【C语言指南】循环嵌套的实现基础
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引言
C 语言循环嵌套基础
循环嵌套的实现案例
引言
在编程的广袤宇宙中，C 语言无疑占据着举足轻重的地位。它诞生于 20 世纪 70 年代，历经岁月的洗礼，至今依然是众多程序员的首选语言之一。C 语言以其高效、灵活、可移植性强等特点，广泛应用于操作系统开发、嵌入式系统、游戏开发等众多领域。许多著名的操作系统，如 Unix、Linux，其内核部分大量使用 C 语言编写，这充分彰显了 C 语言在底层系统编程中的强大优势。
在 C 语言丰富的编程结构中，循环嵌套是一个非常重要的概念。循环嵌套，简单来说，就是在一个循环内部包含另一个完整的循环结构。这种结构允许我们在不同层次上重复执行某段代码，为解决复杂问题提供了有力的工具。通过循环嵌套，我们可以轻松实现对二维数组的遍历、打印九九乘法表、生成各种复杂的图形等功能。掌握循环嵌套的实现与复杂度分析，对于提升编程能力、优化代码性能有着至关重要的意义。无论是初涉编程的新手，还是经验丰富的老程序员，深入理解循环嵌套都能为他们的编程之路带来新的启发和突破。
C 语言循环嵌套基础
- 循环嵌套的定义与形式
在 C 语言中，循环嵌套指的是在一个循环的循环体内包含另一个完整的循环结构。这种结构允许我们在不同层次上重复执行代码，为解决复杂问题提供了强大的工具。例如，在处理二维数组时，我们通常需要使用循环嵌套来遍历数组的每一个元素。
C 语言中有三种基本的循环结构，分别是 for 循环、while 循环和 do - while 循环。这三种循环之间可以相互嵌套，形成多种合法的嵌套形式。常见的有：
- for 循环嵌套 for 循环：
for (初始化表达式1; 条件表达式1; 更新表达式1) {
for (初始化表达式2; 条件表达式2; 更新表达式2) {
// 内层循环体
}
// 外层循环体
}- while 循环嵌套 while 循环：
while (条件表达式1) {
while (条件表达式2) {
// 内层循环体
}
// 外层循环体
}- do - while 循环嵌套 do - while 循环：
do {
do {
// 内层循环体
} while (条件表达式2);
// 外层循环体
} while (条件表达式1);- for 循环嵌套 while 循环：
for (初始化表达式1; 条件表达式1; 更新表达式1) {
while (条件表达式2) {
// 内层循环体
}
// 外层循环体
}- while 循环嵌套 for 循环：
while (条件表达式1) {
for (初始化表达式2; 条件表达式2; 更新表达式2) {
// 内层循环体
}
// 外层循环体
}- do - while 循环嵌套 for 循环：
do {
for (初始化表达式2; 条件表达式2; 更新表达式2) {
// 内层循环体
}
// 外层循环体
} while (条件表达式1);- for 循环嵌套 do - while 循环：
for (初始化表达式1; 条件表达式1; 更新表达式1) {
do {
// 内层循环体
} while (条件表达式2);
// 外层循环体
}- while 循环嵌套 do - while 循环：
while (条件表达式1) {
do {
// 内层循环体
} while (条件表达式2);
// 外层循环体
}- do - while 循环嵌套 while 循环：
do {
while (条件表达式2) {
// 内层循环体
}
// 外层循环体
} while (条件表达式1);- 循环嵌套执行流程
为了更清晰地理解循环嵌套的执行流程，我们以一个简单的 for 循环嵌套为例：
#include
int main() {
int i, j;
for (i = 1; i <= 3; i++) { // 外层循环
for (j = 1; j <= 2; j++) { // 内层循环
printf("i = %d, j = %d\n", i, j);
}
}
return 0;
} - 外层循环初始化：首先，外层循环的控制变量 i 被初始化为 1。
- 外层循环条件判断：检查 i <= 3 是否成立，此时 i 为 1，条件成立，进入外层循环体。
- 内层循环初始化：当进入外层循环体后，内层循环的控制变量 j 被初始化为 1。
- 内层循环条件判断：检查 j <= 2 是否成立，此时 j 为 1，条件成立，进入内层循环体。
