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：
1 #include <stdio.h> 2 int main() 3 { 4 int I = 1, sum = 0; 5 while(i<=100) 6 { 7 sum += i; 8 i++; 9 } 10 printf(“sum=%d\n”,sum); 11 return 0; 12 }
1 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
1 #include <stdio.h> 2 int main() 3 { 4 int i , sum = 0; 5 printf(“please enter i=\n”); 6 scanf("%d",&i); 7 printf(“%d\n”,i); 8 while(i<=100) 9 { 10 sum += i; 11 i++; 12 } 13 printf(“sum=%d\n”,sum); 14 return 0; 15 }
运行的结果为：please enter i=100
sum = 100
（2）用do……while循环
1 #include <stdio.h> 2 int main() 3 { 4 int i , sum = 0; 5 printf(“please enter i=”); 6 scanf("%d",&i); 7 printf(“%d\n”,i); 8 do 9 { 10 sum += i; 11 i++; 12 }while(i<=100) 13 printf(“sum=%d\n”,sum); 14 return 0; 15 }
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())!=’\n’;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
1 //break语句的使用 2 #include <stdio.h> 3 int main() 4 { 5 int sum = 0; 6 int i = 0; 7 for(;i<=100;i++) 8 { 9 if(sum>=1000) //如果sum>1000提前结束循环 10 break; 11 sum += i; 12 } 13 printf("循环的次数为：%d,sum的值为：%d\n",i,sum); 14 return 0; 15 }
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
1 #include <stdio.h> 2 int main() 3 { 4 int i=1; 5 int j=0; //用®?于®¨²换?行D 6 for(;i<=100;i++) 7 { 8 if(i%3==0&&i%5==0) 9 { 10 j++; 11 printf("%d\t",i); 12 if(j%5==0) 13 printf("\n"); 14 } 15 } 16 printf("\n"); 17 return 0; 18 }
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
1 #include <stdio.h> 2 int main() 3 { 4 int i,j,n=0; 5 for(i=1;i<=4;i++) 6 { 7 for(j=1;j<=5;j++,n++) 8 { 9 if(n%5==0) 10 printf("\n"); 11 if(i==3&&j==1)break; 12 printf("%d\t",i*j); 13 } 14 } 15 printf("\n"); 16 printf("\n"); 17 printf("\n"); 18 for(i=1;i<=4;i++) 19 { 20 for(j=1;j<=5;j++,n++) 21 { 22 if(n%5==0) 23 printf("\n"); 24 if(i==3&&j==1)continue; 25 printf("%d\t",i*j); 26 } 27 } 28 return 0; 29 }
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：
1 //求Fibonacci数列前40项 2 #include <stdio.h> 3 int main(){ 4 long int f1,f2; 5 int i; 6 f1 = 1; f2 = 1; //赋初始值 7 for(i = 1;i<=20;i++){//循环20次，一次两个，结果为前40项 8 printf("%12d%12d",f1,f2);//输出 两项 9 f1=f1+f2;f2=f2+f1;//计算下面两项 10 if(i % 2 == 0) //一行四个 好看用 11 printf("\n"); 12 } 13 return 0; 14 }
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。
