全屏显示专题章节

循环结构也称重复结构，利用循环可以重复执行一个语句或语句块，循环的实现可以使得计算机在一定条件下重复工作。在程序设计中可能会出现两种循环，一种是无休止的循环即死循环，一种是有条件的循环即可控的循环。在实际问题中应避免出现死循环，因为它是没有意义的。在构造循环结构时一般包含四个要素:(1)循环的初始状态:循环变量赋初值;(2)循环结束的条件:决定循环何时终止;(3)循环体:反复执行的一个语句或语句块;(4)状态的改变:修改循环变量的值使循环趋向于结束。特别指出，如果缺少第4个要素则会出现死循环的情况，在程序设计时尤其应注意。

循环结构从执行流程上可分为两种类型:前测试循环和后测试循环。前测试循环是首先进行条件判断，条件成立则反复执行某语句(块)，直到条件不再成立循环结束;后测试循环是先执行某语句(块)一次，再进行条件判断，条件成立则反复执行该语句(块)，直到条件不再成立时循环结束。它们的流程图分别如图4-21和图4-22所示。C语言中的三种循环语句分别是while语句、for语句和do－while语句，其中while和for语句属于前测试循环，而do－while属于后测试循环。

while循环的语法规则为:

说明:执行while循环时首先判断括号中表达式的值，如果值为真则执行{}中的语句，直到表达式的值为假，循环结束。

注意:表达式的括号后面是不加分号的。

【例4．13】用while循环语句求1+3+5+…+99的和。

运行结果如图4-23所示。

题目要求计算从1～99之间奇数的和，因此循环的初始状态定义为number=1，判断循环是否结束的条件是number＜=99，循环体为第7、8行。特别注意，第8行是状态改变语句，如果省略则会构成死循环。

for循环的语法规则为:

for(表达式1;表达式2;表达式3)

说明:括号中是用两个分号隔开的三个表达式。其中表达式1表明的是循环的初始状态，表达式2表明的是条件判断，表达式3的作用是表明状态的改变。执行for循环时，首先计算表达式1的值即初始状态，注意只计算一次。然后计算表达式2的值，如果为真则执行{}中的语句，接着计算表达式3的值即状态改变，重复上述过程直至表达式2的值为0(假)，循环结束。

注意:for后面的括号中必须有两个分号，即使省略了某个表达式分号也不能省略。括号的后面没有分号。

【例4．14】用for循环输出如下图形。

运行结果如图4-24所示。

题目中要求输出四行星号，由于每行星号个数一样，故循环体只有一句即第7行代码。for中的第一个表达式i=1是初始状态，条件为i＜=4(只有4行)，每次输完一行后对i值加1如表达式3所描述。

4.3.4　do-w hi l e语句

do－while循环的语法规则为:

说明:具体执行过程为，首先执行{}中的语句(块)一次，然后判断表达式的值，为真则重复上述过程，直至表达式的值为0循环结束。与while和for语句不同的是，do－while属于后测试循环，因此{}中的语句(块)最少执行一次。

注意:在表达式的后面有一个分号，不可遗漏!

【例4．15】用do－while循环连续输入成绩(以负数成绩作为结束标志)，计算总分数。

运行结果如图4-25所示。

题目中要求计算各个学生的总成绩，循环的结束条件为score＜0。由于do－while为后测试循环，因此输入一个分数score后就加到了sum变量中，并没有测试这个分数的有效性，因此第10行代码是必要的，如果输入的成绩为负数，应该减去最后一次输入的负数，这样计算出来的才是学生的总成绩。

4.3.5　break语句与conti nue语句

break语句和continue语句属于流程跳转语句，在循环语句的执行过程中如果遇到break语句或者continue语句，则可跳出循环，在使用时一般结合if语句来完成其功能。以while循环为例，语句形式如下:

但二者作用又有不同，具体用法与区别如下。

break语句在选择结构的switch语句中出现过，作用是跳出switch语句。同样的，把break语句放入while、for或者do－while语句中也可退出循环结构。break用在循环中的作用是终止本层循环。其流程图如图4-26所示。

