第5章 简单的C程序设计——循环结构程序设计

5.1 为什么需要循环控制

前面介绍了程序中常用到的顺序结构和选择结构，但是只有这两种结构是不够的，还需要用到循环结构（或称重复结构）。因为在程序所处理的问题中常常遇到需要重复处理的问题。

  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。

5.2 用while语句实现循环

while语句先判断是否符合条件，若符合，则执行while后面的语句（称为循环体）。

while语句的一般形式如下：

while(表达式)语句

其中的“语句”就是循环体。循环体可以是一句语句，也能是复合语句（用花括号括起来的若干条语句）。执行循环体的次数是由循环条件控制的，这个村换条件就是上面一般形式的”表达式”，它称为循环条件表达式，当表达式的值为“true”（以非0值表示），就执行循环体语句，为“false”（以0表示），就不执行循环体结构。

while语句可简单地记为：只要当循环条件表达式为真(即给定的条件成立)，就执行循环体语句。

注意：while循环的特点是：先判断条件表达式，后执行循环体语句。

例：求1+2+3+……+100

编写程序：

#include <stdio.h>
int main()
{
         int I = 1, sum = 0;
         while(i<=100)
        {
             sum += i;
             i++;
        }
    printf(“sum=%d
”,sum);
    return 0;
}    

运行结果：sum=5050

循环分析：

（1）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1个分号处。如，本例中while语句中如雾化括弧啊，则while语句范围只到“sum += I;”编程死循环

（2）不要忽略给i和sum赋赋值（这是未进行累加前的初始情况），否则它们的值是不可预测的，结果显然不正确。可上机测试看看

（3）在循环体中应有使循环趋向于结束的语句。如，本例中使用i++;语句来达到此目的。

5.3 用do……while语句实现循环

除了while语句以外，C语言还提供了do……while语句来实现循环结构。如：

int I = 1;

do{

         printf(“%d”,i++);

}while(i<=100);

它的作用是：执行(do表示“做”)printf语句，然后检查i的值，当i小于或等于100时，就返回执行循环体（printf语句），直至i大于100为止。也可写成

do

         printf(“%d”,i++);

while(i<=100);

为了使程序清晰、易读，简易把循环体用花括号括起来。

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，再执行循环体。这是和while语句是不同的。

注意：do……while语句的特点是：先无条件地执行循环体，然后判断循环条件是否成立。

do……while语句的一般形式为

do

         语句

while（表达式）;

其中的“语句”就是循环体。

过程：先执行一次循环体语句，然后再判别表达式，当表达式的值为“true”（以非0值表示），就执行循环体语句，为“false”（以0表示），就不执行循环体结构。

例：while和do……while循环的比较

（1）用while循环

#include <stdio.h>
int main()
{
         int i , sum = 0;
         printf(“please enter i=
”);
         scanf("%d",&i);
         printf(“%d
”,i);
         while(i<=100)
         {
                  sum += i;
                  i++;
         }
         printf(“sum=%d
”,sum);
         return 0;
}

运行的结果为：please enter i=100

sum = 100

（2）用do……while循环

#include <stdio.h>
int main()
{
         int i , sum = 0;
         printf(“please enter i=”);
         scanf("%d",&i);
         printf(“%d
”,i);
         do
         {
                  sum += i;
                  i++;
         }while(i<=100)
         printf(“sum=%d
”,sum);
         return 0;
}

运行的结果为：please enter i=100

sum = 201

两者的区别：对while循环来说，一次也不执行循环体（表达式“i<=10”的值为假），而对do……while循环语句来说则至少要执行一次循环体。结论：当while后面的表达式的第1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）。

5.4 用for语句实现循环

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是：

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，用来判断是否继续循环。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。

表达式3：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。

这样，for语句就可以理解为

for(循环变量赋初值;循环条件;循环变量增值)

         语句

例：

         for(i = 1;i<=100;i++)

                  sum += I;

for语句执行的过程如下：

（1）先求解表达式1.把整数1赋给变量i

（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，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执行过程与下面一致

i = 1;

while(i<=100)

