3.7. Конструкции программирования

В теории программирования доказано, что любая программа может быть закодирована с помощью комбинаций трёх конструкций: последовательность операторов, выбор и итерация. В этом разделе мы рассмотрим набор операторов языка Си и типовые примеры их использования для реализации конструкций цикла (итерации) и принятия решения (выбора).

3.8. Операторы для организации программных циклов

В языке Си существует несколько операторов, которые позволяют реализовать циклические вычисления (итерации). В этом параграфе мы рассмотрим программные конструкции циклов с операторами for, while, do while.

3.8.1. Оператор for

Оператор for предназначен для реализации циклов со счетчиком. В операторе for могут автоматически реализоваться сразу три операции: инициализация счётчика цикла, проверка его значения и модификация. Синтаксис оператора for:

for (<выражение1>; <выражение2>; <выражение3>)

 <операторы тела цикла>

Рассмотрим типичный пример реализации цикла с оператором for:

1 for(i = 0; i < 10; i = i++)

2 {

3  inst 1;

4  inst 2;

5  :

6  :

7  inst n;

8 }

В строке 1 записывается сам оператор for, за которым обязательно следуют три выражения, заключенные в круглые скобки. Выражение 1 вычисляется один и только один раз перед проверкой условия цикла. В нашем примере выражение 1 присваивает начальное значение переменной i. Выражения два и три могут иметь произвольный характер, но обычно их используют для проверки и модификации условия продолжения цикла. Выражение 2 задаёт условие продолжения цикла. Если его значение отлично от нуля (истина), будут выполнены операторы 3…7, составляющие тело цикла. После этого вычисляется выражение 3, указанное в скобках первой строки. В нашем примере выражение i = i++ = i + 1 осуществляет увеличение на 1 внутреннего счетчика циклов оператора for. Поэтому операторы тела цикла 3…7 будут выполняться 10 раз при значениях переменной цикла i от 0 до 9. В конце первого цикла значение i будет равно 1, в конце второго — i=2, и т.д. В конце десятого цикла переменная i примет значение 10. Далее начнется исполнение 11-ого цикла оператора for, но, проанализировав условие выражения 2 оператора for, программа выйдет из цикла, не исполняя операторов тела цикла.

Достаточно часто переменная счетчика циклов оператора for используется также в теле цикла этого оператора. Например, следующий программный фрагмент вычисляет таблицу соответствия значений температуры, записанных по шкале Цельсия и по шкале Фаренгейта, и последовательно выводит эти значения на экран монитора. Диапазон исходных значений температуры составляет от –10°C до +40°C.

1 for(k = –10; k <= 40; k++)

2 {

   //преобразовать значения температуры, измеренные по шкале Цельсия

   // к численному значению по шкале Фаренгейта

3  Temperature = k*9/5+32;

4  printf("Current temperature is \%f\n", Temperature);

5 }

Как видите, значение переменной k используется как параметр для вычисления новых значений температуры в теле цикла.

3.8.2. Оператор while

Второй способ организации циклов использует оператор while. Применение оператора while иллюстрирует следующий программный фрагмент:

1 k = -10;

2 while(k < 40)

3 {

4  Temperature = k*9/5+32;

5  k++;

6  printf("Current temperature is \%f\n", Temperature);

7 }

В отличие от оператора for, переменная k, используемая в качестве счетчика циклов, должна быть инициализирована перед оператором while, например, в строке 1. Обратите внимание, что в строке 2 в скобках оператора while записано всего лишь одно выражение, которое называется условием цикла. Выполнение оператора while начинается с вычисления этого выражения. Если значение выражения отлично от нуля («истина»), то выполняются операторы 4…6 тела цикла. После выполнения операторов тела цикла снова вычисляется выражение условия и процесс повторяется. Таким образом, выполнение тела цикла происходит пока значение выражения условия цикла отлично от нуля («истина»).

Следует заметить, что если условие цикла не выполнится на первой итерации, то тело цикла не будет выполнено ни разу. Для того чтобы тело цикла выполнялось хотя бы один раз, в языке Си предусмотрен оператор do while, который рассматривается далее. Одним из результатов выполнения тела цикла, как правило, является изменение условия цикла, иначе цикл будет бесконечным. Но, естественно, возможны случаи, когда условие цикла зависит от результата работы вызываемой из выражения функции, или условие цикла меняется в функции обработки прерывания, которая активизируется во время выполнения тела цикла.

Тело цикла может вообще отсутствовать, в случае применения на его месте пустого оператора. Это бывает нужно, например, при программном ожидании установки какого либо аппаратного флага микроконтроллера, который изменяется встроенной периферией. С помощью оператора while можно создавать бесконечные циклы.

1 while (1)

2 {

3  Instructions //выполнение блока операторов

4 }

Так в приведенном примере блок операторов с именем Instructions будет исполняться микроконтроллером до тех пор, пока МК не перейдет в состояние сброса или не произойдет прерывание. В первом случае МК начнет исполнение программы сначала, во втором — МК перейдет к исполнению программы обслуживания прерывания.