【例4．16】要求用户不断输入整数，当连续输入的整数的和超过100时，停止输入数据并输出这些整数的和。

运行结果如图4-27所示。

程序中第5行的while(1)构造了一个条件永远为真的循环，如果循环体中没有特殊的语句，则构成一个死循环。因此第10行的条件判断，程序在不断求和的同时也在不断判断sum的值，一旦大于等于100则执行break语句，循环可以正常结束。可见break语句在本题中可以起到跳出整个while循环语句的作用。

continue语句的作用与break有所不同，如果在循环语句的循环体中出现continue语句，则跳过本次循环体中剩余的尚未执行的语句，经过修改循环变量的值后进行下一次循环的条件判断。概括起来就是continue语句可以结束本次循环。其流程图如图4-28所示。特别指出，continue语句并不是结束整个循环，而是仅仅结束本次循环。

【例4．17】利用循环读入6个学生的成绩，并计算总分，要求过滤掉无效的分数。

运行结果如图4-29所示。

题目中要求了成绩的个数，因此程序中定义了一个计数器变量count控制个数，成绩应该从0～100是有效的，因此凡是不符合该范围的执行到第9行时，程序会执行continue语句，从而结束本次循环即跳过后面的第11、12和13行的执行，重新回到for循环中的表达式2进行判断。

4.3.6　循环结构和选择结构的嵌套

循环结构可以包含选择结构，在程序设计中也经常需要这种技术。例如，现需要对大量数据进行筛选，挑选出符合要求的数据，这时候就可以用一个循环结构来遍历这些数据，在循环体内加入选择结构进行判断，这种选择结构就好比是一个“筛子”，筛出来的数据就是你所需要的数据。

【例4．18】输出200以内能被3整除但不能被5整除的整数。

运行结果如图4-30所示。

题目要求找出200以内能被3整除但不能被5整除的整数，可用for循环遍历从1～200的整数，每一个整数都需要进行判断即执行第8行语句，这就是用if语句构成的一个“筛子”，符合这个条件的就是所需要的数据。变量count是一个计数器，主要是为第12、13行服务，运行结果中每行有6个整数，用第12、13行语句来控制换行。

4.3.7　循环结构的嵌套

循环的嵌套即在一个循环语句中又包含另外一个循环语句，3种循环语句既可以自身进行嵌套也可以互相嵌套，但是在嵌套时一个循环必须完整地包含另外一个循环。以for循环的嵌套为例，如图4-31所示形式是正确的嵌套形式:

【例4．19】输出九九乘法表。

运行结果如图4-32所示。

第5、6、7行为乘法表的表头部分，直接用printf()函数输出即可。输出九九乘法表是有规律的，一共有9行，外层循环控制行数见第8行代码，外层循环的循环体中首先需要输出i的值，然后再用一个循环控制输出乘积部分见第11行至13行代码。特别注意第13行代码，缺少后将导致无法换行。

【例4．20】输出500～600以内的所有素数。

运行结果如图4-33所示。

素数即数学中的质数，判断一个数n是否为素数，最基本的方法是采用试除法(从2开始一直除到n－1)。其实可以采用更加简便的方法来提高程序的效率。由相关数学知识可知:只需除到n的平方根即可判断出该数是否为素数。程序的外层循环中num的值从500变化到600，内层循环进行试除即第9行代码。flag为一个标记，初值为0，如果找到一个因子立即修改flag的值为1，经过内层循环之后，如果flag的值仍为0说明该数是素数，输出该数并对计数器变量count的值加1。为了使每行只输出6个素数，故使用了第18、19行来进行换行控制。

【例4．21】利用循环的嵌套输出如下图形。

运行结果如图4-34所示。

该图形一共有7行，可以分成两部分来处理。题目中将前4行看成一个整体，后3行看成一个整体。输出前4行如5～12行代码所示，外层循环控制行数，经分析可知数量关系如下:

显然，空格数与行数的关系为j=4－i，字母数与行数的关系为k=2*i－1。第7、8行输出空格，9、10行输出字母，第11行换行。同理，后3行也可以按照这个方法来分析。

