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循環(huán)程序設計

【字體：

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　　前面的課程中學習了分支程序的設計，下面學習程序設計中另一種常用的程序結(jié)構――循環(huán)結(jié)構。
　　1．循環(huán)程序簡介
　　在一個實用的程序中，循環(huán)結(jié)構是必不可少的。循環(huán)是反復執(zhí)行某一部分程序行的操作。有兩類循環(huán)結(jié)構：
　�。�1）當型循環(huán)，即當給定的條件成立時，執(zhí)行循環(huán)體部分，執(zhí)行完畢回來再次判斷條件，如果條件成立繼續(xù)循環(huán)，否則退出循環(huán)。
　�。�2）直到型循環(huán)，即先執(zhí)行循環(huán)體，然后判斷給定的條件，只要條件成立就繼續(xù)循環(huán)，直到判斷出給定的條件不成立時退出循環(huán)。
下面我們就通過一些例子來看C語言提供的循環(huán)語句，及如何利用這些循環(huán)語句寫循環(huán)程序。
　　例1　使P1口所接LED以流水燈狀態(tài)顯示
#include "reg51.h"
#include"intrins.h" //該文件包含有_crol_(…)函數(shù)的說明
void mDelay(unsigned int DelayTime)
{ unsigned int j=0;
for(;DelayTime>0;DelayTime--)
{ for(j=0;j<125;j++) {;} }}
void main()
{ unsigned char OutData=0xfe;
while(1)
{ P1=OutData;
OutData=_crol_(OutData,1); //循環(huán)左移
mDelay(1000); /*延時1000毫秒*/
}}
　　程序分析：輸入源程序，并命名為exam31.c，建立并設置工程。這個例子使用實驗仿真板演示的過程請讀者自行完成，如果在演示時，發(fā)現(xiàn)燈“流動”的速度太快，幾乎不能看清，那么可以將mDelay(1000)中的1000改大一些，如2000、3000或更大。軟件仿真無法實現(xiàn)硬件實驗一樣的速度，這是軟件仿真的固有弱點，下面介紹如何用我們提供的具有仿真功能的實驗電路板來實現(xiàn)這個例子。
將實驗板帶的串口電纜一端連接到PC機的串口，另一端連到實驗板上，設置工程，選中Debug頁，點擊右側(cè)的“Use　Keil Monitor-51 Drive”，選中“Load Application at Start”和“Go Till main”，如圖1所示。選擇完成后，點擊“Setting”按鈕，選擇你所用的PC上的串口（COM1或COM2），波特率（通�？梢允褂�38400），其他設置一般不需要更改，如圖2所示。點擊“OK”回到Debug頁面后即可完成設置。

圖15　選擇keil Monitor51進行程序調(diào)試

圖16　設置Keil Monitor51的調(diào)試參數(shù)
　　編譯、連接正確后，點擊菜單DebugStart/Stop Debug Session，可以看到在窗口右下角的命令窗口提示正確連接到了Monitor-51，如圖3所示。此時，即可使用Keil提供的單步、過程單步、執(zhí)行到當前行、設置斷點等調(diào)試方法進行程序的調(diào)試。

