单片机C语言控制语句：if、else、switch和循环，掌握编程流程控制

# 1. 单片机C语言控制语句概述**

单片机C语言中的控制语句用于控制程序执行的流程，包括条件控制语句和循环控制语句。条件控制语句根据条件表达式确定执行路径，而循环控制语句重复执行代码块。

控制语句是单片机C语言编程中必不可少的元素，它们使程序能够做出决策、重复任务和处理不同的情况。熟练掌握控制语句对于编写高效、可读且可维护的单片机C语言程序至关重要。

# 2. 单片机C语言条件控制语句

条件控制语句是单片机C语言中用于根据特定条件执行不同代码块的语句。它允许程序根据输入或状态做出决策，从而实现更复杂和动态的行为。

### 2.1 if-else语句

if-else语句是最基本的条件控制语句，它允许程序根据一个条件执行不同的代码块。

#### 2.1.1 if语句的语法和使用

if语句的语法如下：

if (条件) {
    // 条件为真的代码块
}

其中，`条件`是一个布尔表达式，如果为真，则执行`条件`后的代码块。

**示例：**

int x = 5;

if (x > 0) {
    printf("x是正数\n");
}

#### 2.1.2 else语句的语法和使用

else语句用于在`if`语句的条件为假时执行另一段代码块。它的语法如下：

if (条件) {
    // 条件为真的代码块
} else {
    // 条件为假的代码块
}

**示例：**

int x = -5;

if (x > 0) {
    printf("x是正数\n");
} else {
    printf("x是负数\n");
}

#### 2.1.3 if-else语句的嵌套使用

if-else语句可以嵌套使用，以处理更复杂的条件。嵌套if-else语句的语法如下：

if (条件1) {
    // 条件1为真的代码块
} else if (条件2) {
    // 条件2为真的代码块
} else {
    // 条件1和条件2都为假的代码块
}

**示例：**

int x = 0;

if (x > 0) {
    printf("x是正数\n");
} else if (x < 0) {
    printf("x是负数\n");
} else {
    printf("x是零\n");
}

### 2.2 switch语句

switch语句是一种多路分支条件控制语句，它允许程序根据一个变量的值执行不同的代码块。

#### 2.2.1 switch语句的语法和使用

switch语句的语法如下：

switch (变量) {
    case 值1:
        // 值1匹配时的代码块
        break;
    case 值2:
        // 值2匹配时的代码块
        break;
    ...
    default:
        // 没有匹配任何值时的代码块
        break;
}

其中，`变量`是要进行比较的变量，`值1`、`值2`等是与`变量`进行比较的值。

**示例：**

int x = 1;

switch (x) {
    case 1:
        printf("x是1\n");
        break;
    case 2:
        printf("x是2\n");
        break;
    default:
        printf("x不是1或2\n");
        break;
}

#### 2.2.2 case语句的语法和使用

case语句用于指定要与`变量`进行比较的值。它的语法如下：

case 值:
    // 值匹配时的代码块
    break;

**示例：**

int x = 1;

switch (x) {
    case 1:
        printf("x是1\n");
        break;
    case 2:
        printf("x是2\n");
        break;
    default:
        printf("x不是1或2\n");
        break;
}

#### 2.2.3 default语句的语法和使用

default语句用于指定在`变量`没有匹配任何`case`值时执行的代码块。它的语法如下：

default:
    // 没有匹配任何值时的代码块
    break;

**示例：**

int x = 1;

switch (x) {
    case 1:
        printf("x是1\n");
        break;
    case 2:
        printf("x是2\n");
        break;
    default:
        printf("x不是1或2\n");
        break;
}

# 3.1 for循环语句

#### 3.1.1 for循环语句的语法和使用

for循环语句是一种初始化、条件判断和更新操作依次执行的循环控制语句。其语法格式如下：

for (初始化语句; 条件判断语句; 更新语句) {
    循环体语句;
}

其中：

- 初始化语句：在循环开始前执行一次，通常用于初始化循环变量。
- 条件判断语句：在每次循环开始前执行，如果条件为真，则执行循环体语句，否则退出循环。
- 更新语句：在每次循环体语句执行完成后执行，通常用于更新循环变量。

**示例：**

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    printf("当前索引值：%d\n", i);
}

该代码片段将输出从0到9的索引值。

#### 3.1.2 for循环语句的嵌套使用

for循环语句可以嵌套使用，即在一个for循环体中再嵌套一个或多个for循环。嵌套for循环的执行顺序是从最内层循环开始，依次向外执行。

**示例：**

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    for (int j = 0; j < 5; j++) {
        printf("i = %d, j = %d\n", i, j);
    }
}

该代码片段将输出如下结果：

i = 0, j = 0
i = 0, j = 1
i = 0, j = 2
i = 0, j = 3
i = 0, j = 4
i = 1, j = 0
i = 1, j = 1
i = 1, j = 2
i = 1, j = 3
i = 1, j = 4
i = 2, j = 0
i = 2, j = 1
i = 2, j = 2
i = 2, j = 3
i = 2, j = 4

# 4. 单片机C语言控制语句实践应用

### 4.1 条件控制语句的应用

#### 4.1.1 状态机的实现

**状态机**是一种抽象的数学模型，用于描述系统在不同状态之间的转换和行为。在单片机编程中，状态机可以用来实现复杂的控制逻辑。

**使用条件控制语句实现状态机**

enum state {
    STATE_INIT,
    STATE_IDLE,
    STATE_RUNNING,
    STATE_FINISHED
};

int main() {
    enum state current_state = STATE_INIT;

    while (1) {
        switch (current_state) {
            case STATE_INIT:
                // 初始化状态
                // ...