思考:读者可以试试用一个大的循环嵌套结构来输出这个图形，即不分割成两个图形，直接用外层循环控制7行的输出。

4.3.8　循环和数组

(1)使用循环语句遍历数组元素

由于数组中包含若干个元素，利用循环可以非常快捷的访问每个元素，包括给元素赋值或者输出数组中元素的值。由于数组的下标是从0开始的，因此在使用循环时，循环变量的初值应从0开始。

【例4．22】使用循环语句遍历一维数组。

运行结果如图4-35所示。

程序中定义了一个包含10个元素的整型数组arrayNum，并且对其初始化。第6行使用for循环来输出每个元素的值，特别需要注意的是循环变量i的初值赋值为0，循环结束的条件是i＜10而不是i＜=10，取到等号将导致数组下标越界。

【例4．23】使用循环语句遍历二维数组。

运行结果如图4-36所示。

用循环遍历二维数组中的元素需要使用循环的嵌套结构，外层循环控制数组行下标的变化(第6行)，内层循环控制数组列下标的变化(第8行)。这里特别注意第10行语句的位置，它是负责输出一行后换行。

(2)循环和数组的应用

数组的引入使得处理大批量数据变得非常方便，再加上与循环结构的完美结合，在实际生活中有很多应用，如数据的查找、排序等等。下面来看几个具体应用。

【例4．24】输出斐波那契数列的前30项。斐波那契数列的规律如下:

运行结果如图4-37所示。

第4行定义一个含有30个元素的整型数组F，初始化前两项为1，后面的28项通过第6行的循环来进行赋值。第8行至第13行按照每行6个数据进行格式化输出。

下面的例题是关于排序的例子。排序即将一组无序数据按照从小到大(或从大到小)的顺序进行排列。最常用的排序算法有冒泡排序和选择排序等，首先介绍一下算法的基本原理。

冒泡排序也称交换排序，一列数据中相邻数据按照一种有序的方式进行交换。冒泡排序一共需要若干趟比较，每一趟又需要若干次比较。例如，现在要对M个数据进行降序排列，第一趟比较要找出最小的数据，具体做法为将M个数据中相邻的两个数进行比较，如果第一个数小于第二个数则交换两数位置，经过第一趟比较之后该数列中最小的数据已经排在末位。接下来进行第二趟比较，但是不必考虑末位的那个数据，只需将前面的M－1个数据中每相邻的两个数进行比较，将较小的数往后交换，经过第二趟比较之后找出来了次小的数，按照这个思想继续比较。算法总结如下，M个数据排序共需要M－1趟比较，由于第一趟比较中比较了M－1次，第二趟比较了M－2次，显然第i趟需要比较M－i次。结合程序设计，可以利用循环的嵌套控制比较的趟数和次数。

作为冒泡排序过程中的一趟比较，以下面5个数据降序排序为例，第一趟比较和交换的过程如图4-38所示。

【例4．25】利用冒泡排序算法对10个整数进行降序排序后输出。

运行结果如图4-39所示。

题目中要求对10个整数进行排序，故根据冒泡排序思想一共需要9趟比较，外层循环控制趟数见代码第6行，第7行控制每一趟比较的次数。若想改为升序排列只需要将第9行改为大于号即可。第10至14行是交换两个整数的方法，排序完毕用第16行的循环输出结果。

选择排序也是常用的一种排序算法，其算法的基本思想为:首先从待排序数据中(假设共N个数据)找到最小的数据，将这个最小值与待排序数据列表中的第一个数据交换位置。接着找出剩下的N－1个数据中最小的数据与列表中的第二个数据交换位置，依此继续下去。显然N个数据需要重复N－1次上述过程。举例如图4-40所示。

【例4．26】利用选择排序算法对10个整数进行升序排序后输出。

运行结果如图4-41所示。

第6行的for循环语句控制比较的趟数。变量minindex记录最小值的下标。第10至17行是寻找最小值，第18至23行是将最小值与相应位置的元素进行交换。