循环结构程序设计

为什么需要循环控制

循环结构或称重复结构

几乎每一种计算机高级语言都提供了循环控制,用来处理需要进行的重复操作

大多数的应用程序都会包含循环结构

循环结构和顺序结构、选择结构是结构化程序设计的3中基本结构,它们是各种复杂程序的基本构成单元。

用 while 语句实现循环

while 语句的一般形式:while (表达式) 语句

其中“语句”就是循环体。循环体只能是一个语句,可以是一个简单的语句,还可以是复合语句(用花括号包起来的若干语句)

执行循环体的次数是由循环条件控制的,这个循环条件就是“表达式”,它也成为循环条件式。

当循环条件式的值为“真”(非0)时,就执行循环,否则就不执行循环语句

在执行 while 语句时,先检查循环条件表达式的值,当为非0值(真)时,就执行 while 语句中的循环体语句;当表达式为0(假)时,不执行循环体语句

while 循环流程:

while循环的特点:先判断条件表达式,后执行循环体语句

例:求1+2+3+...+100的值


//例:求1+2+3+...+100的值

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int i = 1, sum = 0;
	while (i < 101)
	{
		sum += i;
		i++;
	}

	printf("%d\n", sum);

	return 0;
}

在VS编译器内会报C4996错误,解决见下文:(下同)

C4996 'scanf': This function or variable may be unsafe. Consider using scanf_s instead. To disable deprecation, use _CRT_SECURE_NO_WARNINGS. - EricsT - 博客园 (cnblogs.com)

运行结果:

循环体如果包含一个以上的语句,应该用花括号括起来,作为复合语句出现。如果不加花括号则 while 语句的范围只到 while 后面的第一个分号处。

循环体中应该有使循环趋向于结束的语句。

用 do...while 语句实现循环

do...while 语句的执行过程是:先执行循环体,然后再检查条件是否成立,若成立则再执行循环体。

do...while 语句的特点是:先无条件的执行循环体,然后判断循环条件是否成立

//do...while 语句的一般形式:
do
    语句
while (表达式);

do...while 循环的流程:

先执行一次指定的循环体语句,然后判别表达式,当表达式的值为非零(真)时,返回重新执行循环体语句,如此反复,直到表达式的值等于0(假)为止,此时循环结束

例:求1+2+3+...+100的值


//例:求1+2+3+...+100的值

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int i = 1, sum = 0;

	do 
	{
		sum += i;
		i++;
	} while (i < 101);

	printf("%d\n", sum);

	return 0;
}

运行结果:

对同一个问题可以用 while 语句处理,也可以用 do...while 语句处理。do...while 结构可以转换为 while 结构。

在一般情况下,用 while 语句和用 do...while 语句处理同一问题时,若二者的循环体部分是一致的,那么结果也是一致的。但是如果 while 后面的表达式一开始就是为假(0值)时,两种循环的结果是不同的,while 循环一次不进行,但是 do...while 循环会进行一次循环。

当 while 后面的表达式的第一次的值为“真”时,两种循环得到的结果相同;否则,二者结果不相同(指二者具有相同的循环体的情况)

用 for 语句实现循环

for 语句更为灵活,不仅可以用于循环次数已经确定的情况,还可以用于循环次数不确定而只给出循环结束条件的情况,它完全可以代替 while 语句

//for语句的一般形式:
for (表达式1; 表达式2; 表达式3)
    语句

3个表达式的主要作用:

  • 表达式1:设置初始条件,只执行一次。可以为零个、一个或多个变量设置初值
  • 表达式2:是循环条件表达式,用来判别是否继续循环。在每次执行循环体前先执行此表达式,决定是否继续执行循环
  • 作为循环的调整,例如使循环变量增值,它是在执行完循环体后才进行的

 

//for语句的理解:
for (循环变量赋初值; 循环条件; 循环变量增值)
    语句

for 语句的执行过程:

  1. 先求解表达式1
  2. 求解表达式2,若此条件表达式的值为真(非0)则执行 for 语句中循环体,然后执行第3步;若为假(0),则结束循环,转到第5步
  3. 求解表达式3
  4. 转回步骤2继续执行
  5. 循环结束,执行 for 语句下面的一个语句

for 循环的过程:

//for 语句的一般形式:
for (表达式1; 表达式2; 表达式3)
    语句
//改写为 while 语句:
表达式1;
while (表达式2)
{
    语句;
    表达式3;
}
//二者无条件等价

“表达式1”可以忽略,即不设置初值,但是分号不能省略

“表达式2”可以忽略,即不用“表达式2”来作为循环条件表达式,不设置和检查循环的条件

“表达式3”可以忽略

“表达式1”可以是设置循环变量初值的赋值表达式,也可以是与循环变量无关的其他表达式

“表达式3”也可以是与循环控制无关的任意表达式

“表达式1”和“表达式3”可以是一个简单的表达式,也可以是逗号表达式,即包含一个以上的简单表达式,中间用逗号间隔

在逗号表达式内按自左至右顺序求解,整个逗号表达式的值为最右边的表达式的值

“表达式2”一般是关系表达式或逻辑表达式,但也可以是数值表达式或字符表达式,只要其值为非零,就执行循环体

从终端键盘向计算机输入时,是在按 Enter 键以后才将一批数据一起送到内存缓冲区中去的。

C语言的 for 语句比其他语言(如 FORTRAN,Pascal)中的 for 语句功能强得多。可以把循环体和一些与循环控制无关的操作也作为“表达式1”或“表达式3”出现,这样程序可以短小简洁。过分的利用这一特点会使 for 语句显的杂乱,可读性降低,最好不要把与循环控制无关的内容放到 for 语句中

