C語言程序設計基礎（第二版）課件：循環(huán)結構實現(xiàn)語句-循環(huán)結構程序設計

循環(huán)結構實現(xiàn)語句

——循環(huán)結構程序設計5.1while語句5.2do_while語句5.3for語句5.4用循環(huán)嵌套實現(xiàn)多重循環(huán)5.5改變循環(huán)控制的語句5.6循環(huán)結構程序設計實操訓練課外練習

5.1while語句

何謂當型循環(huán)？怎樣實現(xiàn)當型循環(huán)？

循環(huán)結構程序從控制流程上可分為當型循環(huán)和直到型循環(huán)。while語句是實現(xiàn)當型循環(huán)結構的語句。

while語句的一般形式為

while(表達式)

循環(huán)體語句；

其中，表達式用于控制循環(huán)是否進行，可以是關系表達式和邏輯表達式。當表達式的值為“真”(表達式的值為“非0”)，即循環(huán)條件成立時，則執(zhí)行循環(huán)體語句；當表達式的值為“假”(表達式的值為“0”)，即循環(huán)條件不成立時，則結束循環(huán)。

while語句的執(zhí)行流程如圖5.1所示。while語句執(zhí)行時，先計算表達式的值，其值為“真”則執(zhí)行循環(huán)體語句，為“假”則不執(zhí)行循環(huán)體語句(結束循環(huán))。圖5.1while語句的執(zhí)行流程

構造循環(huán)控制表達式是循環(huán)結構程序設計的關鍵。表達式構造不當，就不可能按預期的規(guī)律循環(huán)。極端情況下，當進入循環(huán)時，表達式的值就為“0”，則循環(huán)體一次也不會被執(zhí)行；表達式的值在循環(huán)中不變化，永遠保持“非0”，就會產(chǎn)生死循環(huán)。這兩種情況都應避免。

循環(huán)體語句必須是一個語句的形式。實際使用中循環(huán)體往往為多個語句，這就需要用一對花括號把這些語句括起來，構成復合語句。

例5.1編寫程序，實現(xiàn)求的值。

編程思路：定義一個變量i，初值為1，每加一次其值增1，既是累加次數(shù)的計數(shù)，作為循環(huán)控制變量，又形成了每次要累加的數(shù)。再定義一個累加和變量sum，初值設置為0，相當于將變量單元清零。因為變量代表一個存儲器單元，如不清0，會將該單元中原來未知的數(shù)帶進累加和中，造成結果不正確。其算法流程如圖5.2所示。圖5.2例5.1算法流程

分析：循環(huán)體語句被執(zhí)行100次，實現(xiàn)了1～100中的整數(shù)累加。

5.2do_while語句

何謂直到型循環(huán)？怎樣實現(xiàn)直到型循環(huán)？do_while語句是實現(xiàn)直到型循環(huán)結構的語句。do_while語句的一般形式為do循環(huán)體語句；while(表達式)

其中，表達式的作用和循環(huán)體語句的組成形式同while語句。只是循環(huán)控制流程與while語句有所差別。其執(zhí)行流程如圖5.3所示。do_while語句是先執(zhí)行循環(huán)體語句，然后計算表達式的值，其值為“真”時執(zhí)行循環(huán)體語句，為“假”則結束循環(huán)。也就是說，循環(huán)體語句至少要被執(zhí)行一次。圖5.3do_while語句的執(zhí)行流程

例5.2用do_while語句實現(xiàn)求的值。

編程思路：該例的編程思路基本與例5.1相同。其算法流程如圖5.4所示。圖5.4例5.2算法流程

分析：本例的執(zhí)行結果同例5.1。先執(zhí)行循環(huán)體語句，對i的當前值累加，再使i加1，當i的值增加到101時結束循環(huán)。

5.3for語句

怎樣實現(xiàn)各種條件的循環(huán)問題？for語句是C語言中最具特色的循環(huán)語句，使用最為靈活，既可以實現(xiàn)當型循環(huán)，又可以實現(xiàn)直到型循環(huán)，不僅可以用于循環(huán)次數(shù)確定的情況，還可以用于循環(huán)次數(shù)不確定而由邏輯判斷來結束的情況。

5.3.1for語句的形式與執(zhí)行流程

for語句的一般形式為

for(表達式1；表達式2；表達式3)

