聊聊for循環

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for循環是我最喜歡的循環結構了，本來以為我對for循環已經很了解了，但在最近是使用之中不斷的出問題，所以我又對for循環進行了一次比較深入的“研究”，研究結果使我大吃一驚，不得不感嘆，C語言真的是高深莫測啊！

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循環吧。

for循環是C語言中最基本的循環結構了，其典型應用是在已知循環次數時，進行的一系列循環操作。基本語法格式舉例如下：

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

括號中有三個表達式，其中第一個表達式用來給循環計數器賦初值，第二個表達式用來判斷是否滿足循環條件，第三個表達式用來改變循環計數器的值。
當然，這只是最基本的用法，這三個表達式并非只能針對同一個變量，甚至，并非每個都必須出現，這只是在循環體的不同位置進行運算的三個普通表達式而已。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，每個表達式的位置也并非只能放置一個表達式，要知道，C語言中有一種逗號表達式，用逗號將多個表達式分隔開，在處理上，當做一個表達式來對待，最右邊的表達式運算結果即為整個表達式的值。基于此理論，上面的階乘運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？當然絕不僅僅是為了扮酷，在結構上，能夠將一個整體運算緊密的結合在一起，可以最大限度的減小程序修改時遺漏等失誤。Ctrl+C和Ctrl+V應該在寫程序及修改程序中經常用到吧，如果寫成這樣，在復制過程中想丟掉語句都難。

第二個表達式可以寫成逗號表達式的形式嗎？當然也可以，不過我現在先不舉例，待會會和一些注意事項一起說明。現在我們先把for循環的結構剖析一下，看看for循環究竟是怎樣運行的。

首先是第一個表達式，這個表達式雖然是在for循環的循環表達式中出現的，但卻不在循環體內，其實是循環體前面緊鄰循環體的一個表達式，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，我們來看一下for循環的匯編代碼（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是跳轉指令，在跳轉指令下面是循環體。循環體代碼如下：

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循環時看了一點ARM匯編，我參考的文檔是Cortex-M3 Technical Reference Manual），BLE是條件跳轉，根據條件跳轉到前面的某一行語句上，循環的基本寫法。

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

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

總結一下，for循環中的三個表達式執行方式如下：表達式1在整個循環體的前面（循環體外）執行一次，表達式2為循環體的最后一組指令（可以有多個表達式組成，下同），表達式3為倒數第二組指令，在表達式2前面緊鄰表達式執行。

注：關于循環體的定義，在C語言表達式中，for循環的三個表達式都不屬于循環體，但是假如以匯編的跳轉指令界定的話，表達式2和表達式3也應該屬于循環體，畢竟它們也是以同樣的次數循環執行的。以上只是為了說明我在文中使用的循環體名稱，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