【新书推荐】7.3 for语句

本节必须掌握的知识点：

    示例二十四

        代码分析

        汇编解析

        for循环嵌套语句

        示例二十五

7.3.1 示例二十四

■for语句语法形式：

for(表达式1;表达式2;表达式3)

{

语句块;

}

●语法解析：

第一步：执行表达式1，表达式1初始化循环变量；

第二步：执行表达式2，表达式2条件判断语句，如果表达式条件为真，则执行循环体内的语句块，否则退出for语句；

第三步：执行循环体内的语句块；

第四步：执行表达式3后置表达式；

第五步：继续执行下一轮循环，直到表达式2的条件为假，跳出for循环语句。

执行顺序：表达式1->表达式2->循环语句块->表达式3->表达式2->循环语句块->表达式3->表达式2->循环语句块……一直循环下去，直到到表达式2为假时，停止循环。接下来我们示例二十四来理解for语句的执行流程。

示例代码二十四

●第一步：分析需求，设计程序结构框架。

分析需求：构建一个for循环语句，当i<= 5时，重复执行for语句内的重复块。

设计程序结构框架：循环结构for语句。

       ●第二步：数据定义，定义恰当的数据结构；

       int i;//定义一个int类型的整型局部变量i，并将其初始化为0，作为循环变量。

       ●第三步：分析算法。

       利用for语句，当i<= 5时，重复执行for语句内的重复块。先判断后执行。

       ●第四步：编写伪代码，即用我们自己的语言来编写程序。

       int main(void) {

    定义一个int类型整型循环变量i;

表达式1：将循环变量i初始化为0；

表达式2：当i <= 5时执行大括号内的循环语句块

表达式3：执行完printf语句后，循环变量i加1

    for (i = 0; i <= 5; i++){

        调用printf函数打印信息："i = %d\n"                                     

}

调用printf函数打印信息："i = %d\n" 

system("pause");

    return 0;                                                                                                    

}

       ●第五步：画流程图，使用Visio、Excel或者其他绘图工具绘制算法流程和逻辑关系图； 如图7-3所示。

图7-3 示例二十四for循环语句

●第六步：编写源程序，其实就是将我们的伪代码翻译成计算机语言；

/*

   for语句

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(void) {

    int i;

    for (i = 0; i <= 5; i++)

    {

        printf("i = %d\n", i);

    }

printf("i = %d\n", i);

    system("pause");                                        

    return 0;                          

}    

●输出结果：

i = 0

i = 1

i = 2

i = 3

i = 4

i = 5

i = 6

●第七步：调试程序，修复程序中可能出现的BUG；

参见反汇编代码。

●第八步：优化代码，尝试更好的设计方案，效率更高的算法，逻辑更为清晰简洁明了。

（无）

7.3.2 代码分析

分析for语句执行流程：

第一步：执行 int i = 0;

第二步：执行 i<=5;0<5条件为真，继续往下执行 ;

第三步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i = 0;

第四步：执行i++; i=0+1,i=1;

第五步：执行i<=5;1<5条件为真,继续往下执行;

第六步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i =1;

第七步：执行i++;i=1+1,i=2;

第八步：执行i<=5;2<5条件为真,继续往下执行;

第九步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i =2;

第十步：执行i++;i=2+1,i=3;

第十一步：执行i<=5;3<5条件为真,继续往下执行;

第十二步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i =3;

第十三步：执行i++;i=1+3,i=4;

第十四步：执行i<=5;4<5条件为真,继续往下执行;

第十五步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i =4;

第十六步：执行i++;i=1+4,i=5;

第十七步：执行i<=5;5=5条件为真,继续往下执行;

第十八步：执行printf(“i = %d”,i);输出 i =5;

第十九步：执行i++;i=1+5,i=6;

第二十步：执行i<=5;6>5条件为假,退出循环;

退出for循环后，再次输出i的值为6。

这是这个程序的正向分析流程，我们看下它的反汇编是怎么体现的。

7.3.3 汇编解析

■汇编代码

;C标准库头文件和导入库

include vcIO.inc

.data

i sdword  ?

