答案。

简单的程序实现

#include <stdio.h>int main(void)
{int x;// 从 1 -3000 开始穷举遍历，不严谨for (x = 1; x < 3000; x++){if (x % 5 == 1 && x % 6 == 5 && x % 7 == 4 && x % 11 == 10){printf("x = %d\n", x);}}return 0;
}

程序的运行结果如下所示：

虽然这个程序似乎也得到了正确的结果，但这实属偶然，算是“瞎猫碰到了死耗子”，因为程序只从 1 试验到 3000，如果真正的解不在这个范围内，那么程序运行以后将一无所获。

使用 break 优化程序

如果去掉 x < 3000 的限制，又会怎样呢？

显然一定会找到解，而且不止一个解，更严重的是程序将陷入死循环，即循环永远都不会退出。

那么如何让循环在找到第一个满足关系式的解后立即退出循环呢？

显然，可以使用 break 语句，程序如下：

#include <stdio.h>int main(void)
{int x;for (x = 1;; x++) // 去掉 x < 3000 的限制{if (x % 5 == 1 && x % 6 == 5 && x % 7 == 4 && x % 11 == 10){printf("x = %d\n", x);break; // 找到第一个满足关系式的解后立即退出循环}}return 0;
}

使用 exit() 函数优化程序

由于本例中，程序退出循环以后什么也不做，直接结束程序的运行，因此还可以调用函数 exit() 来直接结束程序的运行。程序如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // 使用 exit() 函数int main(void)
{int x;for (x = 1;; x++) // 去掉 x < 3000 的限制{if (x % 5 == 1 && x % 6 == 5 && x % 7 == 4 && x % 11 == 10){printf("x = %d\n", x);exit(0); // 找到第一个满足关系式的解后立即退出循环}}return 0;
}

使用标志变量优化程序

可读性更好的方法是使用标志变量，即定义一个标志变量 find，标志是否找到了解，先置 find 为假，表示 “未找到”，一旦找到了满足给定条件的解，就将 find 置为真，表示 “找到了”。

相应的，循环控制表达式取为 “find 的逻辑非” 的值，当 find 值为 0（假）时，即 !find 的值为真，表示未找到，继续循环，否则表示已找到，退出循环。程序如下：

#include <stdio.h>int main(void)
{int x;int find = 0; // 先置 find 为假，表示 “未找到”// find 为假时继续循环for (x = 1; !find; x++){if (x % 5 == 1 && x % 6 == 5 && x % 7 == 4 && x % 11 == 10){printf("x = %d\n", x);find = 1; // 一旦找到了满足给定条件的解，就将 find 置为真}}return 0;
}

【思考题】第 13 行输出 x 值的语句放到 for 循环体外，还能输出正确的结果吗？

如果将第 13 行输出 x 值的语句放到 for 循环体外，程序将无法正确输出结果。这是因为 printf 语句需要在找到符合条件的 x 值时立即执行，而不是等到循环结束后再执行。如果将 printf 语句移到循环体外，程序会在循环结束后只打印一次 x 的值，此时 x 的值将是循环结束时的值，而不是满足条件的那个值。因此，输出的结果将是不正确的。

例如，将 printf 语句移到循环体外，修改代码如下：

#include <stdio.h>int main(void)
{int x;int find = 0; // 先置 find 为假，表示 “未找到”// find 为假时继续循环for (x = 1; !find; x++){if (x % 5 == 1 && x % 6 == 5 && x % 7 == 4 && x % 11 == 10){find = 1; // 一旦找到了满足给定条件的解，就将 find 置为真}}printf("x = %d\n", x); // 输出 x 值// 这个值将是正确值 + 1 后的结果// 因为上面找到这个数后，又对循环变量 x 进行了 ++ 操作，然后才结束循环return 0;
}

程序的运行结果如下所示：

结果分析：

原始代码：当 x 为 2111 时，printf 语句立即执行，输出 x = 2111，然后退出循环。
修改后的代码：当 x 为 2111 时，find 被置为真（1），再次执行 x++，此时 x 为 2112，由于循环条件不再满足，所以循环退出。此时 x 的值已经不再是 2111，而是循环结束时的值 2112。

使用 do-while 语句重写程序

上面这个程序还可以用 do-while 语句来重写，使程序更简洁，可读性更好。

#include <stdio.h>int main(void)
{int x = 0;    // 因 do-while 循环中先对 x 加 1，故这里 x 初始化为 0int find = 0; // 标志变量初值置为假do{x++;find = (x % 5 == 1 && x % 6 == 5 && x % 7 == 4 && x % 11 == 10);} while (!find);printf("x = %d\n", x);return 0;
}

程序第 11 行语句根据逻辑表达式 x % 5 == 1 && x % 6 == 5 && x % 7 == 4 && x % 11 == 10 的值为真还是为假，相应地将标志变量 find 置为真或假。

当然，上述程序也可以写成如下形式：

#include <stdio.h>int main(void)
{int x = 0; // 因 do-while 循环中先对 x 加 1，故这里 x 初始化为 0do{x++;} while (!(x % 5 == 1 && x % 6 == 5 && x % 7 == 4 && x % 11 == 10));printf("x = %d\n", x);return 0;
}

在这个程序中，我们没有使用额外的标志变量，而是直接在 while 循环的条件中检查了逻辑表达式。这里，!(x % 5 == 1 && x % 6 == 5 && x % 7 == 4 && x % 11 == 10) 相当于第一个程序中的 !find。当 x 不满足条件时，逻辑表达式的结果为 true（非零值），因此循环继续。一旦 x 满足条件，逻辑表达式的结果变为 false（零值），循环终止。

两种方法的原理都是相同的：它们都通过循环不断增加 x 的值，直到找到一个满足特定条件的 x。

第一个程序使用了一个额外的标志变量 find 来控制循环的结束；
第二个程序则直接在循环条件中检查了该条件。

从代码简洁性和可读性的角度来看，第二个程序更直接和简洁，因为它避免了引入额外的变量。此外，它使循环的逻辑更加清晰，因为循环的继续和终止条件直接体现在 while 语句中。