C语言系统化精讲(五): 循环控制语句

文章目录

  • 一、C语言while循环和do while循环详解
    • 1.1 while循环
    • 1.2 do-while循环
  • 二、C语言for循环(for语句)详解
    • 2.1 基本使用
    • 2.2 for循环的变体
    • 2.3 for语句中的逗号应用
  • 三、C语言break和continue用法详解(跳出循环)
    • 3.1 break关键字
    • 3.2 continue语句
  • 四、C语言循环嵌套详解
  • 五、对C语言选择结构和循环结构的总结
    • 5.1 选择结构
    • 5.2 循环结构

公积金是国家机关、国有企业、城镇集体企业、外商投资企业、城镇私营企业及其他城镇企业、事业单位、民办非企业单位、社会团体(以下统称单位)及其在职职工缴存的长期住房储金。使用公积金买房贷款的利息点比商业贷款低很多,能够为买房者剩下很大一比钱,所以如果职员有公积金,都会选择使用公积金贷款买房。本示例就来模拟用公积金买房子,计算每个月需要月供的钱数,具体代码如下所示:
C语言系统化精讲(五): 循环控制语句_第1张图片
从代码中可以看到,有很多熟悉的单词,例如 double,scanf,printf 以及有很多运算符计算等,除此之外,还有就是红色框中的 for,接下来我们简单的了解一下。

  1. 三个 i 即循环语句的条件。第一个 i 是循环的初始值;第二个 i 是循环的长度;第三个 i 是改变 i 的值,让改变之后的值与第二个 i 进行比较。
  2. 大括号 {} 即循环语句块的 分割标志 循环的部分就是大括号 {} 里的语句块,也就是代码的 sum*=1.049 这句代码。

以上就是简单的介绍了 for 语句的使用情况,具体的 for 语句用法我们会在下面的小节详细讲解,当然除了 for 循环控制语句之外,还有其他的循环语句,接下来就来详解介绍每种循环语句的使用方法及对应的流程图。

一、C语言while循环和do while循环详解

1.1 while循环

while 循环的一般形式为:

while(表达式){
    语句块
}

意思是,先计算 表达式 的值,当值为 真(非0) 时, 执行 语句块; 执行完 语句块,再次计算表达式的值,如果为真,继续执行 语句块 …… 这个过程会一直重复,直到表达式的值为 假(0), 就退出循环,执行 while 后面的代码。while 语句执行的流程如下图所示:
C语言系统化精讲(五): 循环控制语句_第2张图片
我们通常将 表达式 称为循环条件,把 语句块 称为循环体,整个循环的过程就是不停判断循环条件、并执行循环体代码的过程。

用 while 循环计算1加到100的值:

/*================================================================
*   Copyright (C) 2023 AmoXiang All rights reserved.
*   
*   文件名称:06-while.c
*   创 建 者:AmoXiang
*   创建日期:2023年10月16日 16:26:05
*   描    述:
*
================================================================*/


#include 
int main(){
    int sum = 0, i = 1;
    while(i<=100){
        sum += i;
        i++;
    }
    printf("1-100的和为:%d\n", sum);
}

程序运行结果如下图所示:
C语言系统化精讲(五): 循环控制语句_第3张图片
代码分析:

  1. 程序运行到 while 时,因为 i=1,i<=100 成立,所以会执行循环体;执行结束后 i 的值变为 2,sum 的值变为 1。
  2. 接下来会继续判断 i<=100 是否成立,因为此时 i=2,i<=100 成立,所以继续执行循环体;执行结束后 i 的值变为 3,sum 的值变为 3。
  3. 重复执行步骤 2。
  4. 当循环进行到第100次,i 的值变为 101,sum 的值变为5050;因为此时 i<=100 不再成立,所以就退出循环,不再执行循环体,转而执行 while 循环后面的代码。

while 循环的整体思路是这样的:设置一个带有变量的循环条件,也即一个带有变量的表达式;在循环体中额外添加一条语句,让它能够改变循环条件中变量的值。这样,随着循环的不断执行,循环条件中变量的值也会不断变化,终有一个时刻,循环条件不再成立,整个循环就结束了。

如果循环条件中不包含变量,会发生什么情况呢?

