第五章 循环控制

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§5.1 概述	§5.2 goto语句
§5.3 while语句	§5.4 do-while语句
§5.5 for语句	§5.6 循环的嵌套
§5.7 几种循环的比较	§5.8 break语句和continue语句
§5.9 程序举例

 

§5.1 概述

循环：反复执行称为“循环体”的程序段。

循环控制常用于数学迭代、对象遍历等问题的求解，几乎所有实用程序都包含循环。特别是在现代多媒体处理程序（图像、声音、通讯）中，循环更是必不可少。Intel公司为了加快循环程序的执行，在CPU硬件中加入多媒体扩展指令MMX（Multi-Media-eXtension ）；AMD在CPU中加入3D Now!指令。

循环结构是结构化程序三种基本结构之一。（顺序结构、分支结构）。

根据开始循环的初始条件和结束循环的条件不同，C语言中用如下语句实现循环

1、用goto语句和if语句构成循环。

2、用while语句。

3、用do-while语句。

4、用for语句。

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§5.2 goto语句

一般形式：	goto 语句标号
作用：	无条件转向“语句标号”处执行。
“语句标号”是一个标识符，它表示程序指令的地址。

 

goto语句不符合结构化程序设计准则，因为无条件转向使程序结构无规律、可读性差。一般应避免使用goto语句，但如果能大大提高程序的执行效率，也可以使用。

[例5.1] 用if语句和goto语句构成循环，求 。

§5.3 while语句

一般形式： while(表达式) 语句

作用：实现“当型”循环。当“表达式”非0（真）时，执行“语句”。“语句”是被循环执行的程序，称为“循环体”。

特点：先判“表达式（条件）”。

[例5.2]

流程图：

main()
{
	int i,sum=0;
	i = 1;
	whie (i <= 100)
	{
	sum = sum + i;
	i++;
	}
	printf("%d",sum);
}

注意：

1、注意给出循环的初始条件，如本例中“sum=0、i=1”。

2、循环体包含一个以上的语句时，用大括号括起来，形成复合语句。

3、循环体中必须有使循环趋于结束的语句，否则程序进入“死循环”（不结束）。

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§5.4 do-while语句

一般形式：
do 语句 while (表达式)

特点：“直到型”循环结构。先执行一次“语句”，判“表达式”，当“表达式”非0，再执行“语句”，直到“表达式”为0，循环结束。

[例5.3] 用do-while语句求 。

	main()
	{
		int i,sum=0;
		i = 1;
		do
		{ sum = sum + i;
		i++;
		}
		while(i<=100);
		printf("%d",sum);
	}

注意：

1、上面的流程图中循环条件是“当i≤100时循环”，N-S图中的条件是“循环直到i>100”，这两者是等同的。

2、同一个问题，既可以用while循环处理，也可以用do-while循环处理。

do-while处理，图5.3(p68)	while处理，图5.5(p69)

在一般情况下，用while和do-while语句解决同一问题时，若二者的循环体部分是一样的，它们的结果也一样。但当while后面的“表达式”一开始就为“假”时，两种循环的结果不同。这是因为此时while循环的循环不被执行，而do-while循环的循环体被执行一次。

[例5.4] 求i+(i+1)+(i+2)+....+10，其中，i由键盘输入。（用while和do-while两种语句分别编程序）。

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§5.5 for语句

for语句常用于循环次数已知的循环控制，也可以灵活用于其他循环控制。

一般形式： for（表达式1；表达式2；表达式3） 语句 执行过程： （1）求表达式1； （2）求表达式2，若为“真”，执行“语句”；若为假，转第（5）步。 （3）求表达式3。 （4）转第（2）步。 （5）执行for语句下面的语句。

for语句中：	“表达式1”设置循环初始条件
	“表达式2”判别循环条件
	“表达式3”修改循环条件

例、

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

这里，循环条件由变量i设定，变量i称为“循环变量”。

“表达式1”，i=1，　　循环初始条件。

“表达式2”，i<=100， 循环条件。

“表达式3”，i++，　　修改循环条件。

这是for语句的典型用法：已知循环次数。（本例100次）。

上述for语句也可以用如下while语句表示：

i = 1;

while (i <= 100)

{ sum = sum + i;

i++;

}

for语句使用非常灵活，可以省略“表达式1”、“表达式2”、“表达式3”中的几个或全部表达式。

1、for语句省略“表达式1”。“表达式1”的作用是设定循环初始条件，“表达式1”省略后，应在for语句前面设置循环初始条件。例、

for（；i<=100；i++）sum = sum + i；

/* 注意，“表达式1”后面的分号不能省略 */

2、for语句中，如果省略“表达式2（循环条件）”，不判别循环条件，认为循环循环条件始终为“真”，循环将无终止地进行下去。

for(i=1；□；i++) sum = sum + i；
“表达式2”被省略。
相当于：
i = 1;
while (1)
{
sum = sum + i;
i++;
}

3、“表达式3（修改循环条件）”也可以省略，但程序应在循环体（“语句”）中修改循环条件，以保证循环能正常结束。例、

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

4、省略“表达式1”和“表达式3”，只有“表达式2”。例、

for(；i<=100；)	相当于	while (i<=100)
{ sum = sum + i；		{ sum = sum + i；
i++；}		i++；}

5、“表达式1”、“表达式2”、“表达式3”均省略。例、

for(；；)语句 while(1) 语句

这是一种简单的死循环形式。

6、for语句的其他变形。

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

例2、for(sum=0,i=1；i<=100；i++) sum = sum + i；

例3、for(i=0,j=100；i<=j；i++,j--) k = i + j；

例4、for(i=0；(c=getchar()) != '\n'；i += c)；

例4的执行情况：

§5.6 循环的嵌套

循环嵌套：一个循环（称为“外循环”）的循环体内包含另一个循环（称为“内循环”）。内循环中还可以包含循环，形成多层循环。（循环嵌套的层数理论上无限制）。

三种循环（while循环、do-while循环、for循环）可以互相嵌套。例、

多重循环的使用与单一循环完全相同，但应特别注意内、外层循环条件的变化。

§5.7 几种循环的比较

1、四种循环（while、do-while、for、goto）可以互相替换，但应尽量少用goto。

2、循环条件：while、do-while在whie后面指定；for循环在“表达式3”中指定。

3、循环初始条件：while、do-while在循环前指定；for循环在“表达式1”中指定。

4、判循环条件的时机：while、for循环先判循环条件，后执行；do-while循环先执行，后判循环条件。

5、while、do-while、for循环均可用break语句跳出循环（结束循环），用continue语句提前结束本次循环体的执行。

§5.8 break语句和continue语句

一、break语句

作用：跳出所在的多分支switch语句，跳出所在的while、do-while、for循环语句（提前结束循环）。

例、

for	(r=1；r<=10；r++)
{	area = pi*r*r;
	if (area > 100) break;
	printf("%f",aera);
}

r	aera
1	3.14
2	12.57
3	28.27
4	50.27
5	78.54
6	113.10
7	153.94
8	201.06
9	254.47
10	314.16

 

二、continue语句

作用：提前结束本次循环体的执行，接着进行下一次循环条件的判别。

[例5.5] 把100～200之间不能被3整除的数输出。

main	()
{	int n;
	for (n=100; n<=200; n++)
	{ if (n%3 == 0)
	continue;
	printf("%d",n);
	}
}

三、break语句和continue语句的区别

while (表达式1)	while (表达式1)
{  ┇	{  ┇
if (表达式2) break;	if (表达式2) continue;
┇	┇
}	}
break语句跳出循环	continue语句结束本次循环体的执行，进入下一次循环

§5.9 程序举例

[例5.6] 用以下公式计算л的值，直到最后一项的绝对值小于1E-6为止。

算法分析：

1、每项的分母，等于前一项分母加2，用n=n+2实现，n的初值为1。

2、每项的符号交替变化，用 s = -s实现，s的初值为+1（第一项为正）。

3、根据1和2,每一项的值 t = s/n，第一项的值为1。

#include "math.h"
main()
{
int s;
float n,t,pi;
t = 1; pi = 0; n = 1.0; s = 1;
while((fabs(t)) >= 1E-6)
{ pi = pi + t;
n = n + 2;
s = -s;
t = s/n;
}
pi = pi * 4;
printf("pi=%10.6f\n",pi);
}

运行结果：pi=3.141397

[例5.7] 求Fibonacci数列：1，1，2，3，5，8，....的前40个数，即：

F1 = 1	(n = 1)
F2 = 1	(n = 2)
Fn = Fn-1 + Fn-2	(n≥3)

算法：

即：把40个数分为每2个一组，每组中的两个数的计算方法为：

f1 = f2 + f1

f2 = f1 + f2

N-S流程图：

程序：

main	()
{
	long int f1,f2; /* 长整型数 */
	int i;
	f1 = 1; f2 = 1; /* 已知数列的前两个初值 */
	for (i=1; i<=20; i++)
	{
	printf("%12ld %12ld ",f1,f2); /* 输出长整型数 */
	if (i%2 == 0) printf("\n"); /* 控制输出格式 */
	f1 = f2 + f1;
	f2 = f1 + f2;
	}
}

[例5.8] 输入一个数m，判其是否为“素数”。

素数（prime）：又称质数，是大于1的整数，除了能被自身和1整除外，不能被其它正整数整除。

算法：

程序：

#include "math.h"
main	()
{
	int m,i,k;
	scanf("%d",&m); /* 输入一个整数m */
	k = sqrt(m);
	for(i=2;i<=k;i++)
	if (m%i == 0) break;
	if (i > k+1) printf("%d 是素数\n",m);
	else         printf("%d 不是素数\n",m);
}

[例5.9] 求100～200间的全部素数。

算法：与上例类似。

程序：

#include "math.h"
main	()
{
	int m,k,i,n=0;/* n用于累计素数的个数 */
	for(m=101; m<=200; m=m+2)
	{ if (n%10 == 0) printf("\n");
	k = sqrt(m);
	for(i=2; i<=k; i++)
	if (m%i == 0) break;
	if (i >= k+1) { printf("%d ",m); n = n+1;}
	}
}

[例5.10]

译密码。为使报文保密，往往按一定规律将其转换为密码，收报人再按约定的规律将其译为原文。设加密规律为：将字母变成其后的第四个字母，如，A变为E，a变为e。 输入一行字符，要求将其变为密码。

算法：

1、当输入字符不是“回车”时，执行密码转换。

2、仅转换A～Z、a～z。

3、转换规则：c=c+4，当c=Z～Z+4范围，或c>z时，c=c-26。

程序：

#include "stdio.h"
main	()
{
	char c;
	while ((c=getchar()) != '\n')
	{
	if ((c>='a' && c<='z') || (c>='A' && c<='Z'))
	{
	c = c + 4;
	if (c>'Z' && c<='Z'+4 || c>'z') c = c - 26;
	}
	printf("%c",c);
	}
}

[小结] 从以上几个例子可以看到，程序设计中的关键环节有：

1、算法。如求π值的算法、求Fibonicci数列的算法、验证素数的算法、字符的ASCII码间的关系。

算法分析是程序设计中的第一个步骤，也是最重要的步骤。

2、框图。根据算法的要求，列出程序实现的步骤。

框图是保证程序正确性的重要手段，它可以避免程序分支错误或分支遗漏。复杂的算法必须画出框图。

3、程序设计环境。如操作系统的特征、键盘输入的特点（如，仅在按回车键后输入的字符才进入程序缓冲区）、开发系统环境（如#include的使用）等。

4、程序设计的方法（结构化、面向对象）和风格（如适当的缩进）。

5、语言。注意语法规定。如while、do-while、for语句的执行流程和特点，break、continue语句的作用等。

程序 = 算法 + 数据结构 + 程序设计方法 + 语言工具和环境

本章要求

要求：

1、初步熟悉用计算机解决问题的思路。

2、掌握while、do-while、for语句的特点和使用方法。

3、掌握break、continue语句的用法。

4、熟悉一些常见问题的算法及其C语言实现。