循環(huán)體語句；

其執(zhí)行流程如圖5.5所示。從流程圖可以看出，for語句的執(zhí)行步驟如下：圖5.5for語句執(zhí)行流程

(1)求解表達式1的值。

(2)求解表達式2的值，若其值為非0(“真”)，則執(zhí)行for語句中的循環(huán)體語句，然后執(zhí)行下面第(3)步；若值為0(“假”)，則結束循環(huán)。

(3)求解表達式3的值。

(4)轉回上面第(2)步繼續(xù)執(zhí)行。

for語句中三個表達式分別有不同的作用：

(1)表達式1有給循環(huán)提供初值的作用，可以是算術表達式、賦值表達式和逗號表達式。

(2)表達式2起控制循環(huán)的作用，可以是C語言中的各種表達式，只要表達式的值為“非0”，即為邏輯“真”，控制循環(huán)繼續(xù)進行；表達式的值為“0”，即為邏輯“假”，立即結束循環(huán)。

(3)表達式3起改變循環(huán)控制條件的作用，使循環(huán)向結束靠近。如果沒有表達式3，或表達式不合適，就可能導致死循環(huán)。在一些規(guī)律明顯的循環(huán)中，可以把表達式3稱為步長表達式。

注意：三個表達式之間必須用“；”作為分隔符。

例5.3為了便于三種循環(huán)語句的比較，仍以求值為例，用for循環(huán)來實現(xiàn)。

5.3.2for語句中三個表達式的靈活使用

for語句靈活運用的關鍵是三個表達式的設置。

(1)三個表達式都可以采用多種表達式。如for(i=1,sum=0;i<=100;i++,j++)中，表達式1和表達式3是逗號表達式。

(2)表達式1可以省略，但應在循環(huán)體外給循環(huán)控制變量賦初值，否則會導致死循環(huán)。如例5.3中，在循環(huán)體外給變量賦初值，則循環(huán)語句可改為

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

(3)從語言規(guī)則來說，表達式2也可以缺省，例如：

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

但執(zhí)行時將變?yōu)樗姥h(huán)，因此是不正確的循環(huán)。

(4)表達式3可以省略，例如：

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

但要保證程序正常結束，需在循環(huán)體內改變循環(huán)控制變量。對例5.3可作如下修改：

(5)表達式1、表達式3可以同時缺省，但要使循環(huán)正常，必須在循環(huán)體外解決循環(huán)初值問題，在循環(huán)體內解決循環(huán)控制變量的改變問題。例如：

(6)從語言規(guī)則上講，三個表達式都可以缺省。例如：

for(;;)

但循環(huán)無法正常進行。

注意：不論表達式缺省還是不缺省，三個表達式之間的“;”分隔符都不能缺省。

5.4用循環(huán)嵌套實現(xiàn)多重循環(huán)

何謂多重循環(huán)？怎樣實現(xiàn)多重循環(huán)？C語言中把循環(huán)結構作為一個語句。既然循環(huán)結構是一個語句，當然可以出現(xiàn)在循環(huán)體語句中。這樣，在循環(huán)體中就包含了一個完整的循環(huán)結構語句，稱為循環(huán)嵌套，即循環(huán)中套循環(huán)。如此，可以形成多重循環(huán)。C語言中對循環(huán)嵌套層數(shù)沒有限制，但實際上循環(huán)嵌套層數(shù)越多，程序越不容易理解，出錯的機會也就越多。實際應用中，兩層以上的循環(huán)嵌套不多見。下面只對兩重循環(huán)嵌套的情況作一介紹。

三種循環(huán)結構語句可以相互嵌套，形成如下多種嵌套關系。

嵌套關系一：

嵌套關系二：嵌套關系三：

嵌套關系四：嵌套關系五：

嵌套關系六：

通常，把外層循環(huán)稱為外循環(huán)，內層循環(huán)稱為內循環(huán)。兩重循環(huán)嵌套中，內循環(huán)作為外循環(huán)的一個語句，外循環(huán)每循環(huán)一次，內循環(huán)都要循環(huán)一遍。設外循環(huán)執(zhí)行i次，內循環(huán)執(zhí)行j次，則內循環(huán)體要被執(zhí)行i?×?j次。

