聊聊for循環(huán)

電子玩博會

for循環(huán)是我最喜歡的循環(huán)結(jié)構(gòu)了，本來以為我對for循環(huán)已經(jīng)很了解了，但在最近是使用之中不斷的出問題，所以我又對for循環(huán)進(jìn)行了一次比較深入的“研究”，研究結(jié)果使我大吃一驚，不得不感嘆，C語言真的是高深莫測�。�

好了，感慨完了，讓我們從頭開始來聊一聊這個最熟悉但又最難以捉摸的for循環(huán)吧。

for循環(huán)是C語言中最基本的循環(huán)結(jié)構(gòu)了，其典型應(yīng)用是在已知循環(huán)次數(shù)時，進(jìn)行的一系列循環(huán)操作�；�本語法格式舉例如下：

for(i=0;i<=100;i++)

括號中有三個表達(dá)式，其中第一個表達(dá)式用來給循環(huán)計數(shù)器賦初值，第二個表達(dá)式用來判斷是否滿足循環(huán)條件，第三個表達(dá)式用來改變循環(huán)計數(shù)器的值。
當(dāng)然，這只是最基本的用法，這三個表達(dá)式并非只能針對同一個變量，甚至，并非每個都必須出現(xiàn)，這只是在循環(huán)體的不同位置進(jìn)行運(yùn)算的三個普通表達(dá)式而已。例如下面，計算n的階乘，直到大于100為止：

a=1;
for(i=1;a<=100;i++) a*=i;

另外，每個表達(dá)式的位置也并非只能放置一個表達(dá)式，要知道，C語言中有一種逗號表達(dá)式，用逗號將多個表達(dá)式分隔開，在處理上，當(dāng)做一個表達(dá)式來對待，最右邊的表達(dá)式運(yùn)算結(jié)果即為整個表達(dá)式的值�；�于此理論，上面的階乘運(yùn)算可以改寫為下面的格式：

for(a=1,i=1;a<=100;i++) a*=i;

這樣寫有什么好處呢？當(dāng)然絕不僅僅是為了扮酷，在結(jié)構(gòu)上，能夠?qū)⒁粋�整體運(yùn)算緊密的結(jié)合在一起，可以最大限度的減小程序修改時遺漏等失誤。Ctrl+C和Ctrl+V應(yīng)該在寫程序及修改程序中經(jīng)常用到吧，如果寫成這樣，在復(fù)制過程中想丟掉語句都難。

第二個表達(dá)式可以寫成逗號表達(dá)式的形式嗎？當(dāng)然也可以，不過我現(xiàn)在先不舉例，待會會和一些注意事項一起說明�，F(xiàn)在我們先把for循環(huán)的結(jié)構(gòu)剖析一下，看看for循環(huán)究竟是怎樣運(yùn)行的。

首先是第一個表達(dá)式，這個表達(dá)式雖然是在for循環(huán)的循環(huán)表達(dá)式中出現(xiàn)的，但卻不在循環(huán)體內(nèi)，其實是循環(huán)體前面緊鄰循環(huán)體的一個表達(dá)式，這也是上面兩個寫法效果相同的原因。畢竟它本身就是在循環(huán)體外面的，前一個程序只是光明正大的給寫在了外面。為了證實這一點(diǎn)，我們來看一下for循環(huán)的匯編代碼（不同編譯器可能會有所不同，這里是在Keil4.1下編譯的，編譯器版本是armcc 4.0.0.728，選擇的處理器是8962，因此編譯出來的匯編指令是ARM CortexM3的指令）。

第一種寫法：
     4: a=1;
0x000001A8 2101      MOVS     r1,#0x01
     5: for(i=1;a<=100;i++) a*=i;
0x000001AA 2201      MOVS     r2,#0x01
0x000001AC E001      B        0x000001B2
0x000001AE 4351      MULS     r1,r2,r1
0x000001B0 1C52      ADDS     r2,r2,#1
0x000001B2 2964      CMP      r1,#0x64
0x000001B4 DDFB      BLE      0x000001AE
     6: }

第二種寫法：
     4: for(a=1,i=1;a<=100;i++) a*=i;
0x000001A8 2101      MOVS     r1,#0x01
0x000001AA 2201      MOVS     r2,#0x01
0x000001AC E001      B        0x000001B2
0x000001AE 4351      MULS     r1,r2,r1
0x000001B0 1C52      ADDS     r2,r2,#1
0x000001B2 2964      CMP      r1,#0x64
0x000001B4 DDFB      BLE      0x000001AE
     5: }

可以看出，二者編譯出來的匯編代碼完全一樣。在這里，B是跳轉(zhuǎn)指令，在跳轉(zhuǎn)指令下面是循環(huán)體。循環(huán)體代碼如下：

0x000001AE 4351      MULS     r1,r2,r1
0x000001B0 1C52      ADDS     r2,r2,#1
0x000001B2 2964      CMP      r1,#0x64
0x000001B4 DDFB      BLE      0x000001AE

了解一些匯編的不難看出來（我也是在驗證這個for循環(huán)時看了一點(diǎn)ARM匯編，我參考的文檔是Cortex-M3 Technical Reference Manual），BLE是條件跳轉(zhuǎn)，根據(jù)條件跳轉(zhuǎn)到前面的某一行語句上，循環(huán)的基本寫法。

C語言中對for循環(huán)的執(zhí)行過程描述如下：首先計算一次表達(dá)式1的值（參考格式：for(表達(dá)式1;表達(dá)式2;表達(dá)式3），再計算表達(dá)式2的值，如果表達(dá)式2的值為true，則執(zhí)行一次循環(huán)體，如果表達(dá)式2的值為false，則退出循環(huán)體。沒執(zhí)行完一次循環(huán)體后，計算表達(dá)式3的值，然后再計算表達(dá)式2的值，并根據(jù)表達(dá)式2的值決定是否繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體。

在這里表達(dá)式2需要在兩個位置計算，一是剛進(jìn)入循環(huán)時判斷第一次循環(huán)是否執(zhí)行，另外則是在每次執(zhí)行完循環(huán)時判斷是否進(jìn)行下一次循環(huán)，一個位置是在整個循環(huán)體前，另一個位置是在表達(dá)式3之后。在編譯過程中，為了減小程序體積，表達(dá)式2只在表達(dá)式3之后計算。同時在循環(huán)體前增加一個無條件跳轉(zhuǎn)指令跳過整個循環(huán)體（包括表達(dá)式3）跳轉(zhuǎn)到循環(huán)的結(jié)尾來做第一次判斷。所以，for循環(huán)的執(zhí)行是從最后的指令開始執(zhí)行的。

總結(jié)一下，for循環(huán)中的三個表達(dá)式執(zhí)行方式如下：表達(dá)式1在整個循環(huán)體的前面（循環(huán)體外）執(zhí)行一次，表達(dá)式2為循環(huán)體的最后一組指令（可以有多個表達(dá)式組成，下同），表達(dá)式3為倒數(shù)第二組指令，在表達(dá)式2前面緊鄰表達(dá)式執(zhí)行。

注：關(guān)于循環(huán)體的定義，在C語言表達(dá)式中，for循環(huán)的三個表達(dá)式都不屬于循環(huán)體，但是假如以匯編的跳轉(zhuǎn)指令界定的話，表達(dá)式2和表達(dá)式3也應(yīng)該屬于循環(huán)體，畢竟它們也是以同樣的次數(shù)循環(huán)執(zhí)行的。以上只是為了說明我在文中使用的循環(huán)體名稱，很久不玩匯編了，對一些定義也都忘記了，所以也可能官方定義不同。

by  柳葉舟