第九章---for循环及在STL的应用(vector\map\set\list\for_each)、嵌套while、while 统一输出、do-while

在C++中，循环语句用于重复执行一段代码，直到指定的条件不再满足。C++ 提供了几种循环机制，下面将详细讲解每种循环语句的用法和特点。

1. for 循环

for 循环是最常用的循环结构之一，它有三种基本形式：

基本形式：

for (初始化表达式; 循环条件; 步进表达式) {
    // 循环体
}

• 初始化表达式：在循环开始前执行，通常用于初始化循环变量。
• 循环条件：每次循环开始前检查，如果为真（非零），则执行循环体。
• 步进表达式：每次循环体执行后执行，通常用于更新循环变量。

示例：

for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    std::cout << i << std::endl;
}

2. for 循环在STL（标准模板库）中的使用：

在C++的Standard Template Library（STL）中，for 循环广泛用于遍历各种容器（如 vector, list, deque, set, map 等）中的元素。以下是 for 循环在STL中应用的一些示例：

1. 遍历 vector

使用传统的 for 循环遍历 vector：

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
        std::cout << vec[i] << std::endl;
    }
    return 0;
}

使用基于范围的 for 循环

for (int val : vec) {
    std::cout << val << std::endl;
}

2. 遍历 map

使用迭代器遍历 map：

#include <iostream>
#include <map>
int main() {
    std::map<std::string, int> map = {{"one", 1}, {"two", 2}, {"three", 3}};
    for (std::map<std::string, int>::iterator it = map.begin(); it != map.end(); ++it) {
        std::cout << it->first << ": " << it->second << std::endl;
    }
    return 0;
}

使用基于范围的 for 循环（C++17起，需要结构化绑定）：

for (const auto& [key, value] : map) {
    std::cout << key << ": " << value << std::endl;
}

3. 遍历 set

使用迭代器遍历 set：

#include <iostream>
#include <set>
int main() {
    std::set<int> set = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (std::set<int>::iterator it = set.begin(); it != set.end(); ++it) {
        std::cout << *it << std::endl;
    }
    return 0;
}

使用基于范围的 for 循环：

for (int val : set) {
    std::cout << val << std::endl;
}

4. 遍历 list

使用迭代器遍历 list：

#include <iostream>
#include <list>
int main() {
    std::list<int> lst = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (std::list<int>::iterator it = lst.begin(); it != lst.end(); ++it) {
        std::cout << *it << std::endl;
    }
    return 0;
}

使用基于范围的 for 循环：

for (int val : lst) {
    std::cout << val << std::endl;
}

5. 使用 std::for_each 算法

除了常规的 for 循环，STL还提供了 std::for_each 算法，可以用于遍历容器并执行一个函数对象。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm> // for std::for_each
int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::for_each(vec.begin(), vec.end(), [](int val) {
        std::cout << val << std::endl;
    });
    return 0;
}

for 循环在STL中的应用非常广泛，能够帮助程序员以简洁和高效的方式处理容器中的数据。随着C++标准的更新，使用基于范围的 for 循环和结构化绑定等特性，可以进一步简化代码，提高代码的可读性和可维护性。

示例：

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i : arr) {
    std::cout << i << std::endl;
}

3. while 循环

while 循环在给定条件为真时，重复执行代码块。

语法：

while (条件) {
    // 循环体
}

示例：

int i = 0;
while (i < 10) {
    std::cout << i << std::endl;
    ++i;
}

用途

while 循环适用于以下情况：

• 当循环次数未知时。
• 当需要在每次迭代之前检查循环条件时。

注意事项

• 确保循环条件最终能够变为假，以避免无限循环。
• 循环体内应有修改循环条件的语句，否则可能会造成无限循环。
• 初始化循环变量和控制循环的条件通常在循环之前设置。

示例

int i = 0;
while (i < 10) {
    std::cout << i << std::endl;
    i++; // 更新循环条件
}

高级用法

1. 嵌套 while 循环

可以在 while 循环内部再嵌套一个或多个 while 循环，用于处理更复杂的问题。

int i = 0;
while (i < 5) {
    int j = 0;
    while (j < 5) {
        std::cout << "(" << i << ", " << j << ") ";
        j++;
    }
    std::cout << std::endl;
    i++;
}

2. 使用 break 和 continue

可以在 while 循环中使用 break 和 continue 来控制循环流程。

• break 语句用于立即退出循环。
• continue 语句用于跳过当前迭代剩余的部分，直接进入下一次迭代。

int i = 0;
while (i < 10) {
    i++;
    if (i == 5) {
        continue; // 跳过i等于5的情况
    }
    std::cout << i << std::endl;
    
    if (i == 8) {
        break; // 当i等于8时退出循环
    }
}

3. 无限循环

可以使用 while (true) 来创建一个无限循环，通常需要配合 break 语句来正确退出循环。

while (true) {
    // 执行一些操作
    if (/* 某个条件 */) {
        break; // 满足条件时退出循环
    }
}

4.使用 while 语句来处理输入并在输入完成后统一输出

通常，这种方法用于处理不确定数量的输入数据。下面是一个简单的示例，说明如何使用 while 循环来读取输入，然后在输入结束后输出所有读取的值。

假设题目要求读取一系列整数，直到输入为0为止，然后输出所有非零整数。

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    int value;
    std::vector<int> values;
    // 使用while循环读取输入，直到输入为0
    while (std::cin >> value) {
        if (value == 0) {
            break; // 如果输入为0，则退出循环
        }
        values.push_back(value); // 将非零值添加到vector中
    }
    // 输出所有读取的值
    for (int v : values) {
        std::cout << v << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    return 0;
}

在这个例子中，while 循环会一直执行，直到输入流遇到文件结束符（EOF）或输入为0。如果输入为0，break 语句会终止循环。所有非零的整数都被存储在 vector 中，然后在循环结束后，使用 for 循环遍历并输出这些值。

总结

while 循环是C/C++中非常灵活的循环结构，适用于多种场景。理解和掌握 while 循环对于编写结构化和高效的代码至关重要。在使用时，要特别注意循环条件的管理，以避免出现逻辑错误或性能问题。

3. do-while 循环

do-while 循环与 while 循环类似，但它的条件检查是在循环体执行之后进行的，因此循环体至少执行一次。

语法：

do {
    // 循环体
} while (条件);

示例：

int i = 0;
do {
    std::cout << i << std::endl;
    ++i;
} while (i < 10);

4. 循环控制语句

在循环内部，可以使用以下控制语句改变循环的执行流程：

• break：立即退出循环。
• continue：跳过当前循环的剩余部分，直接进入下一次循环的条件判断。
• goto：跳转到指定的标签位置（不推荐使用，因为它可能导致代码混乱和难以维护）。

示例：使用 break 和 continue

for (int i = 0; i < 10; ++i) {
    if (i == 5) {
        break; // 当 i 等于 5 时，退出循环
    }
    if (i % 2 == 0) {
        continue; // 当 i 是偶数时，跳过本次循环的剩余部分
    }
    std::cout << i << std::endl; // 只打印奇数
}

循环语句是编程中的基本概念，理解和掌握它们对于编写高效的C++程序至关重要。