C 语言控制流与函数

更新时间：2026-08-25。本文是 languages/c/ 主题入门层第 2 篇。控制流决定"代码怎么执行"，函数决定"代码怎么组织"。这两个是写任何 C 程序的骨架，也是理解后续调用约定、栈帧（专家层）的前提。

本文要回答的问题

• for/while/do-while 三种循环怎么选？循环里的 break/continue 区别？
• 函数传参时，为什么改形参不影响实参？怎么才能让函数"改到"外部的值？
• 局部变量、全局变量、static 变量的生命周期各是什么？

一、分支结构

1.1 if / else if / else

if (x > 0) {
    /* 正数 */
} else if (x == 0) {
    /* 零 */
} else {
    /* 负数 */
}

坑：if (x = 5) 是赋值不是比较！结果是 5（非零），恒为真。这是 C 最经典的笔误。写成 if (5 == x) 可预防（把常量放左边，写错会编译报错）。

1.2 switch / case

switch (c) {
case 'A':
    printf("A\n");
    break;              // 不写 break 会"贯穿"到下一个 case
case 'B':
    printf("B\n");
    break;
default:
    printf("other\n");
}

要点：

• case 后面必须是整型常量（不能是浮点、字符串）。
• 忘记 break 会"贯穿"（fall-through）——有时是故意的（多个 case 共用处理），但要注释说明。

二、循环结构

2.1 三种循环对比

循环	适用场景	结构
for	已知循环次数	for (初始化; 条件; 步进)
while	未知次数，先判断后执行	while (条件)
do-while	至少执行一次	do {} while (条件);

// for：遍历数组（经典）
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    printf("%d\n", i);
}

// while：读文件直到 EOF
while ((c = getchar()) != EOF) {
    /* 处理字符 */
}

// do-while：至少执行一次
do {
    printf("菜单\n");
} while (choice != 0);

2.2 break 与 continue

语句	作用
break	跳出整个循环
continue	跳过本次，进入下一轮

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    if (i == 2) continue;   // 跳过 i=2
    if (i == 4) break;      // i=4 时退出
    printf("%d\n", i);      // 打印 0 1 3
}

三、函数

3.1 函数定义与声明

// 声明（原型）：告诉编译器函数存在
int add(int a, int b);

// 定义：函数体
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

为什么需要声明：C 编译器从上往下读，调用前必须"见过"函数（声明或定义），否则报 implicit declaration。头文件（.h）就是用来放声明的。

3.2 返回值与 void

void print_hello(void) {   // 无返回值
    printf("hello\n");
}

int get_value(void) {      // 返回 int
    return 42;
}

3.3 值传递 vs 指针传递（重点）

C 函数默认是值传递：形参是实参的副本，函数内改形参不影响外部：

void change(int x) {
    x = 100;        // 改的是副本，外部不变
}

void change_ptr(int *p) {
    *p = 100;       // 通过指针改外部变量
}

int main(void) {
    int n = 1;
    change(n);         // n 还是 1
    change_ptr(&n);    // n 变成 100
    return 0;
}

理解：想让函数修改外部变量，必须传它的地址（指针）。这是 C 与许多高级语言的关键差异，也是理解指针的必经之路。

四、作用域与生命周期

4.1 三类变量对比

变量类型	作用域	生命周期	存储位置
局部变量	函数内（{} 内）	进入函数创建，返回销毁	栈
全局变量	整个文件	程序开始到结束	数据段
static 局部	函数内	程序开始到结束（值保留）	数据段

4.2 static 的两种用法

// 1. static 局部变量：值在函数调用间保留
int counter(void) {
    static int count = 0;   // 只初始化一次
    return ++count;
}

// 2. static 全局变量/函数：限制为文件内部可见（隐藏符号）
static int internal_var;    // 其他 .c 文件访问不到

counter() 第一次返回 1，第二次返回 2…… static 让局部变量"记住"了上次的值。

4.3 返回局部变量地址是错误

int *bad(void) {
    int x = 42;
    return &x;      // 错误！x 是局部变量，函数返回后栈帧销毁
}

返回后 x 的内存已被回收，指针变成悬垂——这是指针与内存管理里的经典陷阱。

五、递归

int factorial(int n) {
    if (n <= 1) return 1;          // 终止条件
    return n * factorial(n - 1);   // 递归调用
}

要点：

• 必须有终止条件，否则无限递归 → 栈溢出（stack overflow）。
• 每次递归调用占用一层栈帧，深度过大会耗尽栈——与栈内存布局相关。

六、与本站主线衔接

• 函数调用 = 栈帧：函数调用的本质是压栈/弹栈，专家层 内存布局与 ABI 会讲调用约定。
• 分支预测：if/switch 对应 CPU 分支预测，见 L4 分支预测。
• 循环优化：编译器会优化循环，-O2 可能消除空循环，见 demos/cpu-demo。

一句话总结

控制流与函数是 C 的骨架——if (x=5) 是赋值陷阱、break 跳循环 continue 跳本次、函数默认值传递改外部要传指针、局部变量随函数返回销毁；掌握这些，才能写出正确的 C 程序并理解后面的栈帧与调用约定。

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