C语言控制流程：循环结构
- C语言
- 2024-06-11
- 430热度
- 0评论
while循环
循环结构的必要性
前面讨论了编程中进行判断的各种方法，然而有些问题仅仅通过判断还不能解决。某些情况中，为解决一个问题常常需要重复执行一个或多个操作。例如，要求输出从1—5分别乘以10所得的乘法表。
例：输出从1—5分别乘以10所得的乘法表
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
int main()
{
int result1,result2,result3,result4,result5;
result1 = 1 * 10;
printf("1 * 10 = %d\n",result1);
result2 = 2 * 10;
printf("2 * 10 = %d\n",result2);
result3 = 3 * 10;
printf("3 * 10 = %d\n",result3);
result4 = 4 * 10;
printf("4 * 10 = %d\n",result4);
result5 = 5 * 10;
printf("5 * 10 = %d\n",result5);
}
程序编写5条语句计算乘积，再编写另外5条语句显示这些乘积。如果要求输出1—100的数与10相乘的乘法表呢？就需要重复编写100次这样的语句。这样既费时又费力。我们需要一种方法可以快速有效地执行重复性操作。在C语言中，可以通过循环结构来解决这类问题。
循环结构是程序中一种很重要的结构。其特点是，在给定条件成立时，重复执行某程序段，直到条件不成立为止。给定的条件成为循环条件，反复执行的程序段称为循环体。C语言提供了三种不同形式的循环结构：
while循环结构
用于在特定条件为真的情况下重复执行某些操作，在执行循环体之前先检查条件，一旦条件为假，循环就停止。
do—while循环结构
同样用于在特定条件为真的情况下重复执行某些任务。但是在do—while循环中，是在执行循环语句之后再检查条件。因此，在循环结束前，循环体内的语句至少会被执行一次。
for循环结构
fou循环与while循环在功能上类似，只要条件为真，就会执行循环体中的语句。同样，也是在执行循环语句之前先检查条件，但是，其语法规则与while循环有所不同。
while循环
while循环的一般语法是：
while( 表达式 )
语句；
其中，表达式是循环条件，语句为循环体。while语句的语义是：计算表达式的值，当值为真（非0）时，执行循环体语句，一旦条件为假，就停止执行循环体。如果条件在开始时就为假，则不执行循环体语句直接退出循环。
循环体语句可以是空语句、单条语句或语句集。如果是语句集，则要用“{”和“}”把它们括起来，用于循环条件的表达式必须返回真或假。
例：输出从1—10分别乘以10所得的乘法表
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
int main()
{
//声明变量num，初值为1
int num=1;
// 声明变量result,存储计算结果
int result;
while( num <=10 )
{
result = num * 10;
printf(" %d * 10 = %d \n",num,result);
//使用自增运算符，修改循环变量
num++;
}
}
程序声明了两个int类型的变量num和result，分别用来存储数字和乘积。然后，将num初始化为1，因为打算在while循环中从1开始执行乘法运算，求出1—10的数字与10的乘积，因此将while循环的条件编写为num<=10。这样确保了只要num小于等于10，就执行while循环；而当此条件变为假时，即num的值达到11时，就结束此循环。循环体中的第一个语句用num乘以10，将计算结果保存在变量result中。第二个语句输出乘法表，循环体中的最后一个语句将num的值递增1，来修改num的值。此处使用了单目自增运算符++，也可以编写为num=num+1，来替代num++。
程序中的num++非常重要，这条语句通过修改num的值来修改循环条件，直到num的值等于11，循环条件为假时退出循环。也就是说，循环条件中的变量，需要在循环中重新赋值，以逐渐改变循环条件的值，直到循环条件为假；否则循环将永远不会停止，这种循环称为“死循环”或者“无限循环”。
例：无限循环
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
int main()
{
int count=0;
while( count < 100 )
{
printf("这将没完没了，帮帮我吧！！！");
printf("试试Ctrl+C吧");
}
}
程序功能主要是演示在while循环语句中，由于缺乏改变条件的语句而导致出现无限循环的问题。
程序中while循环体内没有修改循环变量count的值，导致循环条件一直为真，造成了无限循环。
do-while循环
do-while循环与while循环的不同在于：它先执行循环体中的语句，然后再判断条件是否为真。如果为真则继续循环，如果为假，则终止循环。因此，do-while循环至少要执行一次循环语句。同样当有许多语句参加循环时，要用“{”和“}”把它们括起来。
do-while循环的一般语法是：
do{
语句;
}while(条件)
注意：在do-while语句的表达式后面必须加分号。
例【5-4】do-while循环练习
编程要求：编写一个猜数游戏，要求猜一个介于1—10之间的数字，根据用户猜测的数与标准值进行对比，并给出提示，以便下次猜测能接近标准值，直到猜中为止。