- 内层循环体执行：在内层循环体中，执行 printf ("i = % d, j = % d\n", i, j); 语句，输出 i = 1, j = 1 。
- 内层循环更新：执行内层循环的更新表达式 j++，j 的值变为 2。
- 内层循环再次判断：再次检查 j <= 2 是否成立，此时 j 为 2，条件成立，再次进入内层循环体，输出 i = 1, j = 2 。
- 内层循环再次更新：再次执行内层循环的更新表达式 j++，j 的值变为 3。
- 内层循环条件不成立：检查 j <= 2 是否成立，此时 j 为 3，条件不成立，跳出内层循环。
- 外层循环体剩余部分执行：内层循环结束后，继续执行外层循环体中内层循环之后的代码（如果有），这里没有其他代码。
- 外层循环更新：执行外层循环的更新表达式 i++，i 的值变为 2。
- 外层循环再次判断：检查 i <= 3 是否成立，此时 i 为 2，条件成立，再次进入外层循环体，重复步骤 3 到 11，输出 i = 2, j = 1 和 i = 2, j = 2 。
- 外层循环第三次循环：再次执行外层循环的更新表达式 i++，i 的值变为 3，重复步骤 3 到 11，输出 i = 3, j = 1 和 i = 3, j = 2 。
- 外层循环条件不成立：执行外层循环的更新表达式 i++，i 的值变为 4，检查 i <= 3 是否成立，此时 i 为 4，条件不成立，跳出外层循环，程序结束。
从这个例子可以看出，外层循环每执行一次，内层循环都会完整地执行一遍，直到内层循环条件不成立。循环嵌套的执行流程就是这样一层一层地进行，通过巧妙地控制循环条件和循环变量，我们可以实现各种复杂的功能。
循环嵌套的实现案例
- 案例一：打印整数矩阵
使用循环嵌套输出一个 4×4 的整数矩阵，代码如下：
#include
int main() {
int i, j;
for (i = 1; i <= 4; i++) { // 外层for循环，控制行数
for (j = 1; j <= 4; j++) { // 内层for循环，控制列数
printf("%-4d", i * j); // 输出乘积，%-4d表示左对齐，宽度为4
}
printf("\n"); // 换行，开始下一行的输出
}
return 0;
} 在这个例子中，外层循环控制行数，每执行一次外层循环，就会开始新的一行输出。内层循环控制列数，在内层循环中，每次输出一个元素，即 i * j 的结果。当内层循环执行完 4 次后，输出一个换行符，然后外层循环继续下一次迭代，开始新的一行输出。通过这种方式，最终输出一个 4×4 的整数矩阵，运行结果如下：
1 2 3 4
2 4 6 8
3 6 9 12
4 8 12 16- 案例二：九九乘法表的实现
使用循环嵌套打印九九乘法表，代码如下：
#include
int main() {
int i, j;
for (i = 1; i <= 9; i++) { // 外层for循环，控制行数
for (j = 1; j <= i; j++) { // 内层for循环，控制列数，注意这里的结束条件是j <= i
printf("%d*%d=%-2d ", j, i, i * j); // 输出乘法表达式，%-2d表示左对齐，宽度为2
}
printf("\n"); // 换行，开始下一行的输出
}
return 0;
} 在这个代码中，外层循环控制行数，从 1 到 9。内层循环控制列数，其结束条件是 j <= i，这意味着每一行的列数会随着行数的增加而增加。每次内层循环输出一个乘法表达式，当内层循环结束后，输出一个换行符，开始下一行的输出。通过这种方式，实现了九九乘法表的打印，运行结果如下：
1*1=1
2*1=2 2*2=4
3*1=3 3*2=6 3*3=9
4*1=4 4*2=8 4*3=12 4*4=16
5*1=5 5*2=10 5*3=15 5*4=20 5*5=25
6*1=6 6*2=12 6*3=18 6*4=24 6*5=30 6*6=36
7*1=7 7*2=14 7*3=21 7*4=28 7*5=35 7*6=42 7*7=49
8*1=8 8*2=16 8*3=24 8*4=32 8*5=40 8*6=48 8*7=56 8*8=64
9*1=9 9*2=18 9*3=27 9*4=36 9*5=45 9*6=54 9*7=63 9*8=72 9*9=81可以看到，内层循环的结束条件与外层循环变量密切相关，通过巧妙地控制这种关系，实现了九九乘法表的正确输出。