.const    

szMsg db "i = %d",0dh,0ah,0

.code     

start:

       mov i,0

NEXT:           

       .while i <= 5

              invoke printf,offset szMsg,i 

              inc sdword ptr i;

              jmp NEXT           

       .endw           

       ;

       invoke printf,offset szMsg,i

       ;     

       invoke _getch

       ret                       

end start

●输出结果：

i = 0

i = 1

i = 2

i = 3

i = 4

i = 5

i = 6

       上述汇编代码使用了.while高级汇编伪指令（没有.for高级汇编伪指令），实现了C语言中的for循环语句。

 

结论

从本质上看，C语言中的for语句就是while语句的简化形式。“mov i,0”语句对应表达式1；条件表达式“i <= 5”对应表达式2；“inc sdword ptr i”语句对应表达式3。

■反汇编代码

    int i;

    for (i = 0; i <= 5; i++)

00391838  mov         dword ptr [i],0  ;表达式1：初始化循环变量i=0

0039183F  jmp         main+3Ah (039184Ah);无条件跳转到表达式2语句

00391841  mov         eax,dword ptr [i] 

00391844  add         eax,1              ;表达式3：变量i加一

00391847  mov         dword ptr [i],eax 

0039184A  cmp         dword ptr [i],5  ;表达式2：比较变量i和5的大小

    int i;

    for (i = 0; i <= 5; i++)

0039184E  jg          main+53h (0391863h) ;如果i>5，则跳出for循环，否则执行循环语句

    {

        printf("i = %d\n", i)

00391850  mov         eax,dword ptr [i] 

00391853  push        eax                              

00391854  push        offset string "i = %d\n" (0397B30h) ;循环语句

00391859  call        _printf (039104Bh) 

0039185E  add         esp,8 

    }

00391861  jmp         main+31h (0391841h) ;无条件跳转到表达式3

    printf("i = %d\n", i);

00391863  mov         eax,dword ptr [i]  ;for循环外的下一条语句

00391866  push        eax 

00391867  push        offset string "i = %d\n" (0397B30h) 

0039186C  call        _printf (039104Bh) 

00391871  add         esp,8 

    system("pause");

00391874  mov         esi,esp 

00391876  push        offset string "pause" (0397B38h) 

0039187B  call        dword ptr [__imp__system (039B168h)] 

00391881  add         esp,4 

 

总结

在for语句中：

表达式1基本上是用来定义循环控制变量或者说对循环语句的开始进行控制；

表达式2一般是用来判断条件是否满足的语句，满足条件则继续执行，不满足则退出for语句；

表达式3称为步长，一般是用来控制循环次数的，；

语句块：可以做任何事情。

实验四十八： for语句表现形式1

在VS中新建项目7-3-2.c：

/*

   for语句的表现形式1：省略第一个表达式

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(void) {

    int i = 0;         // 在for循环之前初始化

    for (; i < 10; i++)// for语句中省去第一个表达式。但是分号不能少

    {

        printf("■");

    }

    printf("\n");

    system("pause");

    return 0;

}

●输出结果：

■■■■■■■■■■

请按任意键继续. . .

       上述代码中的表达式1放置在for语句之前，for语句内只保留了一个’;’，其他保持不变。接下来我们通过反汇编代码观察一下这种形式的for语句的执行流程。                     

反汇编代码：

    int i = 0;         //  在for循环之前初始化

009B1838  mov         dword ptr [i],0  ;表达式1前置

    for (; i < 10; i++)// for语句中省去第一个表达式。但是分号不能少

009B183F  jmp         main+3Ah (09B184Ah) 

009B1841  mov         eax,dword ptr [i] 

009B1844  add         eax,1                ;表达式3

009B1847  mov         dword ptr [i],eax 

009B184A  cmp         dword ptr [i],0Ah  ;表达式2

    for (; i < 10; i++)// for语句中省去第一个表达式。但是分号不能少

009B184E  jge         main+4Fh (09B185Fh)  ;当i>=10，退出循环

    {

        printf("■");

009B1850  push        offset string "\xa1\xf6" (09B7B30h) 

009B1855  call        _printf (09B104Bh) 

009B185A  add         esp,4 

    }

009B185D  jmp         main+31h (09B1841h)  ;跳转到表达式3

    printf("\n");