程序中，循環(huán)嵌套要求內循環(huán)必須被完全包含在外層循環(huán)的循環(huán)體中，不允許出現(xiàn)內外層循環(huán)體交叉的情況。如圖5.6所示，在do_while循環(huán)體內開始while()循環(huán)，但是do_while循環(huán)結束在while()循環(huán)體內，它們相互交叉，因此這是非法結構。圖5.6循環(huán)交叉為非法結構

例5.4編寫程序，輸出如下平面字符圖形：

編程思路：要輸出5行，每一行輸出的“*”數(shù)與行號對應，可用兩重循環(huán)來實現(xiàn)。外循環(huán)控制每一行“*”輸出，循環(huán)5次。內循環(huán)控制一行中的“*”輸出，循環(huán)控制條件是輸出的“*”數(shù)小于或等于行號。

分析：外循環(huán)控制變量i控制第i行輸出(1≤i≤5)，每行中的“*”個數(shù)是隨著行控制變量i的值變化而變化的(1≤j≤i)。內循環(huán)結束換行，使下一行從行首輸出。

5.5改變循環(huán)控制的語句

如何改變一般循環(huán)控制規(guī)律，提高程序效率？一個循環(huán)結構程序的執(zhí)行由循環(huán)控制條件、循環(huán)控制變量以及循環(huán)體結構來決定。正常情況下，只有達到循環(huán)結束條件才能結束，而且在每次循環(huán)中循環(huán)體語句都要被執(zhí)行。有些情況下，需要改變這種控制規(guī)律，或者需要提前結束循環(huán)，或者是循環(huán)體的部分語句在特定的條件下不被執(zhí)行。C語言提供了改變循環(huán)控制的語句。

5.5.1break語句

break語句的一般形式為

break；

前面已經(jīng)介紹，break語句可用在switch結構中，使執(zhí)行流跳出switch結構。break語句也可用在循環(huán)結構中，使執(zhí)行流跳出所在的循環(huán)，即提前結束循環(huán)。

例5.5使用break語句來改變循環(huán)控制。

分析：for循環(huán)中缺省了三個表達式，應該是一個死循環(huán)。但在程序中使用了“if(i>100)break;”語句，使i達到101時就結束循環(huán)。這也是循環(huán)程序設計中巧用break語句的一種方法。

5.5.2continue語句

continue語句的一般形式為

continue;

其功能是結束本次循環(huán)，即跳過循環(huán)體中continue語句后面尚未執(zhí)行的循環(huán)體語句，轉向循環(huán)頭部，檢測是否進行下一次循環(huán)。

例5.6輸出100以內能被9整除的數(shù)。

編程思路：逐一檢測9～100的整數(shù)能否被9整除，如能整除則輸出該數(shù)，不能整除則不輸出。

分析：“if(n%9!=0)continue;”語句判斷當前數(shù)是否能被9整除，若能整除，不執(zhí)行continue語句，則執(zhí)行printf函數(shù)調用，輸出該數(shù)；若不能整除，則執(zhí)行continue語句而跳過printf函數(shù)調用，不輸出該數(shù)，結束本次循環(huán)，返回循環(huán)頭部，開始下一次循環(huán)，直到滿足循環(huán)結束條件。

例5.7編寫程序，從鍵盤輸入字符后顯示，按Enter鍵，則結束字符輸入；按Esc鍵，則放棄當前輸入的字符。

分析：程序中使用字符輸入/輸出庫函數(shù)，程序開頭要使用預處理命令#include<stdio.h>。for(;;)不控制循環(huán)，是通過兩個if語句來實現(xiàn)對循環(huán)的控制。當按Enter鍵時，執(zhí)行break語句，立即結束字符輸入；當按Esc鍵時，執(zhí)行continue語句，跳過“putchar(ch);”，返回循環(huán)頭部，輸入下一個字符。