圖15　正確連接上了Keil Monitor51

　　程序分析：這段程序中在兩處用到了循環(huán)語句，首先是主程序中使用了“while（1）｛……｝”這樣的循環(huán)語句寫法；其次是延時程序，使用了for循環(huán)語句的形式。這些循環(huán)語句是怎么樣使用的呢？下面我們就對循環(huán)語句的用法作一個具體的介紹。
　　2．循環(huán)語句
　　2．1　while語句
　　While語句用到實現(xiàn)“當型”循環(huán)結(jié)構，其一般形式如下：
while(表達式)　語句
　　當表達式為非0值（真）時，執(zhí)行while語句中的內(nèi)嵌語句。其特點是：先判斷表達式，后執(zhí)行語句。
　　在例1中，表達式使用了一個常數(shù)“1”，這是一個非零值，即“真”，條件總是滿足，語句總是會被執(zhí)行，構成了無限循環(huán)，這使得｛｝中的程序一直不斷地執(zhí)行下去，直到斷電為止。下面再舉一例說明：
　　例2：當K1鍵被按下時，流水燈工作，否則燈全部熄滅。
#include "reg51.h"
#include"intrins.h" //該文件包含有_crol_(…)函數(shù)的說明
void mDelay(unsigned int DelayTime)
{ ……與例1同}
void main()
{ unsigned char OutData=0xfe;
while(1)
{ P3|=0x3c;
while((P3|0xfb)!=0xff)
{ P1=OutData;
OutData=_crol_(OutData,1); //循環(huán)左移
mDelay(1000); /*延時1000毫秒*/}
P1=0xff;　　
}}
　　程序分析：程序中第二個while語句表達式用來判斷K1鍵是否被按下，如被按下，則執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的程序，否則執(zhí)行“P1=0xff;”程序行，實現(xiàn)的題目的要求。有關實驗，請讀者自行完成。
　　2．2　do-while語句
　　do-while語句用來實現(xiàn)“直到型”循環(huán)，特點是先執(zhí)行循環(huán)體，然后判斷循環(huán)條件是否成立。其一般形式如下：
do
循環(huán)體語句
while(表達式)
　　對同一個問題，既可以用while語句處理，也可以用do-while語句處理。但是這兩個語句是有區(qū)別的，下面我們用do-while語句改寫例2。
　　例3：用do-while語句實現(xiàn)如下功能：K1按下，流水燈工作，K2松開，燈全熄滅。
#include "reg51.h"
#include"intrins.h" //該文件包含有_crol_(…)函數(shù)的說明
void mDelay(unsigned int DelayTime)
{……與例1同 }
void main()
{ unsigned char OutData=0xfe;
while(1)
{ P3|=0x3c;
do
{ P1=OutData;
OutData=_crol_(OutData,1); //循環(huán)左移
mDelay(1000); /*延時1000毫秒*/
} while((P3|0xfb)!=0xff)
P1=0xff;
}}
　　程序分析：和例2相比，該程序除main函數(shù)中用do-while替代while外，沒有其他的不同，初步設想，如果while（）括號中的表達式為“真”即K1鍵被按下，應該執(zhí)行程序體，否則不執(zhí)行，效果與例2相同。但是事實上，實際做這個練習就會發(fā)現(xiàn)，不論K1是否被按下，流水燈都在工作，為何會有這么樣的結(jié)果呢？
　　單步運行程序可以發(fā)現(xiàn)，如果K1鍵被按下，的確執(zhí)行循環(huán)體內(nèi)的程序，與設想相同。而當K1沒有被按下時，按設想，循環(huán)體內(nèi)的程序不應該被執(zhí)行，但事實上，do后面的語句至少要被執(zhí)行一次才去判斷條件是否成立，所以程序依然會去執(zhí)行do后的循環(huán)體部分，只是在判斷條件不成立（K1沒有被按下）后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行P1=0xff;然后又繼續(xù)循環(huán)，而下一次循環(huán)中又會先執(zhí)行一次循環(huán)體部分，因此，K1是否被按下的區(qū)別僅在于“P1=0xff;”這一程序行是否會被執(zhí)行到。
　　2．3　for語句
　　C語言中的for語句使用最為靈活，不僅可以用于循環(huán)次數(shù)已經(jīng)確定的情況，而且可以用于循環(huán)次數(shù)不確定而只給出循環(huán)結(jié)束條件的情況。
　　for語句的一般形式為：
for（表達式1；表達式2；表達式3）　語句
它的執(zhí)行過程是：
（1）先求解表達式1
（2）求解表達式2，其值為真，則執(zhí)行for語句中指定的內(nèi)嵌語句（循環(huán)體），然后執(zhí)行第（3）步，如果為假，則結(jié)束循環(huán)。
（3）求解表達式3
（4）轉(zhuǎn)回上面的第（2）步繼續(xù)執(zhí)行。
for語句典型的應用是這樣一種形式：
