C语言循环的实现

在C语言中采用3中语法来实现循环,它们分别是while、for、do while,本文将分别说明这三种循环的实现,并对它们的运行效率进行比较。

do while

首先来看do while的实现:下面是简单的代码:

1
2
3
4
5
6
7
int nCount = 0;
int nMax = 10;
do
{
nCount++;
} while (nCount < nMax);
return 0;

下面对应的是它的汇编代码:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
9:        int nCount = 0;
00401268 mov dword ptr [ebp-4],0
10: int nMax = 10;
0040126F mov dword ptr [ebp-8],0Ah
11: do
12: {
13: nCount++;
00401276 mov eax,dword ptr [ebp-4]
00401279 add eax,1
0040127C mov dword ptr [ebp-4],eax
14: } while (nCount < nMax);
0040127F mov ecx,dword ptr [ebp-4];exc = nCount
00401282 cmp ecx,dword ptr [ebp-8];比较nCount 和 nMax的值
00401285 jl main+26h (00401276);跳转到循环体中
15: return 0;
00401287 xor eax,eax

在汇编代码中首先执行了一次循环体中的操作,然后判断,当条件满足时会跳转回循环体,然后再次执行,当条件不满足时会接着执行后面的语句。
这个过程可以用goto来模拟:

1
2
3
4
5
6
    int nCount = 0;
int nMax = 10;
__WHILE:
nCount++;
if(nCount < nMax)
goto __WHILE;

while循环

不同于do while的先执行再比较,while采取的是先比较再循环的方式,下面是一个while的例子:

1
2
3
4
5
6
int nCount = 0;
int nMax = 10;
while (nCount < nMax)
{
nCount++;
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
00401268   mov         dword ptr [ebp-4],0
10: int nMax = 10;
0040126F mov dword ptr [ebp-8],0Ah
11: while (nCount < nMax)
00401276 mov eax,dword ptr [ebp-4]
00401279 cmp eax,dword ptr [ebp-8]
0040127C jge main+39h (00401289)
12: {
13: nCount++;
0040127E mov ecx,dword ptr [ebp-4]
00401281 add ecx,1
00401284 mov dword ptr [ebp-4],ecx
14: }
00401287 jmp main+26h (00401276)
15: return 0;
00401289 xor eax,eax

从汇编代码上可以看出,执行while循环时会有两次跳转,当条件不满足时会执行一次跳转,跳转到循环体外,而条件满足,执行完一次循环后,会再次跳转到循环体中,再次进行比较。相比于do while来说,while执行了两次跳转,效率相对较低。

for 循环

for循环是首先进行初始化操作然后进行比较,条件满足时执行循环,再将循环变量递增,最后再次比较,执行循环或者跳出。下面是for的简单例子:

1
2
3
4
5
int nMax = 10;
for (int i = 0; i < nMax; i++)
{
printf("%d\n", i);
}

下面是它对应的汇编代码:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
9:        int nMax = 10;
00401268 mov dword ptr [ebp-4],0Ah
10: for (int i = 0; i < nMax; i++)
0040126F mov dword ptr [ebp-8],0 ;初始化循环变量
00401276 jmp main+31h (00401281);跳转到比较操作处
00401278 mov eax,dword ptr [ebp-8]
0040127B add eax,1
0040127E mov dword ptr [ebp-8],eax;这三句话实现的是循环变量自增操作
00401281 mov ecx,dword ptr [ebp-8];ecx = i
00401284 cmp ecx,dword ptr [ebp-4];比较ecx与i
00401287 jge main+4Ch (0040129c);跳转到循环体外
11: {
12: printf("%d\n", i);
00401289 mov edx,dword ptr [ebp-8]
0040128C push edx
0040128D push offset string "%d\n" (0042e01c)
00401292 call printf (00401540)
00401297 add esp,8
13: }
0040129A jmp main+28h (00401278);跳转到i++位置
14: return 0;
0040129C xor eax,eax

从上面的汇编代码可以看出for循环的效率最低,它经过了3次跳转,生成对应的汇编代码上,初始化操作后面紧接着是循环变量自增操作,所以首先在完成初始化后会进行一次跳转,跳转到判断,然后根据判断条件再次跳转或者接着执行循环体,最后当循环完成后会再次跳转到循环变量自增的位置,同样采用goto语句来模拟这个操作:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
    int nMax = 10;
int i = 0;
goto __CMP;
__ADD:
i++;
__CMP:
if (i >= nMax)
{
goto __RETURN;
}

__LOOP:
printf("%d\n", i);
goto __ADD;
__RETURN:
return 0;

continue语句

continue用于结束这次循环进入下一次循环,下面采用最复杂的for循环来说明continue语句:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
int nMax = 10;
int i = 0;
for(;i < nMax; i++)
{
if (i == 6)
{
continue;
}
}

下面是它对应的汇编代码:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
00401268   mov         dword ptr [ebp-4],0Ah
10: int i = 0;
0040126F mov dword ptr [ebp-8],0
11: for(;i < nMax; i++)
00401276 jmp main+31h (00401281)
00401278 mov eax,dword ptr [ebp-8]
0040127B add eax,1
0040127E mov dword ptr [ebp-8],eax
00401281 mov ecx,dword ptr [ebp-8]
00401284 cmp ecx,dword ptr [ebp-4]
00401287 jge main+43h (00401293)
12: {
13: if (i == 6)
00401289 cmp dword ptr [ebp-8],6;
0040128D jne main+41h (00401291);条件不满足组跳转到循环结束处
14: {
15: continue;
0040128F jmp main+28h (00401278)
16: }
17: }
00401291 jmp main+28h (00401278)
18: return 0;
00401293 xor eax,eax

从上面的汇编代码可以看到,continue语句也是一个跳转语句,它会直接跳转到循环体的开始位置。对于for来说相对特殊一些(我觉得循环变量自增并不属于循环体),由于第一次进入循环时并没有执行循环变量自增,所以它会跳转到循环变量自增的位置,其他则直接到循环开始处。