5.6循環(huán)結構程序設計

循環(huán)結構程序設計時應考慮哪些問題？如何準確地設計循環(huán)結構程序？

一般來說，循環(huán)結構程序在設計時需考慮以下幾方面的問題：

(1)循環(huán)初始化問題。循環(huán)初始化包括對循環(huán)控制變量設置初值和對循環(huán)體中相關變量設置初值。循環(huán)控制變量初值設置得恰當與否，關系到循環(huán)規(guī)律能否實現(xiàn)。如例5.1～例5.3中，如果循環(huán)控制變量i的初值設置為0，則要循環(huán)101次，第一次循環(huán)累加和變量加0，毫無意義。如果設置為大于1的數(shù)，循環(huán)次數(shù)不到100次，造成累加和不正確。給循環(huán)體中操作變量設置初值，需要根據(jù)具體問題具體分析。一般來說，要給加法和變量清零，乘積變量置1，以防未知數(shù)據(jù)帶入，導致結果不正確。

(2)循環(huán)控制條件設置問題。按循環(huán)控制方式，循環(huán)可有計數(shù)控制和條件控制。計數(shù)控制循環(huán)是循環(huán)次數(shù)已知，一般用關系表達式作循環(huán)控制條件。對于循環(huán)次數(shù)未知的循環(huán)，一般要認真分析循環(huán)控制過程，找出規(guī)律，列出邏輯表達式。

(3)循環(huán)控制變量改變問題。循環(huán)控制變量要在循環(huán)過程中加以改變，使循環(huán)控制條件向循環(huán)結束轉變。循環(huán)控制變量的改變方式要依據(jù)循環(huán)規(guī)律來確定。

(4)循環(huán)體結構問題。循環(huán)體語句是循環(huán)問題的重復執(zhí)行部分，可包含三種結構語句。復雜循環(huán)體語句一定要注意結構語句的嵌套層次，嵌套層次之間不能相互交叉，即一個結構語句必須完全包含在另一個結構語句中。

(5)循環(huán)控制變量的引用問題。循環(huán)控制變量可以在循環(huán)結束后引用，但要注意量值的準確性。如例5.1～例5.3中，循環(huán)控制變量i在循環(huán)結束時值是101，而不是100。

循環(huán)結構程序設計要比順序結構和選擇結構程序設計復雜一些，一定要認真分析規(guī)律和算法，然后選擇便于實現(xiàn)的循環(huán)語句。

例5.8編寫程序，計算s?=?1?-?3?+?5?-?7…?-?99?+?101。

編程思路：這個問題可看成數(shù)的累加，相加數(shù)是1～101之間的質數(shù)，且一個為正數(shù)，一個為負數(shù)，即累加數(shù)的符號在交替變化。找出這個規(guī)律，可以設置一個符號變量flag，初值設置為1，在循環(huán)中使用flag?=?-flag，即可實現(xiàn)符號的交替變換。算法可依照數(shù)的累加。

分析：變量i既用于循環(huán)控制，又作為累加數(shù)的絕對值，flag產(chǎn)生累加數(shù)的符號。

例5.9用for循環(huán)語句求n!。

編程思路：可用迭代公式n!=n*(n-1)!。利用循環(huán)很容易實現(xiàn)迭代計算問題。設置變量i，既作循環(huán)控制變量i(1≤i≤n)，又作本次循環(huán)求階乘的數(shù)，用變量fac存放i!，初始化為fac=1。第i次循環(huán)前，fac中存放(i-1)!，第i次循環(huán)后，fac中存放i!，實現(xiàn)了相繼兩次的迭代。用for語句可實現(xiàn)。

分析：fac作為循環(huán)中的乘積變量，在循環(huán)外賦初值1，在循環(huán)中實現(xiàn)1?×?2?×?…?×?n求值運算，即求得n的階乘值。

例5.10編寫程序求1～1000之間滿足“用3除余2，用5除余3，用7除余2”的數(shù)，且一行只打印5個數(shù)。

編程思路：求余數(shù)用取模運算符%。3個條件是“與”的關系。一行打印5個數(shù)，可以通過計數(shù)到5再回車換行。用do_while循環(huán)來實現(xiàn)。

分析：變量i既作循環(huán)控制變量，又是當前要檢測的數(shù)，取1～1000之間的整數(shù)。變量j用于輸出數(shù)據(jù)的計數(shù)，控制一行輸出5個數(shù)。

例5.11編程實現(xiàn)電文加密。電文加密規(guī)律為：將字母變成其后面的第4個字母，其他字符保持不變。例如，a→e，A→E，W→A。編寫一個程序，輸入一行字符，要求轉換成加密電文輸出。

