【C语言实战(6)】解锁C语言循环密码：for循环实战探秘

[一、for 循环基础大揭秘](#一、for 循环基础大揭秘)
- [1.1 for 循环基本语法与执行流程](#1.1 for 循环基本语法与执行流程)
- [1.2 for 循环三要素（初始化、条件判断、更新）](#1.2 for 循环三要素（初始化、条件判断、更新）)
- [1.3 for 循环执行顺序图解](#1.3 for 循环执行顺序图解)
- [1.4 for 循环与分支结构嵌套基础](#1.4 for 循环与分支结构嵌套基础)
[二、for 循环实战案例（一）](#二、for 循环实战案例（一）)
- [2.1 实战：计算 1 到 100 的累加和](#2.1 实战：计算 1 到 100 的累加和)
- [2.2 实战：输出 100 以内的所有偶数](#2.2 实战：输出 100 以内的所有偶数)
- [2.3 循环变量控制与边界条件处理](#2.3 循环变量控制与边界条件处理)
[三、for 循环实战案例（二）](#三、for 循环实战案例（二）)
- [3.1 实战：打印九九乘法表](#3.1 实战：打印九九乘法表)
- [3.2 实战：计算 n 的阶乘（n 由用户输入）](#3.2 实战：计算 n 的阶乘（n 由用户输入）)
- [3.3 for 循环嵌套使用技巧与注意事项](#3.3 for 循环嵌套使用技巧与注意事项)

一、for 循环基础大揭秘

1.1 for 循环基本语法与执行流程

在 C 语言中，for循环是一种常用的循环结构，其一般语法结构如下：

c 复制代码

for (初始化表达式; 条件表达式; 更新表达式) {
    // 循环体
}

初始化表达式：用于初始化循环控制变量，它只会在循环开始前执行一次。
条件表达式：每次循环迭代前会检查该条件，若为真（非零值），则执行循环体；若为假（零值），则结束循环。
更新表达式：在每次循环体执行结束后执行，通常用于更新循环控制变量的值，使循环逐渐逼近结束条件。

例如，下面这段代码使用for循环来打印数字 1 到 5：

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int i;
    for (i = 1; i <= 5; i++) {
        printf("%d ", i);
    }
    return 0;
}

在这个例子中，i = 1是初始化表达式，i <= 5是条件表达式，i++是更新表达式。循环从i为 1 开始，每次循环打印i的值，然后i自增 1，直到i大于 5 时循环结束。

1.2 for 循环三要素（初始化、条件判断、更新）

初始化：初始化是for循环的起始准备阶段，它为循环控制变量赋初始值。这个初始值决定了循环从何处开始。比如在前面打印 1 到 5 的例子中，i = 1将循环变量i初始化为 1，这意味着循环将从 1 开始计数。初始化表达式在整个for循环过程中仅执行一次。若在for循环外部已经对循环变量进行了初始化，那么在for循环的初始化表达式部分可以省略，但分号不能省略。例如：

c 复制代码

int i = 1;
for (; i <= 5; i++) {
    printf("%d ", i);
}

条件判断：条件判断是控制循环是否继续执行的关键。它是一个逻辑表达式，其结果决定了循环的走向。当条件表达式的值为真时，循环体将被执行；当条件表达式的值为假时，循环立即终止，程序继续执行for循环之后的代码。在上述例子里，i <= 5作为条件表达式，只要i小于等于 5，循环就会持续进行，一旦i大于 5，循环结束。如果省略条件表达式，就相当于条件永远为真，会导致死循环，例如：

c 复制代码

for (i = 1; ; i++) {
    // 这里会形成死循环，因为没有条件判断来结束循环
}

更新：更新部分用于在每次循环体执行完毕后，对循环控制变量进行修改，使循环逐渐朝着结束的方向发展。通常使用自增（++）或自减（--）运算符来实现变量的更新。在打印 1 到 5 的代码中，i++使i的值每次循环后增加 1，从而逐步接近并最终超过条件判断中的上限 5，促使循环结束。也可以使用其他方式来更新变量，比如i = i + 2，这样i每次会增加 2。更新表达式也可以省略，但同样需要在循环体中加入适当的代码来改变循环变量，以避免死循环，例如：

c 复制代码

for (i = 1; i <= 5;) {
    printf("%d ", i);
    i++; // 这里在循环体中更新变量，若没有这行代码会导致死循环
}