009B185F  push        offset string "\n" (09B80D8h) 

009B1864  call        _printf (09B104Bh) 

009B1869  add         esp,4   

 

结论

由上述反汇编代码可知，表达式1前置，对应for语句的执行流程没有任何改变。

练习

1. 请读者书写程序7-3-2.c伪代码，并绘制流程图。
2. 请读者将7-3-2.c翻译成汇编语言实现。
3. 请读者分析7-3-2.c的反汇编代码。

实验四十九： for语句表现形式2

在VS中新建项目7-3-3.c：

/*

   for语句的表现形式2:省略第二个表达式

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(void) {

    for (int i = 0;; i++)//变量i的作用域仅限for语句块内

    {

        if (i > 10)

        {

            break;//如果i>10则跳出循环，break是跳出for循环

        }

        printf("■");

    }

    //printf("i = %d\n",i);

    system("pause");

    return 0;

}

       ●输出结果：

■■■■■■■■■■■请按任意键继续. . .

       实验四十九的代码需要注意两点：

       1．变量i的定义放在了for语句内，那么变量i的作用域仅限for语句块。如果将下面的语句“printf("i = %d\n",i);”屏蔽去掉，编译时会提示错误信息“error C2065: “i”: 未声明的标识符”。在C语言中，变量是区分作用域的，也就是有效范围。如果是全局变量，则保存在全局区，在整个程序范围内都是有效的。如果局部变量定义在函数内，则保存在函数堆栈中，仅在函数内有效，函数运行结束后释放堆栈空间，局部变量也就消失了。此外还有两种类型的变量static静态变量和STL线程存储变量，这里暂不做介绍。

       在C语言中，不同作用域的变量名可以相同，因为作用域不同，编译器编译时也会自动区分。

       2．for语句的表达式2是一个条件表达式，其作用是控制循环结束条件。实验四十九中的代码将表达式2放置在循环语句块内，使用if语句判断条件，当i>10时，执行break语句，退出循环。break语句的作用就是退出循环，我们将在本章7.5节继续介绍break语句的使用方法。

【注】for语句中的表达式2分号不可以缺省。

       接下来我们再看一下反汇编代码：

    for (int i = 0;; i++)//变量i的作用域仅限for语句块内

00B01838  mov         dword ptr [ebp-8],0  ;表达式1，[ebp-8]为局部变量i

    for (int i = 0;; i++)//变量i的作用域仅限for语句块内

00B0183F  jmp         main+3Ah (0B0184Ah) 

00B01841  mov         eax,dword ptr [ebp-8]  ;表达式3

00B01844  add         eax,1 

00B01847  mov         dword ptr [ebp-8],eax 

    {

        if (i > 10);表达式2

00B0184A  cmp         dword ptr [ebp-8],0Ah 

00B0184E  jle         main+42h (0B01852h) 

        {

            break;//如果i>10则跳出循环，break是跳出for循环

00B01850  jmp         main+51h (0B01861h)  ;退出循环

        }

        printf("■");循环语句

00B01852  push        offset string "\xa1\xf6" (0B07B30h) 

00B01857  call        _printf (0B0104Bh) 

00B0185C  add         esp,4 

    }

00B0185F  jmp         main+31h (0B01841h)  ;跳转到表达式3

    //printf("i = %d\n",i);

    system("pause");

00B01861  mov         esi,esp 

       上述反汇编代码中一个明显的变化就是变量i使用[ebp-8]来代替。为了进一步验证变量i的作用域，我们再做一个实验。

实验五十： for语句循环变量作用域

在VS中新建项目7-3-4.c：

/*

   for语句循环变量作用域

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(void) {

    int i = 20;//作用域main函数内有效

    for (int i = 0;; i++)//变量i的作用域仅限for语句块内

    {

        printf("\ni = %d", i);

        if (i > 10)

        {

            break;//如果i>10则跳出循环，break是跳出for循环

        }

        printf("■");

    }

    printf("\ni = %d\n",i);//i=20

    system("pause");

    return 0;

}

       ●输出结果：

i = 0■

i = 1■

i = 2■

i = 3■

i = 4■

i = 5■

i = 6■

i = 7■

i = 8■

i = 9■

i = 10■

i = 11

i = 20

请按任意键继续. . .