{

         sum = sum+i;

         i++;

}

显然，用for语句简单、方便

说明：

(1)for语句的一般形式

for(表达式1;表达式2;表达式3)语句

可以改写成while循环的形式：

表达式1;

while (表达式2)

{

         语句

         表达式3

}

二者无条件等价。

(2)“表达式1”可以省略，即不设置初值，但“表达式1”后的分号不能省略。如：

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

注意：由于省略了“表达式1”，没有对循环变量赋初值；因此，为了能正常执行循环，应该在for语句之前给循环变量赋以初值。

 (3)“表达式2”也可以省略，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。如：

 for(i=1;;i++) sum = sum +i;

此时循环无终止地执行下去，相当于

i = 1;

while(1)

{

         sum = sum+I;

         i++;

}

(4)表达式3可以省略，但此时程序设计者应另外设法保证循环能正常结束。

for(i=1;i<=100;)

{      

sum = sum +i;

i++;

}

(5)如果表达式1和表达式3都没有，只有表达式2，即只给循环条件，情况会怎么样？如：

for(;i<=100;)

{      

sum = sum +i;

i++;

}

应当在for语句前给循环变量赋初值，否则循环无法正常进行；即

i = 1;

for(;i<=100;)

{      

sum = sum +i;

i++;

}

相当于：
i = 1;

while(i<=100)

{

         sum = sum + i;

         i++;

}

(6)甚至可以将3个表达式都可省略，如：

for(;;)

{      

sum = sum +i;

i++;

}

相当于

while(1)

{

         sum = sum + i;

         i++;

}

当然，这是没有实用价值的，只是用于学习这种写法也是可以的。

(7)表达式1可以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。如：

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

(8)表达式1和表达式3可以是一个简单的表达式，也可是逗号表达式，即包含一个以上的简单表达式，中间用逗号间隔。

for(sum=0,i=1 ; i<=100 ; i++) sum = sum + i;

或

for(i=0, j=100;i<=100;i++,j--) k = i+j;

在逗号表达式内按自左向右顺序求解，整个逗号表达式的值为最后边的表达式的值。如：

for(i=1;i<=100;i++,i++) sum = sum + i;

等价于

for(i=1;i<=100;i=i+2) sum = sum +i;

(9)表达式2一般是关系表达式（如i<=100）或逻辑表达式（如a<b&&x<y），但也可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。如：

for(i = 0; (c = getchar())!=’ ’;i+=c);

注意：此for语句的循环体为空语句，把本来要在循环体内处理的内容放在表达式3中，作用是一样的。

(10)C99允许在for语句的“表达式1”中定义标量并赋初值，如：

for(int i=1;i<=100;i++) sum = sum + i;

5.5 循环的嵌套

一个循环体内又包含另一个完整的循环结构，称为循环的嵌套。内嵌的循环中还可以嵌套循环，这就是多层循环。

3种循环（while循环、fo…while循环、for循环）可以相互嵌套。下面是合法的格式：

(1)
while ()
{ 　　……
　　while()//内层循环
　　{……}
}
(2)
do
{
　　……
　　do
　　{
　　　　……
　　}while ();//内层循环
}while ();

(3)
for(;;)
{
　　for(;;)//内层循环
　　{……}
}
(4)
while()
{
　　……
　　do
　　{　　
　　　　……
　　}while ();//内层循环
……
}

(5)
for(;;)
{
　　……
　　while()//内层循环
　　{
　　　　……
　　}
　　……
}

(6)
do
{
　　……
　　for(;;)//内层循环
　　{……}
}while ();

5.6几种循环的比较

(1)3中循环都可以用来处理同一问题，一般情况下它们可以相互代替。

(2)在while循环和do…while循环中，只在while后面的括号内指定循环条件，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(如i++或i+=1等)

  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。因此for循环的功能更强，凡是用while循环能完成的，for循环也能胜任。