循环条件成立时的话,while 循环会一直执行下去,永不结束,成为 死循环 例如:

/*================================================================
*   Copyright (C) 2023 AmoXiang All rights reserved.
*   
*   文件名称:07-while.c
*   创 建 者:AmoXiang
*   创建日期:2023年10月16日 16:33:07
*   描    述:
*
================================================================*/

#include 
int main(){
    while(1){
    	//运行程序,会不停地输出1,直到用户强制关闭。
        printf("1\n");   
    }
    return 0;
}

循环条件不成立的话,while 循环就一次也不会执行。例如:

#include 
int main(){
    while(0){
     	//运行程序,什么也不会输出
        printf("1\n");
    }
    return 0;
}

1.2 do-while循环

除了 while 循环,在C语言中还有一种 do-while 循环。do-while 循环的一般形式为:

do{
    语句块
}while(表达式);

do-while 循环与 while 循环的不同在于:它会先执行 语句块 然后再判断表达式是否为真,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 语句块

示例:用 do-while 计算1加到100的值。

/*================================================================
*   Copyright (C) 2023 AmoXiang All rights reserved.
*   
*   文件名称:09-do-while.c
*   创 建 者:AmoXiang
*   创建日期:2023年10月16日 16:45:27
*   描    述:
*
================================================================*/


#include 
int main(){
    int i = 1, sum = 0;
    do{
        sum += i;
        i++;
    }while(i <= 100);
    printf("1-100的和为:%d\n", sum);
    return 0;    
}

程序运行结果如下图所示:
C语言系统化精讲(五): 循环控制语句_第4张图片
注意: 在使用 do…while 语句时,循环条件要放在 while 关键字后面的括号中,最后必须加上一个分号,这是许多初学者容易忘记的。
C语言系统化精讲(五): 循环控制语句_第5张图片
while 循环和 do-while 各有特点,大家可以适当选择,实际编程中使用 while 循环较多。

二、C语言for循环(for语句)详解

2.1 基本使用

除了 while 循环,C语言中还有 for 循环,它的使用更加灵活,完全可以取代 while 循环。

#include 
int main(){
    int i, sum=0;
    i = 1;  //语句①
    while(i<=100 /*语句②*/ ){
        sum+=i;
        i++;  //语句③
    }
    printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

可以看到,语句①②③被放到了不同的地方,代码结构较为松散。为了让程序更加紧凑,可以使用 for 循环来代替,如下所示:

#include 
int main(){
    int i, sum=0;
    for(i=1/*语句①*/; i<=100/*语句②*/; i++/*语句③*/){
        sum+=i;
    }
    printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

在 for 循环中,语句①②③被集中到了一起,代码结构一目了然。for 循环的一般形式为:

for(表达式1; 表达式2; 表达式3){
    语句块
}
//执行过程为:
//(1)先执行 表达式1
//(2)再执行 表达式2,如果它的值为真(非0),则执行循环体,否则结束循环
//(3) 执行完循环体后再执行 表达式3
//(4)重复执行步骤 (2) 和 (3),直到 表达式2 的值为假,就结束循环。

//上面的步骤中,(2) 和 (3) 是一次循环,会重复执行,for 语句的主要作用就是不断执行步骤 (2) 和 (3)。

表达式1 仅在第一次循环时执行,以后都不会再执行,可以认为这是一个初始化语句。表达式2 一般是一个关系表达式,决定了是否还要继续下次循环,称为 循环条件 表达式3 很多情况下是一个带有自增或自减操作的表达式,以使循环条件逐渐变得 不成立 for 循环的执行过程可用下图表示:
C语言系统化精讲(五): 循环控制语句_第6张图片
我们再来分析一下 计算从1加到100的和 的代码:

#include 
int main(){
    int i, sum=0;
    for(i=1; i<=100; i++){
        sum+=i;
    }
    printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