1.3 for 循环执行顺序图解

为了更直观地理解for循环的执行顺序，我们可以通过流程图来展示，如下：

c 复制代码

@startuml
start
:初始化表达式;
:检查条件表达式;
if (条件表达式为真) then (yes)
    :执行循环体;
    :更新表达式;
    :检查条件表达式;
    if (条件表达式为真) then (yes)
        :执行循环体;
        :更新表达式;
        :检查条件表达式;
        if (条件表达式为真) then (yes)
            :执行循环体;
            :更新表达式;
            :检查条件表达式;
            if (条件表达式为真) then (yes)
                :执行循环体;
                :更新表达式;
                :检查条件表达式;
                if (条件表达式为真) then (yes)
                    :执行循环体;
                    :更新表达式;
                    :检查条件表达式;
                else (no)
                    stop
                endif
            else (no)
                stop
            endif
        else (no)
            stop
        endif
    else (no)
        stop
    endif
else (no)
    stop
endif
@enduml

首先执行初始化表达式，对循环变量进行初始化。
接着检查条件表达式，如果条件为真，执行循环体。
循环体执行完毕后，执行更新表达式，对循环变量进行更新。
再次检查条件表达式，若为真，重复步骤 2 和步骤 3；若为假，循环结束，程序继续执行后续代码。

1.4 for 循环与分支结构嵌套基础

在 C 语言编程中，for循环常常会与分支结构（如if - else、switch等）进行嵌套，以实现更复杂的逻辑控制。嵌套的基本概念就是在一个结构内部包含另一个结构。

for循环与if - else嵌套：当需要在循环过程中根据不同的条件执行不同的操作时，可以使用for循环与if - else的嵌套。例如，我们要打印 1 到 10 之间的奇数和偶数，并分别标记：

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int i;
    for (i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i % 2 == 0) {
            printf("%d是偶数\n", i);
        } else {
            printf("%d是奇数\n", i);
        }
    }
    return 0;
}

在这个例子中，for循环控制变量i从 1 遍历到 10。在每次循环中，通过if - else分支结构判断i是奇数还是偶数，并打印相应的信息。

for循环与switch嵌套：当有多种条件需要根据不同的值进行处理时，for循环与switch的嵌套就派上用场了。比如，根据用户输入的数字，打印对应的星期几的英文单词缩写（假设输入 1 到 7 分别对应周一到周日），并且可以多次输入：

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int num, i;
    for (i = 1; i <= 3; i++) { // 假设只进行3次输入操作
        printf("请输入一个1到7之间的数字: ");
        scanf("%d", &num);
        switch (num) {
            case 1:
                printf("Mon\n");
                break;
            case 2:
                printf("Tue\n");
                break;
            case 3:
                printf("Wed\n");
                break;
            case 4:
                printf("Thu\n");
                break;
            case 5:
                printf("Fri\n");
                break;
            case 6:
                printf("Sat\n");
                break;
            case 7:
                printf("Sun\n");
                break;
            default:
                printf("输入错误，请输入1到7之间的数字\n");
        }
    }
    return 0;
}

这里for循环控制输入操作的次数，每次输入一个数字后，通过switch语句根据数字的值打印对应的星期缩写。如果输入的数字不在 1 到 7 之间，通过default分支提示输入错误。

二、for 循环实战案例（一）

2.1 实战：计算 1 到 100 的累加和

计算 1 到 100 的累加和是一个经典的编程练习，使用for循环可以轻松实现。下面是具体的 C 语言代码：

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int sum = 0; // 用于存储累加结果，初始化为0
    int i;
    for (i = 1; i <= 100; i++) {
        sum += i; // 将当前的i值累加到sum中
    }
    printf("1到100的累加和为：%d\n", sum);
    return 0;
}

在这段代码中：

变量初始化：首先定义了一个变量sum，并初始化为 0，用于存储累加的结果。还定义了循环变量i，虽然这里没有直接初始化，但在for循环的初始化部分会对其进行初始化。
for 循环的运用：for循环的初始化表达式i = 1，将循环变量i初始化为 1，表示从 1 开始累加。条件表达式i <= 100，确保i在 1 到 100 的范围内进行循环。更新表达式i++，每次循环结束后将i的值增加 1 ，以便遍历下一个数字。
累加操作：在循环体中，通过sum += i语句，将当前的i值累加到sum中。这样，当循环结束时，sum中存储的就是 1 到 100 的累加和。
结果输出：最后使用printf函数输出累加的结果。