                current_state = STATE_IDLE;
                break;

            case STATE_IDLE:
                // 空闲状态
                // ...

                if (条件满足) {
                    current_state = STATE_RUNNING;
                }
                break;

            case STATE_RUNNING:
                // 运行状态
                // ...

                if (条件满足) {
                    current_state = STATE_FINISHED;
                }
                break;

            case STATE_FINISHED:
                // 结束状态
                // ...

                current_state = STATE_IDLE;
                break;
        }
    }

    return 0;
}

**逻辑分析**

该代码使用switch语句实现了一个状态机。程序从STATE_INIT状态开始，然后根据条件切换到不同的状态。每个状态都有自己的行为，并且可以根据条件切换到其他状态。

#### 4.1.2 菜单系统的实现

**菜单系统**允许用户从一系列选项中进行选择。在单片机编程中，菜单系统可以用来提供用户交互界面。

**使用条件控制语句实现菜单系统**

int main() {
    int option;

    while (1) {
        // 显示菜单选项
        // ...

        // 获取用户输入
        // ...

        switch (option) {
            case 1:
                // 选项1
                // ...
                break;

            case 2:
                // 选项2
                // ...
                break;

            case 3:
                // 选项3
                // ...
                break;

            default:
                // 无效选项
                // ...
                break;
        }
    }

    return 0;
}

**逻辑分析**

该代码使用switch语句实现了一个菜单系统。程序显示菜单选项，获取用户输入，然后根据用户输入切换到不同的选项。每个选项都有自己的行为。

### 4.2 循环控制语句的应用

#### 4.2.1 数据的遍历

**数据遍历**是指逐个访问数据集合中的每个元素。在单片机编程中，循环控制语句可以用来遍历数据。

**使用循环控制语句遍历数据**

int array[] = {1, 2, 3, 4, 5};

int main() {
    int i;

    for (i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(int); i++) {
        // 访问数组中的每个元素
        // ...
    }

    return 0;
}

**逻辑分析**

该代码使用for循环遍历一个数组。循环变量i从0开始，每次循环递增1，直到i等于数组的长度。在每次循环中，程序访问数组中的当前元素。

#### 4.2.2 延时函数的实现

**延时函数**用于在程序中引入一段时间的延迟。在单片机编程中，循环控制语句可以用来实现延时函数。

**使用循环控制语句实现延时函数**

void delay(int ms) {
    int i;

    for (i = 0; i < ms * 1000; i++) {
        // 循环1000次表示延时1毫秒
        // ...
    }
}

**逻辑分析**

该代码使用for循环实现了一个延时函数。循环变量i从0开始，每次循环递增1，直到i等于ms * 1000。在每次循环中，程序执行一个空操作，这将导致程序延迟1毫秒。

# 5. 单片机C语言控制语句进阶应用**

**5.1 控制语句的组合使用**

**5.1.1 条件控制语句和循环控制语句的结合**

条件控制语句和循环控制语句可以组合使用，实现更复杂的控制逻辑。例如，以下代码使用 `for` 循环和 `if` 语句遍历数组，并打印数组中大于 5 的元素：

#include <stdio.h>

int main() {
    int arr[] = {1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15};
    int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

    for (int i = 0; i < size; i++) {
        if (arr[i] > 5) {
            printf("%d ", arr[i]);
        }
    }

    return 0;
}

**5.1.2 多重条件控制语句的结合**

多个条件控制语句可以结合使用，实现更复杂的条件判断。例如，以下代码使用嵌套的 `if` 语句判断一个数字是否为偶数、奇数或零：

#include <stdio.h>

int main() {
    int num;

    printf("Enter a number: ");
    scanf("%d", &num);

    if (num == 0) {
        printf("%d is zero.\n", num);
    } else if (num % 2 == 0) {
        printf("%d is even.\n", num);
    } else {
        printf("%d is odd.\n", num);
    }

    return 0;
}

**5.2 控制语句的优化**

**5.2.1 控制语句的嵌套优化**

嵌套的控制语句会降低代码的可读性和可维护性。可以通过使用 `switch` 语句或 `goto` 语句来优化嵌套的控制语句。例如，以下代码使用 `switch` 语句优化了嵌套的 `if` 语句：

#include <stdio.h>

int main() {
    int num;

    printf("Enter a number: ");
    scanf("%d", &num);

    switch (num) {
        case 0:
            printf("%d is zero.\n", num);
            break;
        case 1:
            printf("%d is one.\n", num);
            break;
        case 2:
            printf("%d is two.\n", num);
            break;
        default:
            printf("%d is not zero, one, or two.\n", num);
            break;
    }

    return 0;
}

**5.2.2 控制语句的代码优化**

控制语句的代码可以通过使用宏、内联函数或汇编代码来优化。例如，以下代码使用宏优化了 `if` 语句：

#include <stdio.h>

#define IF(condition) if (condition)

int main() {
    int num;

    printf("Enter a number: ");
    scanf("%d", &num);

    IF(num == 0) {
        printf("%d is zero.\n", num);
    } else IF(num % 2 == 0) {
        printf("%d is even.\n", num);
    } else {
        printf("%d is odd.\n", num);
    }

    return 0;
}