代码分析:

  1. 执行到 for 语句时,先给 i 赋初值1,判断 i<=100 是否成立;因为此时 i=1,i<=100 成立,所以执行循环体。循环体执行结束后(sum 的值为1),再计算 i++。
  2. 第二次循环时,i 的值为2,i<=100 成立,继续执行循环体。循环体执行结束后(sum 的值为3),再计算 i++。
  3. 重复执行步骤 2,直到第101次循环,此时 i 的值为101,i<=100 不成立,所以结束循环。

由此我们可以总结出 for 循环的一般形式:

for(初始化语句; 循环条件; 自增或自减){
    语句块
}

2.2 for循环的变体

通过 2.1 小节的学习可知 for 语句的一般形式中有3个表达式。在实际程序的编写过程中,对这3个表达式可以根据情况进行省略,接下来对不同情况进行讲解。

(1) for 语句中省略表达式1

for 语句中第一个表达式的作用是对循环变量设置初值。如果省略 for 语句中的表达式1,就需要在 for 语句之前给循环变量赋值。for 语句中省略表达式1的示例代码如下:
C语言系统化精讲(五): 循环控制语句_第7张图片
(2) for 语句中省略表达式2

如果表达式2省略,即不判断循环条件,则循环将无终止地进行下去,也即默认表达式2始终为真。例如:
C语言系统化精讲(五): 循环控制语句_第8张图片
(3) for 语句中省略表达式3

表达式3也可以省略。例如:

int number;
for(number=1; number<=20;) // 省略表达式3
{
	sum=sum+ number;
}

这段代码没有改变 number 变量值的代码,循环将会无终止的进行。如果想要程序循环能正常结束,就将代码改为如下形式:

int number;
for(number=1; number<=20;) // 省略表达式3
{
	sum=sum+ number;
    number++;
} //经过修改之后,循环就能正常运行

2.3 for语句中的逗号应用

在 for 语句中的表达式1和表达式3处,除了可以使用简单的表达式外,还可以使用逗号表达式。即包含一个以上的简单表达式,中间用逗号间隔。例如在表达式1处为变量 iCount 和 iSum 设置初始值,代码如下:

for(iSum=0,iCount=1; iCount<100; iCount++)
{
	iSum = iSum + iCount;
}

或者执行循环变量自加操作两次,代码如下:

for(iCount=1;iCount<100;iCount++,iCount++)
{
	iSum=iSum+iCount;
}

表达式1和表达式3都是逗号表达式,在逗号表达式内按照自左至右顺序求解,整个逗号表达式的值为其中最右边的表达式的值。例如:

for(iCount=1;iCount<100;iCount++,iCount++)
//就相当于:
for(iCount=1;iCount<100;iCount+=2)

三、C语言break和continue用法详解(跳出循环)

使用 while 或 for 循环时,如果想提前结束循环(在不满足结束条件的情况下结束循环),可以使用 break 或 continue 关键字。

3.1 break关键字

当 break 关键字用于 while、for 循环时,会终止循环而执行整个循环语句后面的代码。break 关键字通常和 if 语句一起使用,即满足条件时便跳出循环。使用 while 循环计算1加到100的值:

#include 
int main(){
    int i=1, sum=0;
    while(1){  //循环条件为死循环
        sum+=i;
        i++;
        if(i>100) break;
   }
    printf("%d\n", sum);
    return 0;
}

while 循环条件为 1,是一个死循环。当执行到第 100 次循环的时候,计算完 i++; 后 i 的值为 101,此时 if 语句的条件 i> 100 成立,执行 break; 语句,结束循环。在多层循环中,一个 break 语句只向外跳一层。例如,输出一个 4*4 的整数矩阵:

/*================================================================
*   Copyright (C) 2023 AmoXiang All rights reserved.
*   
*   文件名称:10-break.c
*   创 建 者:AmoXiang
*   创建日期:2023年10月16日 17:37:06
*   描    述:
*
================================================================*/