程序清单 sample.c
int main()
{
//初始化猜数的标准数值
int number = 5;
int guess = 0;
printf("猜一个介于 1 与 10 之间的数\n");
do
{
printf("请输入您猜测的数:");
scanf("%d",&guess);
if( guess > number )
printf("太大\n");
else if( guess < number )
printf("太小\n");
}while( guess != number );
printf("您猜中了：答案为 %d\n",number);
}
程序内部设置一个标准值（答案）存储到变量number中，并声明一个guess变量接收用户猜测的数值。采用do-while结构可以确保用户至少能进行一次猜数操作，在循环体内，提示用户输入要猜的数，用户输入猜测的数值后，利用if-else语句和正确答案进行判断，如果用户猜测的数值大于答案，提示用户数太大；如果用户猜测的数值小于答案，提示用户数太小。while语句后面的表达式( guess != number )用于判断循环条件是否满足,如果用户输入的数值和答案不相等，该表达式返回的结果为真，继续执行循环体，要求用户根据提示继续猜数，否则，表达式返回的结果为假，循环条件不满足，程序不再执行循环体，直接执行循环体后面的语句。
do-while语句是一种先执行循环体，然后判断条件的结构，即只有在循环体中的代码执行之后，才会判断循环条件。总的来说，循环结构在开始执行的时候，先执行循环体内的代码，然后通过while里面的条件进行判断，条件成立就继续执行循环，不成立就跳出循环，循环体内代码至少被执行一次。
嵌套循环
就像if语句可以嵌套一样，一个循环也可以嵌套在另一个循环中，一个循环中含有另一个循环就称为嵌套循环。
嵌套循环的工作原理如下：首先外循环的第一轮触发内循环，然后内循环将一直执行到完成为止，然后，外循环的第二轮再次触发内循环，此过程不断重复直到外循环结束，使用嵌套循环时，只有在内循环完全结束后，外循环才会执行下一趟循环，
一个while循环可以嵌套在另一个while循环中，示例1演示了嵌套while循环的用法。
例：while嵌套循环练习1
编程要求：用*输出一个直角三角形图案。
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
void main()
{
int nstars=1,stars;
//外层循环控制输出*的行数
while( nstars <= 10 )
{
stars = 1;
//内层循环控制打印星号的数量
while( stars <= nstars )
{
printf("*");
stars++;
}
printf("\n");
nstars++;
}
}
程序用外层循环控制输出*的行数，循环条件为nstars <= 10，nstars初始化为1，该条件允许输出10行*；内层循环控制*输出的数量，循环条件
为stars <= nstars，内层循环开始前，stars都被赋值为1，然后在内层循环体内做自增操作。
例：while嵌套循环练习2
编程要求：输入字符序列，统计输入的字符数。
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
void main()
{
int x;
char ans;
ans = 'y';
do {
x = 0;
printf("请输入字符序列:\n");
do {
scanf("%c",&ans);
x++;
}while( ans != 'q');
printf("\n输入的字符数为：%d",--x);
printf("\n是否需要输入更多字符序列(Y/N)？");
scanf("%c",&ans);
}while( ans!='N' );
}
程序首先提示用户输入字符序列，进入内层do-while循环，接收用户输入的字符序列，直到用户按下回车键并输入字符q，程序将退出内层的do-while循环。程序接着询问用户是否要输入更多的字符序列，如果用户输入y或Y，do-while外循环的条件为真，则程序将提示用户输入另一序列字符。直到用户按下除y或Y以外的任何键时，外循环才结束。
while循环和do-while循环也可以互相嵌套。例如，可以将示例1的内层while循环修改为do-while循环，或者将外层循环修改为do-while循环。
for循环
for循环语句是C语言提供的功能更强，使用更广泛的一种循环语句。C语言的for循环语句使用最为灵活，不仅可以用于循环次数已经确定的情况，而且可以用于循环次数不确定而只给出循环条件的情况，它完全可以代替while循环。
for循环的一般语法为：
for(表达式1; 表达式2; 表达式3;)
{
语句；
}
语法说明如下：
■ 表达式1：通常用来给循环变量赋初值，一般是赋值表达式，也允许在for语句外给循环变量赋初值，此时可以省略该表达式；
■ 表达式2：通常是循环条件，一般为关系表达式或逻辑表达式；
■ 表达式3： 通常可用来修改循环变量的值，一般是赋值语句。
for循环中的这三部分必须用分号隔开，组成循环体的语句可以是单条语句或一个语句集（多条语句）。
一般语法中的“语句”即为循环体语句。for语句的语义是：
（1）首先计算表达式1的值，通常为循环变量赋初值；
（2）再计算表达式2的值，即判断循环条件是否为真，若值为真则执行循环体一次，否则跳出循环；
（3）然后再计算表达式3的值，这里通常写更新循环变量的赋值表达式，然后转回第二步重复执行。