上述代码中存在两个变量i，编译时并没有报错，说明变量名符号没有冲突。再看打印信息，for语句内打印的变量i从0~11。最后一个打印输出的变量i的值为20，显然是第一个变量i的值。

请读者查看一下反汇编代码，第一个变量i使用“[i]”表示，而第二个变量i使用“[ebp-14h]表示”。其余内容和使用四十九相同，不再赘述。

实验五十一： for语句形式3

在VS中新建项目7-3-5.c：

/*

   for语句形式3:缺省表达式3

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(void) {

    for (int i = 0; i < 10;)

    {

        printf("■");

        i++;

    }

    system("pause");

    return 0;

}

●输出结果：

■■■■■■■■■■请按任意键继续. . .

上述代码将表达式3放置在循环语句块的结尾处，这应该和我们预想的一样，之前for语句的反汇编代码的执行流程就是如此。接下来我们再看一下反汇编代码的执行流程。

●反汇编代码：

    for (int i = 0; i < 10;)

002D1838  mov         dword ptr [ebp-8],0  ;表达式1

    for (int i = 0; i < 10;)

002D183F  cmp         dword ptr [ebp-8],0Ah  ;表达式2

002D1843  jge         main+4Dh (02D185Dh)  ;i>=10跳出循环

    {

        printf("■");循环语句

002D1845  push        offset string "\xa1\xf6" (02D7B30h) 

002D184A  call        _printf (02D104Bh) 

002D184F  add         esp,4 

        i++;表达式3

002D1852  mov         eax,dword ptr [ebp-8] 

002D1855  add         eax,1 

002D1858  mov         dword ptr [ebp-8],eax 

    }

002D185B  jmp         main+2Fh (02D183Fh)  ;继续循环

    system("pause");

002D185D  mov         esi,esp

上述反汇编代码和之前示例中的反汇编代码执行流程稍有不同，表达式3按照正常的代码编写顺序放置在printf语句之后。其实之前的反汇编代码也是按照代码的编写顺序进行编译的。

【注意】for (int i = 0; i < 10;)语句内的最后一个表达式’;’可以缺省。

实验五十二： for语句形式4

在VS中新建项目7-3-6.c：

/*

   for语句形式4:缺省全部3个表达式

*/

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

int main(void) {

    for (;;)

    {

        printf("■");

    }

    system("pause");

    return 0;

}

●输出结果：

不停的打印■，陷入死循环。

为什么会是这样呢？因为当表达式全部置空时，相当于没有初始值，没有控制语句，没有后置表达式，那么它将永远的循环下去，直到内存溢出，这就是所谓的死循环。

   ●反汇编代码：

    for (;;)

    {

        printf("■");

011E1838  push        offset string "\xa1\xf6" (011E7B30h) 

    for (;;)

    {

        printf("■");

011E183D  call        _printf (011E104Bh) 

011E1842  add         esp,4 

    }

011E1845  jmp         main+28h (011E1838h)  ;跳到for语句块起始位置

    system("pause");

011E1847  mov         esi,esp 

       上述反汇编代码可以看到，程序中没有循环控制变量，没有循环结束条件，因此陷入了无限循环。我们应绝对避免此类情况的发生。

练习

1、递增显示从0到输入的正整数为止的各个整数（for语句）。

2、输入一个整数，连续显示出该整数个*（for语句）。

3、输入规定数量个整数并显示出它们的合计值和平均值。

4、编写一个程序，求1到n的和。n的值从键盘输入。

5、根据输入的整数，循环显示1234567890，显示的位数和输入的整数值相同。

请输入一个整数：25

1234567890123456789012345

6、显示输入的整数值的所有约数。

7、编写一段程序，输入一个整数值，显示该数值以下的所有奇数。

整数值：15

1 3 5 7 9 11 13 15

8、编写一段程序，输入一个整数值，显示该整数值个‘*'。每显示5个就进行换行。

显示多少个*：12

*****

*****

** 

*

本文摘自编程达人系列教材《汇编的角度——C语言》。