for(循環(huán)變量初值;循環(huán)條件;循環(huán)變量增值)　語句　
　　例1中的延時程序有這樣的程序行：“for(j=0;j<125;j++) {;} ”，執(zhí)行這行程序時，首先執(zhí)行j=0，然后判斷j是否小于125，如果小于125則去執(zhí)行循環(huán)體（這里循環(huán)體沒有做任何工作），然后執(zhí)行j++，執(zhí)行完后再去判斷j是否小于125……如此不斷循環(huán)，直到條件不滿足（j>=125）為止。
如果用while語句來改寫，應該這么寫
j=0;
while(j<125)
{　j++;　}
　　可見，用for語句更簡單、方便。
　　如果變量初值在for語句前面賦值，則for語句中的表達式1應省略，但其后的分號不能省略。例1延時程序中有：“for(;DelayTime>0;DelayTime--){…}”的寫法，省略掉了表達式1，因為這里的變量DelayTime是由參數(shù)傳入的一個值，不能在這個式子里賦初值。
　　表達式2也可以省略，但是同樣不能省略其后的分號，如果省略該式，將不判斷循環(huán)條件，循環(huán)無終止地進行下去，也就是認為表達式始終為真。
表達式3也可以省略，但此時編程者應該另外設法保證循環(huán)能正常結(jié)束。
表達式1、2和3都可以省略，即形成如for(;;)的形式，它的作用相當于是while(1)，即構一個無限循環(huán)的過程。
　　循環(huán)可以嵌套，如上述延時程序中就是兩個for語句嵌套使用構成二重循環(huán)，C語言中的三種循環(huán)語句可以相互嵌套。
3．break語句
　　在一個循環(huán)程序中，可以通過循環(huán)語句中的表達式來控制循環(huán)程序是否結(jié)束，除此之外，還可以通過break語句強行退出循環(huán)結(jié)構。
　　例4：開機后，全部LED不亮，按下K1則從LED1開始依次點亮，至LED8后停止并全部熄滅，等待再次按下K1鍵，重復上述過程。如果中間K2鍵被按下，LED立即全部熄滅，返回起始狀態(tài)。
#include "reg51.h"
#include"intrins.h" //該文件包含有_crol_(…)函數(shù)的說明
void mDelay(unsigned int DelayTime)
{…與例1同}
void main()
{ unsigned char OutData=0xfe;
unsigned char i;
while(1)
{ P3|=0x3c;
if((P3|0xfb)!=0xff) //K1鍵被按下
{ for(i=0;i<8;i++)
{ mDelay(1000); /*延時1000毫秒*/
OutData=0xfe;
if((P3|0xf7)!=0xff) //K2鍵被按下
break;
OutData=_crol_(OutData,i);
P1&=OutData;
}
}
P1=0xff;
}
}
　　請讀者輸入程序、建立工程，使用實驗仿真板或者實驗板來驗證這一功能，注意，K2按下的時間必須足夠長，因為這里每1s才會檢測一次K2是否被按下。本程序文件夾下的exam34.avi記錄了實驗過程，可供參考。
　　程序分析：開機后，檢測到K1鍵被按下，執(zhí)行一個for(i=0;i<8;i++){…}的循環(huán)，即循環(huán)8次后即停止，而在這段循環(huán)體中，又用到了如下的程序行：“ if((P3|0xf7)!=0xff)　break;”即判斷K2是否按下，如果K2被按下，則立即結(jié)束本次循環(huán)。
　　4．continue語句
　　該語句的用途是結(jié)束本次循環(huán)，即跳過循環(huán)體中下面的語句，接著進行下一次是否執(zhí)行循環(huán)的判定。
　　Continue語句和break語句的區(qū)別是：continue語句只結(jié)束本次循環(huán)，而不是終止整個循環(huán)的執(zhí)行；而break語句則是結(jié)束整個循環(huán)過程。
　　例5：將上述例4中的break語句改為continue語句，會有什么結(jié)果？
程序分析：開機后，檢測到K1鍵被按下，各燈開始依次點亮，如果K2鍵沒有被按下，將循環(huán)8次，直到所有燈點亮，又加到初始狀態(tài)，即所有燈滅，等待K1按鍵。如果K2鍵被按下，不是立即退出循環(huán)，而只是結(jié)束本次循環(huán)，即不執(zhí)行continue語句下面的“OutData=_crol_(OutData,i);　P1&=OutData;”語句，但要繼續(xù)轉(zhuǎn)去判斷循環(huán)條件是否滿足，因此，不論K2鍵是否被按下，循環(huán)總是要經(jīng)過8次才會終止，差別在于是否執(zhí)行了上述兩行程序。如果上述程序行有一次未被執(zhí)行，意味著有一個LED未被點亮，因此，如果按下K2過一段時間（1、2s）松開，中間將會有一些LED不亮，直到最后一個LED被點亮，又回到全部熄滅的狀態(tài)，等待K1被按下。本程序文件夾中的exam35.avi記錄了實驗現(xiàn)象，可供參考。
　　練習：每點亮2個LED后，第三個LED不亮，請編程實現(xiàn)。

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