在整个for循环过程中，表达式1只计算一次，表达式2和表达式3则可能计算多次。循环体可能执行多次，也可能一次都不执行。
例：for循环练习1
编程要求：使用for循环求数的阶乘。
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
void main()
{
int number,count;
int factorial = 1;
printf("请输入任意一个正整数:");
scanf("%d",&number);
for( count=1;count<=number;count++ )
{
factorial = factorial * count;
}
printf("%d的阶乘 = %d",number,factorial);
}
程序声明了3个int类型的变量，number、count、factorial。分别用于存储输入的整数、循环变量的值、阶乘值。For循环中表达式count=1为变量赋初值，表达式count<=number作为循环条件用来测试是否继续执行循环，表达式count++用来修改循环变量的值。
for语句中的三个表达式都可以是逗号表达式，逗号表达式就是通过“逗号”隔开的多个表达式组成的表达式，逗号表达式从左往右计算。
例： for循环练习2
编程要求：使用for循环输出加法表。
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
void main()
{
int i,j,max;
printf("请输入任意一个数值:");
printf("根据这个值可以输出以下加法表\n");
scanf("%d",&max);
for( i=0,j=max;i<=max;i++,j-- )
{
printf("\n %d + %d = %d",i,j,i+j);
}
}
程序在for循环中，表达式1为逗号表达式，该表达式为循环变量i和j赋初值，执行此表达式后，i被赋值为0，j被赋予max中的当前值；表达式3也是一个逗号表达式，每次循环后，i自加1，j自减1。
前面已讨论，for循环中有三个表达式，for循环中的这三个表达式都可以省略，但要注意分号分割符合不能省略，下面分别讨论for循环中省略部分或者全部表达式的情况。
（1）省略表达式1
for循环语句中表达式1可以省略不写，此时，循环变量应在循环语句之外赋值，例如如下语句：
int i = 0；
for( ; i < 10; i++ )
{
printf("\n %d=", i*2)
}
程序输出20以内的偶数，int i = 0对循环变量进行赋值，因为循环变量i已经被赋值，此时循环语句可以省略表达式1。
（2）省略表达式2
for循环语句中的表达式2，在一定条件下也可以省略, 表达式2主要用于循环条件的判断。如果省略表达式2，就必须要在循环体中增加循环条件判断语句，如果不满足循环条件，则跳出循环。跳出循环可以用break语句，break语句将在后面介绍。省略表达式2的示例语句如下：
int i；
for( i=0;; i++ )
{
if( i >=10 )
break;
printf("\n %d=", i*2)
}
程序在循环体内增加了if( i >= 10 )条件判断语句，如果i>=10为真，则通过break语句跳出循环，如果循环体内没有跳出循环的条件判断语句，程序将进入无限循环。
（3）省略表达式3
for循环语句中的表达式3一般是用来修改循环变量的值，如果在循环体内有修改循环变量的语句，此时表达式3可以省略。例如如下语句：
int i；
for( i=0; i<10; )
{
i = i+1;
printf("\n %d=", i*2)
}
循环体内的i = i+1等同于for( ; i < 10; i++ )语句中的i++，每循环一次，i就进行加1操作，当i自增到10时，循环终止。
（4）三个表达式都省略
三个表达式都省略的情况比较少见，此时，循环体为有循环变量的赋值语句，循环体内应有修改循环变量和循环条件判断的语句，否则很容易形成无限循环。例如如下语句：
int i=0；
for( ;; ; )
{
i = i+1;
if( i >=10 )
break;
printf("\n %d=", i*2)
}
程序中int i=0为循环变量i赋初值，循环体内i = i+1修改循环变量i的值，if( i >= 10 )判断循环变量i的值是否大于等于10，如果条件为真，则跳出循环。
for循环在C编程中应用非常广泛，它不仅可以用于循环次数已经确定的情况，而且可以用于循环次数不确定而只给出循环条件的情况，它完全可以代替while循环。只要弄明白了for循环的三个表达式，就可以掌握for循环的用法，表达式1是进入第一次for循环之前运行，并且只会执行一次；表示式2是for循环的执行条件，满足这个条件后才能进入循环里面的语句；表达式3是在执行一次循环后执行的语句。
循环跳出
有时可能不知道循环将要执行的次数，终止循环的条件可在以后确定，所以需要提供一种机制在条件满足的时候跳出循环。有时候，我们需要根据条件跳过循环中的一些语句。Java语言提供了break和continue两个关键字，用于改变程序的控制流。
break语句
break语句通常用在前面介绍过的switch语句及循环语句中。当break语句用于switch语句时，可使程序跳出switch语句而执行switch语句之后的语句；当break语句用于while、do-while、for循环语句时，可使程序终止循环而执行循环后面的语句。
break语句实际上就是为了使人能方便地描述从循环执行中退出的动作。通常应把break语句放在条件语句控制之下，以便在某些条件成立时立即结束循环。
例：break语句练习