編程思路：電文的加密規(guī)律如圖5.7所示。輸入字符賦給變量ch，如果是字符，則其ASCII碼值加4，即ch?=?ch+4。加密后判斷ch的值是否超出字母的范圍，如果超過，則

ch?=?ch-26。如輸入x，其ASCII碼值是120，加4得124，大于z的ASCII碼值122，減26后得98，是b的ASCII碼值，即把x轉換成b。從鍵盤輸入字符并轉換為循環(huán)實現(xiàn)，循環(huán)控制條件為ch!='\n'。圖5.7例5.11的電文加密規(guī)律

分析：用while循環(huán)實現(xiàn)從鍵盤輸入一個電文字符序列，每輸入一個字符按加密規(guī)律進行加密轉換，一直到輸入回車鍵結束。第1層if語句中的條件表達式“ch>='a'&&ch<='z'||(ch>='A')&&ch<='Z'”判斷輸入的字符是否是26個大寫或小寫字母，是則進行ASCII碼值加4轉換，不是則不轉換。第2層if語句中的條件表達式“(ch>'Z'&&ch<'a')||(ch>'z')”判斷字母ASCII碼值加4轉換后是否越界，如果越界則按加密循環(huán)規(guī)律將其減26。

例5.12編寫程序，求出100～1000之間各位數(shù)字之和是5的數(shù)，一行輸出5個數(shù)，并統(tǒng)計個數(shù)。

編程思路：該問題要對100～1000中的每一個數(shù)逐一進行判定，而且每一個數(shù)要進行逐位求和，是一個雙重循環(huán)問題。取遍100～1000之間的所有數(shù)可選用for循環(huán)結構語句來解決。但在判定100～1000之間的每一個數(shù)其各位數(shù)字之和是否為5時，由于循環(huán)次數(shù)隨數(shù)位的變化而不同，宜選用while循環(huán)結構語句。

分析：程序采用雙重循環(huán)，外循環(huán)用for語句，內循環(huán)用while語句。在內循環(huán)實現(xiàn)對每位數(shù)字分離并累加?！皊=s+k%10;”語句的作用是分離出當前數(shù)的低位并累加，“k=k/10;”語句的作用是截取當前數(shù)的高位部分，作為下一次要分離的數(shù)。例如123，第1次循環(huán)分離出低位數(shù)字3，截取高位部分12；第2次循環(huán)分離出低位數(shù)字2，截取高位部分1；第3次循環(huán)分離出低位數(shù)字1，截取高位部分0，循環(huán)結束。外循環(huán)利用變量i依次產(chǎn)生100～1000之間的一個整數(shù)，根據(jù)內循環(huán)計算各位數(shù)字之和是否為5，確定是否輸出，并進行計數(shù)。

例5.13編寫程序，找出3～500之間的全部素數(shù)并輸出，在一行輸出15個數(shù)。

編程思路：

(1)素數(shù)是除1和它本身之外不能被任何一個整數(shù)整除的自然數(shù)(1除外)。如2、3、5、7是素數(shù)，1、4、6、8、10不是素數(shù)。判斷某數(shù)i是否為素數(shù)的一個簡單辦法是用2，3，4，…，i-1這些數(shù)據(jù)逐個去除i，只要被其中的一個數(shù)整除了，則i就不是素數(shù)。數(shù)學上已證明，對于自然數(shù)i只需用2，3，4，…，i1/2測試。

(2)需要判定3～500之間的每一個數(shù)是否為素數(shù)。判定一個數(shù)是否是素數(shù)，又要用2，3，4，…，i1/2逐一進行測試，測試到被其中的某一個數(shù)整除，則可判定不是素數(shù)，就不需要再進行測試了。顯然這是一個雙重循環(huán)問題。為了結束內循環(huán)時能方便識別當前判定的數(shù)是否為素數(shù)，設置一個標志變量flag，在內循環(huán)外設初值0，若在內循環(huán)中遇到能被整除的測試，則給flag賦值1。程序流程如圖5.8所示。圖5.8例5.13程序流程

分析：外循環(huán)中由變量i依次生成3～500之間的一個整數(shù)，內循環(huán)中由變量j依次生成一個測試數(shù)，在if語句中由表達式i%j==0來測試當前數(shù)是否為素數(shù)，如遇到一次整除，就建立標志，結束內循環(huán)。結束內循環(huán)時，如果標志變量flag為0，說明該數(shù)是素數(shù)，則計數(shù)并輸出。