#include 
int main(){
    int i=1, j;
    while(1){  // 外层循环
        j=1;
        while(1){  // 内层循环
            printf("%-4d", i*j);
            j++;
            if(j>4) break;  //跳出内层循环
        }
        printf("\n");
        i++;
        if(i>4) break;  // 跳出外层循环
    }
    return 0;
}

程序运行结果如下图所示:
C语言系统化精讲(五): 循环控制语句_第9张图片
当 j>4 成立时,执行 break;,跳出内层循环;外层循环依然执行,直到 i>4 成立,跳出外层循环。内层循环共执行了4次,外层循环共执行了1次。

3.2 continue语句

continue 语句的作用是跳过循环体中剩余的语句而强制进入下一次循环。continue 语句只用在 while、for 循环中,常与 if 条件语句一起使用,判断条件是否成立。来看一个例子:

/*================================================================
*   Copyright (C) 2023 AmoXiang All rights reserved.
*   
*   文件名称:11-continue.c
*   创 建 者:AmoXiang
*   创建日期:2023年10月16日 17:41:13
*   描    述:
*
================================================================*/


#include 
int main(){
    char c = 0;
    while(c!='\n'){  //回车键结束循环
        c=getchar();
        if(c=='4' || c=='5'){  //按下的是数字键4或5
            continue;  //跳过当次循环,进入下次循环
        }
        putchar(c);
    }
    return 0;
}

程序运行结果如下图所示:
C语言系统化精讲(五): 循环控制语句_第10张图片
程序遇到 while 时,变量 c 的值为 '\0' 循环条件 c!='\n' 成立,开始第一次循环。getchar() 使程序暂停执行,等待用户输入,直到用户按下回车键才开始读取字符。

本例我们输入的是 0123456789,当读取到4或5时,if 的条件 c=='4'||c=='5' 成立,就执行 continue 语句,结束当前循环,直接进入下一次循环,也就是说 putchar(c); 不会被执行到。而读取到其他数字时,if 的条件不成立,continue 语句不会被执行到,putchar(c); 就会输出读取到的字符。break 与 continue 的对比:break 用来结束所有循环,循环语句不再有执行的机会;continue 用来结束本次循环,直接跳到下一次循环,如果循环条件成立,还会继续循环。

四、C语言循环嵌套详解

在C语言中,if-else,while,do-while,for 都可以相互嵌套。所谓 嵌套(Nest), 就是一条语句里面还有另一条语句,例如 for 里面还有 for,while 里面还有 while,或者 for 里面有 while,while 里面有 if-else,这都是允许的。

示例1:for 嵌套执行的流程。

#include 
int main()
{
    int i, j;
    for(i=1; i<=4; i++){  //外层for循环
        for(j=1; j<=4; j++){  //内层for循环
            printf("i=%d, j=%d\n", i, j);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

本例是一个简单的 for 循环嵌套,外层循环和内层循环交叉执行,外层 for 每执行一次,内层 for 就要执行四次。在C语言中,代码是顺序、同步执行的,当前代码必须执行完毕后才能执行后面的代码。这就意味着,外层 for 每次循环时,都必须等待内层 for 循环完毕(也就是循环4次)才能进行下次循环。虽然 i 是变量,但是对于内层 for 来说,每次循环时它的值都是固定的。

示例2:输出一个4×4的整数矩阵。

#include 
int main()
{
    int i, j;
    for(i=1; i<=4; i++){  //外层for循环
        for(j=1; j<=4; j++){  //内层for循环
            printf("%-4d", i*j);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

外层 for 第一次循环时,i为1,内层 for 要输出四次 1*j 的值,也就是第一行数据;内层 for 循环结束后执行 printf("\n") 输出换行符;接着执行外层 for 的 i++ 语句。此时外层 for 的第一次循环才算结束。外层 for 第二次循环时,i为2,内层 for 要输出四次 2*j 的值,也就是第二行的数据;接下来执行 printf("\n") 和 i++,外层 for 的第二次循环才算结束。外层 for 第三次、第四次循环以此类推。可以看到,内层 for 每循环一次输出一个数据,而外层 for 每循环一次输出一行数据。