编程要求：使用break语句退出循环。
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
void main()
{
int i= 0;
while(i<7)
{
i++;
printf("\n 第%d次循环",i);
if(i==5)
{
printf("\n i==5 跳出循环，程序结束", i);
break;
}
}
}
该循环在变量i的值等于5时，满足条件，然后执行break语句，结束整个循环，循环语句后面没有其它语句可执行，程序退出。
continue语句
continue语句只能用在循环里。continue语句的作用是跳过循环体中剩余的语句而准备执行下一次循环。对于while和do-while循环，continue执行之后的动作是条件判断；对于for循环，随后的动作是变量更新。
注意break语句和continue语句的差别。break语句导致循环终止，使程序控制流转向这个循环语句之后；而continue引起的则是循环内部的一次控制转移，使执行控制跳到循环体的最后，相当于跳过循环体里这个语句后面的那些语句，继续下一次循环，下图说明了break语句和continue语句引起的控制转移的情况。
图 5-2 break和continue语句引起的控制转移
例：continue语句练习
编程要求：求整数1—100的累加值，但要求跳过所有个位为3的数。
提示：在循环中加一个判断，如果该数个位是3，就跳过该数不加。如何判断1到100中的那些整数的个位是3呢，还是使用取余运算符“%”，将一个正整数，除以10以后余数是3，就说明这个数的个位为3。
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
void main()
{
int i;
int sum = 0;
for( i =1; i<=100; i++ )
{
if( i % 10 == 3 )
{
continue;
}
sum += i;
}
printf("sum = %d",sum);
}
程序检查i除以10的余数是否等于3，如果是，则意味该数的个位数是3，这种情况下，将使用continue语句跳过后续语句，然后转向for循环的表达式3更新循环变量，继续下一次循环。
和break语句一样，continue语句通常在循环中与条件语句一起使用，用来控制循环。在循环中遇到continue语句后，就不会执行该循环中位于continue后的任何语句。continue语句用于结束当次循环，继续下一次循环。
or嵌套循环
for循环也可以嵌套，它可以和for循环结构，也可以和while循环结构混合嵌套。
嵌套循环时，必须将被嵌套的循环语句完整地包含在外层循环的循环体内，下面给出嵌套循环的示例。
例：for循环嵌套练习
编程要求：用“*”输出一个菱形图案，图案如下:
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
void main()
{
int i, j, k;
// 先打印上边的四行
for (i = 1; i <= 4; i++) {
// 控制要打印的空格数
for (j = 1; j <= 4 - i; j++)
printf(" ");
// 控制要打印的星号数
for (k = 1; k <= 2 * i - 1; k++)
printf("*");
printf("\n");
}
// 打印下边的三行
for (i = 1; i <= 3; i++) {
// 控制要打印的空格数
for (j = 1; j <= i; j++)
printf(" ");
// 控制要打印的星号数
for (k = 1; k <= 7 - 2 * i; k++)
printf("*");
printf("\n");
}
}
程序分为两部分循环，第一部分循环输出菱形图案的上边四行，最外层循环控制输出的行数，内层嵌套了两个for循环，第一个嵌套循环输出打印的空格数，第二个嵌套循环输出打印的星号数；第二部分循环输出菱形图案的下边三行，原理和第一部分循环相同。
例：for循环嵌套练习
编程要求：打印输出100至200之间的全部素数。
提示：素数是指能被1和它本身整除的数。算法比较简单，先将这个数被2除，如果能整除，且该数又不等于2，则该数不是素数。如果该数不能被2整除，再看是否能被3整除，并且该数不等于3，则该数不是素数，否则再判断是否能被4整除，依次类推，该数只要是能被小于其本身的某个数整除时，就不是素数。
程序清单 sample.c
#include <stdio.h>
void main()
{
int i, j, n;
n = 0;
for (i = 100; i <= 200; i++) {
j = 2;
// 从2到i之间寻找第一个能被整除的数
while (i % j != 0)
j++;
// 如果第一个能被整除的数等于该数本身，则说明该数为素数
if (i == j) {
printf("%4d", i);
n++;
// 控制每行输出8个素数
if (n % 8 == 0)
printf("\n");
}
}
printf("\n");
}
程序外层循环控制输出100至200之间的数，内层的while循环用于找寻从2到该数之间第一个能被整除的数，内层循环判断条件为i%j != 0，其中i为当前要判断是否是素数的数，j为从2开始循环递增的数，如果i%j != 0，则说明i不能被j整除，j自增后程序继续执行while循环，如果i%j == 0，则说明i能被j整除，程序跳出while循环，循环后面的if语句判断i与j是否相等，如果相等，则说明i为素数，程序输出i。