循环的嵌套

一个循环体内又包含另一个完整的循环结构,称为循环嵌套。内嵌的循环中还可以嵌套循环,这就是多层循环。各种语言中关于循环的嵌套的概念是一致的

3种循环( while 循环、do...while 循环和 for 循环)可以互相嵌套。

循环嵌套的例子:

几种循环的比较

3种循环都可以用来处理同一问题,一般情况下它们可以互相代替

在 while 循环和 do...while 循环中,只在 while 后面的括号内执行循环条件,因此为了使循环能正常结束,应在循环体中包含使循环趋于结束的语句

for 循环可以在“表达式3”中包含使循环趋于结束的操作,甚至可以将循环体中的操作全部放到“表达式3”中。

for 语句的功能更强,凡是用 while 循环能完成的,用 for 循环都能实现

用 while 和 do...while 循环时,循环变量初始化的操作应在 while 和 do...while 语句之前完成,而 for 语句可以在“表达式1”中实现循环变量的初始化

while 循环、 do...while 循环和 for 循环,都可以用 break 语句跳出循环,用 continue 语句结束本次循环

改变循环执行的状态

可以用 break 语句和 continue 语句来实现提前结束循环

用 break 语句提前终止循环

break 语句还可以用来宠循环体内跳出循环体,即提前结束循环,接着执行循环下面的语句

例:在全系1000学生中,征集慈善募捐,当总数达到10万元时就结束,统计此时捐款的人数,以及平均每人捐款的数目


//在全系1000学生中,征集慈善募捐,当总数达到10万元时就结束,统计此时捐款的人数,以及平均每人捐款的数目

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int iTotle = 100000;
	int iSum = 0;
	int iCount = 0;

	while (1)
	{
		int money;
		printf("请输入捐款数目\n");
		scanf("%d", &money);
		iSum += money;
		iCount++;
		if (iSum >= iTotle)
			break;
	}

	printf("捐款人数%d,平均每人捐款的数目%lf", iCount, iSum / (double)iCount);
	
	return 0;
}

运行结果:

break 语句的一般形式为:break;其作用是使流程跳到循环体之外,接着执行循环体下面的语句

break 语句只能用于循环语句和 switch 语句之中,而不能单独使用

用 continue 语句提前结束本次循环

例:要求输出100~200之间的不能被3整除的数


//要求输出100~200之间的不能被3整除的数

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	for (int i = 100; i < 201; i++)
	{
		if (0 == i % 3)
			continue;

		printf("%d\t", i);
	}

	return 0;
}

运行结果:

continue 语句的一般形式为:continue;其作用为结束本次循环,即跳过循环体中下面尚未执行的语句,转到循环体结束点之前,接着执行下一次循环

break 语句和 continue 语句的区别

continue 语句只结束本次循环,而不是终止整个循环的执行;而 break 语句则是结束整个循环过程,不再判断执行循环的条件是否成立

            

如果是双重循环,在内循环体内有一个 break 语句,是提前终止内循环,流程是跳转到内循环体之外(执行内循环体下面的语句)


#include <stdio.h>

int main(void)
{
	for (int i = 1; i < 5; i++)
	{
		for (int j = 1; j < 6; j++)
		{
			printf("%d\t", i * j);
			if (5 != j)
				continue;
			printf("\n");
		}
	}

	return 0;
}

运行结果:

循环程序举例


#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(void)
{
	double sun = 0;

	for (int i = 1; ; i += 2)
	{
		if (0 == ((i / 2) % 2))
			sun += 1.0 / i;
		else
			sun -= 1.0 / i;

		if (fabs(1.0 / i) < 1E-6)
			break;
	}

	printf("%lf", sun * 4);

	return 0;
}

运行结果:


#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int f1 = 1, f2 = 1;

	printf("%10d\t", f1);
	printf("%10d\t", f2);

	for (int i = 3; i < 41; i++)
	{
		int temp = f2;
		f2 = f1 + f2;
		f1 = temp;

		printf("%10d\t", f2);

		if (0 == (i % 5))
			printf("\n");
	}

	return 0;
}

运行结果:

例:输入一个大于 3 的整数 n,判定它是否为素数(prime,又称质数)


//输入一个大于 3 的整数 n,判定它是否为素数(prime,又称质数)

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	int n;

	while (1)
	{
		printf("请输入一个大于3的整数\n");
		scanf("%d", &n);
		if (n > 3)
			break;
	}

	for (int i = 2; i < n; i++)
	{
		if (0 == (n % i))
		{
			printf("不是素数\n");
            
			return 0;
		}
	}
	
	printf("是素数\n");
    
	return 0;
}

 运行结果:

例:求100~200间的全部素数

 


//求100~200间的全部素数

#include <stdio.h>

int main(void)
{
	for (int i = 100; i < 201; i++)
	{
		char isPrime = 1;
		for (int j = 2; j < i; j++)
		{
			if (0 == (i % j))
			{
				isPrime = 0;
				break;
			}
		}

		if (1 == isPrime)
			printf("%d\t", i);
	}

	return 0;
}

运行结果:


#include <stdio.h>

int main(void)
{
	char ch;

	while ('\n' != (ch = getchar()))
	{
		if (((ch >= 'A') || (ch <= 'Z')) || ((ch >= 'a') || (ch <= 'z')))
		{
			ch = ch + 4;

			switch (ch)
			{
			case 91:
				ch = 'A';
				break;
			case 92:
				ch = 'B';
				break;
			case 93:
				ch = 'C';
				break;
			case 94:
				ch = 'D';
				break;
			case 123:
				ch = 'a';
				break;
			case 124:
				ch = 'b';
				break;
			case 125:
				ch = 'c';
				break;
			case 126:
				ch = 'd';
				break;
			}
		}

		printf("%c", ch);
	}

	return 0;
}

运行结果: