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第5章 循环结构程序设计

5.1   循环语句概述 [标签-循环语句概述]

求1～100的累计和.

根据已有的知识,可以用“1+2+……+100”来求解,但显然很繁琐.现在换个思路来考虑：

首先设置一个累计器sum,其初值为0,利用sum += n来计算(n依次取1、2、……、100),只要解决以下3个问题即可：
      (1)将n的初值置为1；
      (2)每执行1次“sum += n”后,n增1；
      (3)当n增到101时,停止计算.此时,sum的值就是1～100的累计和.
       根据已有的知识,单独实现每一步都不难.但是,由于需要经常使用这种重复计算结构(称为循环结构),C语言提供了3条循环语句来实现,以简化、并规范循环结构程序设计.

在Ｃ语言中,可用以下语句实现循环：

(1)用for语句.

(2)用do-while语句.

(3)用while语句.

(4)用goto语句和if语句构成循环.使用goto语句实现求解1～100累计和的程序可以如下：

main()

{ int  n=1, sum=0;

   loop:  sum += n; n++;

   if (n<=100)  goto  loop;

   printf(“sum=%d\n”, sum);

}

其中“loop:”为语句标号(格式：标号: 语句行),其命名遵循标识符命名规则.goto语句格式：goto  标号,功能为：使系统转向标号所在的语句行执行.

注意：结构化程序设计方法,主张限制使用goto语句.因为滥用goto语句,将会导致程序结构无规律、可读性差.
        另外,从功能上说,for语句可完全代替当型循环语句while,所以该语句也不是必需的.

5.2   for语句和while语句

        在3条循环语句中,for语句最为灵活,不仅可用于循环次数已经确定的情况,也可用于循环次数虽不确定、但给出了循环继续条件的情况.
[案例5.1] 求1～100的累计和.
/*案例代码文件名：AL5_1.C*/
/*程序功能：求1～100的累计和*/
main()
  { int i,sum=0;        /*将累加器sum初始化为0*/
    for(i=1; i<=100; i++)  sum += i;       /*实现累加*/
    printf("sum=%d\n",sum);
  }                                    [程序演示]

程序运行情况如下：

sum=5050

[案例5.2] 求n的阶乘n!(n!=1*2*……*n).
/*案例代码文件名：AL5_2.C*/
/*程序功能：求n！*/
main()
  { int i, n;
     long  fact=1;   /*将累乘器fact初始化为1*/
     printf(“Input  n: ”); scanf(“%d”, &n);
     

     for(i=1; i<=n; i++)  fact *= i;        /*实现累乘*/
     

     printf("%d ! = %ld\n", n, fact);
  }                                    [程序演示]

程序运行情况如下：
Input  n: 5↙
5 ! = 120

1．for语句的一般格式
       for([变量赋初值]；[循环继续条件]；[循环变量增值])
            { 循环体语句组；}

2．for语句的执行过程

执行过程如图5-1所示.

(1)求解“变量赋初值”表达式.

(2)求解“循环继续条件”表达式.如果其值非0,执行(3)；否则,转至(4).

(3)执行循环体语句组,并求解“循环变量增值”表达式,然后转向(2).

(4)执行for语句的下一条语句.

3．说明

(1)“变量赋初值”、“循环继续条件”和“循环变量增值”部分均可缺省,甚至全部缺省,但其间的分号不能省略.

(2)当循环体语句组仅由一条语句构成时,可以不使用复合语句形式,如上例所示.

(3)“循环变量赋初值”表达式,既可以是给循环变量赋初值的赋值表达式,也可以是与此无关的其它表达式(如逗号表达式).

例如,for(sum=0;i<=100;i++) sum += i; 

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

(4)“循环继续条件”部分是一个逻辑量,除一般的关系(或逻辑)表达式外,也允许是数值(或字符)表达式.

4．while语句

(1)一般格式
          while(循环继续条件)
                { 循环体语句组；}

(2)执行过程

执行过程如图5-2所示.

1)求解“循环继续条件”表达式.如果其值为非0,转2)；否则转3).

2)执行循环体语句组,然后转1).

3)执行while语句的下一条.

显然,while循环是for循环的一种简化形式(缺省“变量赋初值”和“循环变量增值”表达式).

[案例5.3] 用while语句求1～100的累计和.
/*案例代码文件名：AL5_3.C*/
/*程序功能：求1～100的累计和*/
main()
  { int i=1,sum=0;    /*初始化循环控制变量i和累计器sum*/
     while( i<=100 )
     { sum += i;              /*实现累加*/
        i++;        /*循环控制变量i增1*/
     }
    printf(“sum=%d\n”,sum);
  }                                     [程序演示]

程序运行情况如下：
sum=5050

5．循环嵌套

(1)循环语句的循环体内,又包含另一个完整的循环结构,称为循环的嵌套.循环嵌套的概念,对所有高级语言都是一样的.

(2)for语句和while语句允许嵌套,do-while语句也不例外. 

5.3   直到型循环do-while语句

1．一般格式

 do 

      { 循环体语句组; }

 while(循环继续条件);       /*本行的分号不能缺省*/

当循环体语句组仅由一条语句构成时,可以不使用复合语句形式.

2．执行过程

执行过程如图5-3所示.

(1)执行循环体语句组.

(2)计算“循环继续条件”表达式.如果“循环继续条件”表达式的值为非 0(真),则转向(1)继续执行；否则,转向(3).

(3)执行do-while的下一条语句.

do-while循环语句的特点是：先执行循环体语句组,然后再判断循环条件.

[案例5.4] 用do-while语句求解1～100的累计和.
/*案例代码文件名：AL5_4.C*/
/*程序功能：求1～100的累计和*/
main()
   { int i=1, sum=0;     /*定义并初始化循环控制变量,以及累计器*/
     do
     { sum += i;                    /*累加*/
        i++;    
     }
    while(i<=100);                   /*循环继续条件：i<=100*/
    printf(“sum=%d\n”,sum);
  }                                                  [程序演示]

do-while语句比较适用于处理：不论条件是否成立,先执行1次循环体语句组的情况.除此之外,do-while语句能实现的,for语句也能实现,而且更简洁.

5.4   break语句与continue语句

为了使循环控制更加灵活,Ｃ语言提供了break语句和continue语句.

1．一般格式： break；

                           continue；

2．功能

(1)break：强行结束循环,转向执行循环语句的下一条语句.

(2)continue：对于for循环,跳过循环体其余语句,转向循环变量增量表达式的计算；对于while和do-while循环,跳过循环体其余语句,但转向循环继续条件的判定.

3．break和continue语句对循环控制的影响如图5-4所示.

4．说明

(1)break能用于循环语句和switch语句中,continue只能用于循环语句中.

(2)循环嵌套时,break和continue只影响包含它们的最内层循环,与外层循环无关.

5.5   应用举例

[例5.5] 求Fibonacci数列的前40个数.该数列的生成方法为：F1=1,F2=1,Fn=Fn-1+Fn-2(n>=3),即从第3个数开始,每个数等于前2个数之和.

算法设计,请参见第2章第1节(2.1).参考源程序如下：
/*案例代码文件名：AL5_5.C*/

main()
   { long int f1=1,f2=1;                  /*定义并初始化数列的头2个数*/
      int i=1;                       /*定义并初始化循环控制变量i*/
     

for( ; i<=20; i++ )                    /*1组2个,20组40个数*/
      { printf(“%15ld%15ld”, f1, f2);    /*输出当前的2个数*/
         if(i%2==0) printf(“\n”);      /*输出2次(4个数),换行*/
         f1 += f2; f2 += f1;            /*计算下2个数*/
      }
    }                                                      

         [例5.6] 输出10～100之间的全部素数.所谓素数n是指,除1和n之外,不能被2～(n-1)之间的任何整数整除.

         算法设计要点：

       (1)显然,只要设计出判断某数n是否是素数的算法,外面再套一个for循环即可.

       (2)判断某数n是否是素数的算法：根据素数的定义,用2～(n-1)之间的每一个数去整除n,如果都不能被整除,则表示该数是一个素数.

        判断一个数是否能被另一个数整除,可通过判断它们整除的余数是否为0来实现.

参考源程序如下：

main()
{ int i=11, j, counter=0; 
   for( ; i<=100; i+=2)         /*外循环：为内循环提供一个整数i*/

{ for(j=2; j<=i-1; j++)        /*内循环：判断整数i是否是素数*/
         if(i%j= =0)            /*i不是素数*/
              break;                /*强行结束内循环,执行下面的if语句*/
         if(counter%10= =0)   /*每输出10个数换一行*/
              printf(“\n”);
         if( j >= i )              /*整数i是素数：输出,计数器加1*/
            { printf(“%6d”,i); 
               counter++;        
            }
       }
   }                                                

思考题：外循环控制变量i的初值从11开始、增量为2的作法有什么好处？为提高运行速度,如何优化内循环？(提示：从减少计算次数角度来考虑)

良好的源程序书写习惯──注释(续)

(3)循环结构

在C语言中,循环结构由循环语句for、while和do...while来实现.

作为注释,应在它们的前面说明其功能,在循环条件判断语句行的后面,说明循环继续条件的含义,如下所示.
        1)for语句

/*功能*/

for(变量初始化;循环条件;变量增值) /*循环继续条件的含义*/

    {  ……    }

2)while语句

/*功能说明*/

while(循环条件)              /*循环继续条件的含义*/

   {   ……   }

3)do...while语句

/*功能说明*/

do {  ……   }

while(循环条件)；   /*循环继续条件的含义*/

如果循环嵌套,还应说明每层循环各控制什么.



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