示例3:输出九九乘法表。

#include 
int main(){
    int i, j;
    for(i=1; i<=9; i++){  //外层for循环
        for(j=1; j<=i; j++){  //内层for循环
            printf("%d*%d=%-2d  ", i, j, i*j);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

和示例2一样,内层 for 每循环一次输出一条数据,外层 for 每循环一次输出一行数据。需要注意的是,内层 for 的结束条件是 j<=i。外层 for 每循环一次,i 的值就会变化,所以每次开始内层 for 循环时,结束条件是不一样的。具体如下:

当 i=1 时,内层 for 的结束条件为 j<=1,只能循环一次,输出第一行。
当 i=2 时,内层 for 的结束条件是 j<=2,循环两次,输出第二行。
当 i=3 时,内层 for 的结束条件是 j<=3,循环三次,输出第三行。
当 i=456... 时,以此类推。

五、对C语言选择结构和循环结构的总结

C语言中常用的编程结构有三种(其它编程语言也是如此),它们分别是:

  1. 顺序结构:代码从前往后依次执行,没有任何 拐弯抹角 不跳过任何一条语句,所有的语句都会被执行到。
  2. 选择结构:也叫分支结构。代码会被分成多个部分,程序会根据特定条件(某个表达式的运算结果)来判断到底执行哪一部分。
  3. 循环结构:程序会重新执行同一段代码,直到条件不再满足,或者遇到强行跳出语句(break 关键字)。

5.1 选择结构

选择结构(分支结构)涉及到的关键字包括 if,else,switch,case,break 还有一个条件运算符 ? : (这是C语言中唯一的一个三目运算符)。其中,if…else 是最基本的结构,switch…case 和 ? : 都是由 if…else 演化而来,它们都是为了让程序员书写更加方便。你可以只使用 if,也可以 if…else 配对使用。另外要善于使用 switch…case 和 ? :,有时候它们看起来更加清爽。if…else 可以嵌套使用,原则上嵌套的层次(深度)没有限制,但是过多的嵌套层次会让代码结构混乱。

5.2 循环结构

C语言中常用的循环结构有 while 循环和 for 循环,它们都可以用来处理同一个问题,一般可以互相代替。除了 while 和 for,C语言中还有一个 goto 语句,它也能构成循环结构。不过由于 goto 语句很容易造成代码混乱,维护和阅读困难,饱受诟病,不被推荐,而且 goto 循环完全可以被其他循环取代,所以后来的很多编程语言都取消了 goto 语句,这里笔者也不再进行讲解。

国内很多大学仍然讲解 goto 语句,但也仅仅是完成教材所设定的课程,goto 语句在实际开发中很难见到。对于 while 和 do-while 循环,循环体中应包括使循环趋于结束的语句。对于 while 和 do-while 循环,循环变量的初始化操作应该在 while 和 do-while 语句之前完成,而 for 循环可以在内部实现循环变量的初始化。for 循环是最常用的循环,它的功能强大,一般都可以代替其他循环。最后还要注意 break 和 continue 关键字用于循环结构时的区别:

break 用来跳出所有循环,循环语句不再有执行的机会;
continue 用来结束本次循环,直接跳到下一次循环,如果循环条件成立,还会继续循环。

此外,break 关键字还可以用于跳出 switch…case 语句。所谓 跳出 是指一旦遇到 break,就不再执行 switch 中的任何语句,包括当前分支中的语句和其他分支中的语句;也就是说,整个 switch 执行结束了,接着会执行整个 switch 后面的代码。

至此今天的学习就到此结束了,笔者在这里声明,笔者写文章只是为了学习交流,以及让更多学习C语言的读者少走一些弯路,节省时间,并不用做其他用途,如有侵权,联系博主删除即可。感谢您阅读本篇博文,希望本文能成为您编程路上的领航者。祝您阅读愉快!


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