(3)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实现循环变量的初始化。

(4)while循环、do…while循环、for循环，都可以用break语句跳出循环，用continue语句结束本次循环（break语句和continue语句见后面）

5.7 改变循环执行的状态

5.7.1 用break语句提前结束循环。

例：当sum大于或等于1000时循环结束

//break语句的使用
#include <stdio.h>
int main()
{
    int sum = 0;
    int i = 0;
    for(;i<=100;i++)
    {
        if(sum>=1000)        //如果sum>1000提前结束循环
            break;
        sum += i;
    }
    printf("循环的次数为：%d,sum的值为：%d
",i,sum);
    return 0;
}

break语句的一般形式：

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。

注意：break语句只能用于循环语句和switch语句之中，而不能单独使用。

5.7.2 用continue语句提前结束本次循环

   有时并不希望终止整个循环的操作，而只希望提前结束本次循环，而接着执行下次循环。这种情况可以使用continue语句

例：要求输出1~100能被3和5同时整除的数

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i=1;
    int j=0;     //用®?于®¨²换?行D
    for(;i<=100;i++)
    {
         if(i%3==0&&i%5==0)
         {
             j++;
             printf("%d	",i);
             if(j%5==0)
                  printf("
");
         }
    }
    printf("
");
    return 0;
}

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，转到执行体结束点之前，接着执行for语句中的“表达式3”，然后进行下一次是否执行循环的判断。

5.7.3 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，不在判断执行循环的条件是否成立。如，下列两种循环结构：

(1)while(表达式1)

{

         ……

         if(表达式2) break;

         ……

}

(2)while(表达式1)

{

         ……

         if(表达式2) continue;

         ……

}

例：通过下列对照，比较break语句和continue的区别

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i,j,n=0;
    for(i=1;i<=4;i++)
    {
         for(j=1;j<=5;j++,n++)
         {
             if(n%5==0)
                  printf("
");
             if(i==3&&j==1)break;
             printf("%d	",i*j);
         }
    }
    printf("
");
    printf("
");
    printf("
");
         for(i=1;i<=4;i++)
    {
         for(j=1;j<=5;j++,n++)
         {
             if(n%5==0)
                  printf("
");
             if(i==3&&j==1)continue;
             printf("%d	",i*j);
         }
    }
    return 0;
}

5.8循环程序的举例

例：fibonacci数列的前40个数。这个数列有如下特点：第1,2两个数为1,1,从第3个数开始，该数是其前面两个数之和。即：

                                                             F1 = 1                (n=1)

                                                             F2 = 1                (n=2)

                                                             Fn = Fn-1 +Fn-2 (n>=3)

当然，这个数列有另一个故事，那就是兔子繁殖的问题；有一堆兔子，有1对兔子，从出生后第三个月起每个月都生1对兔子 ，小兔子长到第三个月后每个月又生1对兔子，假如兔子都不死 ，问每个月的兔子总数为多少？

解题思路：最简单易懂的方法就是，根据题意，从前2个月的兔子数可以推出第3个月的兔子数。设第1个月的兔子数为f1 = 1，第2个月的兔子数f2 = 1，则第3个月的兔子数f3 = f1+f2.然后第4个月就是 f4 = f3 +f2.当然，我们不是手动去写出相加40项，用循环即可。

编写程序：

//求Fibonacci数列前40项
#include <stdio.h>
int main(){
         long int f1,f2;
         int i;
         f1 = 1;      f2 = 1; //赋初始值
         for(i = 1;i<=20;i++){//循环20次，一次两个，结果为前40项
                  printf("%12d%12d",f1,f2);//输出 两项
                  f1=f1+f2;f2=f2+f1;//计算下面两项
                  if(i % 2 == 0)  //一行四个 好看用
                          printf("
");
         }
        return 0;
}    

程序分析：程序共应输出40个月的兔子数。为了能更好的容纳兔子数量，所以应该定义为long int型。我们在循环体中一次求出下两个月的兔子数。且用f1和f2两个变量即可。