實操訓練

實訓任務五學習循環(huán)程序設計的方法實訓項目1設計程序，實現(xiàn)如下形式的等差/等比數(shù)列求和。輸入/輸出界面可參照圖5.9所示。圖5.9實訓項目1界面式樣

實訓指導

1．算法分析

等差/等比數(shù)列求和是一個逐項累加的過程，可用循環(huán)算法實現(xiàn)，關鍵是產(chǎn)生當前的累加項。

設等差數(shù)列首項為a1，公比為d，項數(shù)為n，則遞推公式為

ai?=?ai-1?+?d，1<i≤n

設等比數(shù)列首項為a1，公比為q，項數(shù)為n，則遞推公式為

ai?=?ai-1?*?q，1<i≤n

2．設計程序

(1)定義變量。

(2)調用格式輸出函數(shù)，設計輸入界面的提示信息。.

(3)調用格式輸入函數(shù)，輸入初始數(shù)據(jù)。

(4)用for循環(huán)產(chǎn)生當前項，并累加。輸出運算式，需在循環(huán)體中輸出當前項及“+”，但需判斷，如果是最后一項，就不輸出“+”，可參考如下語句：

if(i==n)printf("%d",t);

elseprintf("%d+",t);

(5)等差數(shù)列和等比數(shù)列求和過程是一樣的，只是產(chǎn)生的累加項不同。先設計等差數(shù)列求和程序，在此基礎上稍加修改，可實現(xiàn)等比數(shù)列求和。

3．調試運行程序

(1)輸入首項為1、公差為1、項數(shù)從小到大的不同值(便于判定計算結果)，求第①式的值，檢測結果是否正確。

(2)輸入首項為1、公差為2、項數(shù)從小到大的不同值，求第②式的值，檢測結果是否正確。

(3)輸入首項為2、公差為3、項數(shù)從小到大的不同值，求第③式的值，檢測結果是否正確。

(4)修改程序，實現(xiàn)等比數(shù)列求和。

輸入首項為1、公比為2、項數(shù)從小到大的不同值，求第④式的值，檢測結果是否正確。

輸入首項為1、公比為0.5、項數(shù)從小到大的不同值，求第⑤式的值，檢測結果是否正確。

實訓項目2設計程序，求解下面算式的值。輸入/輸出界面可參照圖5.10所示。

1!+2!+3!+4!+5!+… ①

1!+3!+5!+7!+9!+… ②

2!+5!+8!+11!+… ③圖5.10實訓項目2界面式樣

實訓指導

1．設計程序

可以把求解問題看作數(shù)列求和，數(shù)列中的數(shù)可以看作等差數(shù)列，只是對該數(shù)的階乘值求和。求一個數(shù)的階乘可用循環(huán)結構來實現(xiàn)，所以應該采用雙重循環(huán)。外循環(huán)中用等差數(shù)列算法，求出每一項的階乘數(shù)，內循環(huán)求出該數(shù)的階乘值，然后在外循環(huán)中累加。

2．調試運行程序

(1)輸入首項為1、公差為1、項數(shù)從小到大的不同值(便于判定計算結果)，求第①式的值，檢測結果是否正確。

(2)輸入首項為1、公差為2、項數(shù)從小到大的不同值，求第②式的值，檢測結果是否正確。

(3)輸入首項為2、公差為3、項數(shù)從小到大的不同值，求第③式的值，檢測結果是否正確。

實訓項目3設計程序，輸出等腰三角形字符圖形。輸入/輸出界面可參照圖5.11所示。圖5.11實訓項目3界面式樣

實訓指導

1．設計程序

輸出平面字符圖形，應用雙重循環(huán)。外循環(huán)一次控制一行字符的輸出，需要輸出多少行，就應該循環(huán)多少次；內循環(huán)一次輸出當前行的一個字符，當前行有多少個字符，就應該循環(huán)多少次。圖形中的每行輸出空格和“*”兩種字符。每一行輸出的空格數(shù)和“*”數(shù)都與行號有關。設行數(shù)為n，當前行號為i，則當前行輸出的空格數(shù)為n-i，輸出的“*”數(shù)為2*i-1。若總行