2.2 实战：输出 100 以内的所有偶数

要输出 100 以内的所有偶数，可以利用for循环结合条件判断来实现。以下是实现代码：

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int i;
    for (i = 1; i <= 100; i++) {
        if (i % 2 == 0) { // 判断i是否为偶数，如果i除以2的余数为0，则i是偶数
            printf("%d ", i);
        }
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

在这个代码中：

循环设置：for循环从i = 1开始，到i <= 100结束，遍历 1 到 100 的所有数字。
偶数判断：在循环体中，使用if (i % 2 == 0)条件判断语句来判断当前的i是否为偶数。这里用到了取模运算符%，它返回除法的余数。当i除以 2 的余数为 0 时，说明i能被 2 整除，即i是偶数。
输出偶数：如果i是偶数，就使用printf函数将其输出。最后换行输出，使结果更加清晰。

我们还可以对上述代码进行优化，直接从 2 开始，每次递增 2，这样可以减少不必要的判断，提高效率，优化后的代码如下：

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int i;
    for (i = 2; i <= 100; i += 2) {
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    return 0;
}

2.3 循环变量控制与边界条件处理

在前面计算 1 到 100 的累加和以及输出 100 以内偶数的案例中，循环变量的控制和边界条件的处理至关重要。

循环变量控制 ：
- 初始值设定：合理设置循环变量的初始值是循环正确执行的第一步。在计算 1 到 100 的累加和时，将循环变量i初始化为 1，这符合从 1 开始累加的需求；在输出偶数的例子中，若采用普通方式从 1 开始遍历，初始值为 1，若优化后从 2 开始遍历偶数，则初始值为 2 。初始值的设定直接决定了循环从哪个数值开始处理。
- 更新方式：循环变量的更新方式决定了循环的步长和走向。通常使用自增（++）或自减（--）运算符，也可以根据具体需求进行更复杂的更新。如在计算累加和中，i++使i每次增加 1，依次遍历 1 到 100 的每一个数；在优化后的输出偶数代码中，i += 2让i每次增加 2，直接遍历所有偶数，提高了效率。如果更新方式错误，比如忘记更新循环变量，就会导致死循环。
边界条件处理 ：
- 循环结束条件：正确设定循环结束条件是避免无限循环和获取正确结果的关键。在两个案例中，都使用i <= 100作为循环结束条件，确保只处理 100 以内（包括 100）的数字。如果将条件设置为i < 100，则计算累加和时会少加 100，输出偶数时会遗漏 100 这个偶数。
- 特殊值处理：在实际编程中，还需要考虑一些特殊值的情况。例如在处理数字相关问题时，0 可能需要特殊对待。虽然在这两个案例中没有涉及，但在其他场景下，可能需要对 0 进行单独的判断和处理，以确保程序的正确性和健壮性。

三、for 循环实战案例（二）

3.1 实战：打印九九乘法表

打印九九乘法表是一个经典的编程示例，它很好地展示了for循环嵌套的应用。下面是使用 C 语言实现打印九九乘法表的代码：

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int i, j;
    for (i = 1; i <= 9; i++) { // 外层for循环控制行数，i从1到9
        for (j = 1; j <= i; j++) { // 内层for循环控制列数，j从1到当前的行数i
            printf("%d*%d=%-2d ", j, i, i * j); // 格式化输出乘法表达式，%-2d表示左对齐，占2个字符宽度
        }
        printf("\n"); // 换行，开始下一行的打印
    }
    return 0;
}

在这段代码中：

双层 for 循环的运用 ：
- 外层for循环for (i = 1; i <= 9; i++)控制乘法表的行数，i代表当前行号，从 1 到 9 循环。每一次外层循环的迭代，都会开始新的一行打印。
- 内层for循环for (j = 1; j <= i; j++)控制每一行中乘法表达式的个数，j代表当前列号。注意内层循环的结束条件是j <= i，这意味着第一行只有 1 个乘法表达式（11），第二行有 2 个（12，2*2），以此类推，第九行有 9 个，这样就可以打印出下三角形状的九九乘法表。
输出格式控制 ：
- printf("%d*%d=%-2d ", j, i, i * j);语句用于格式化输出乘法表达式。%d是整数占位符，分别对应j（乘数）、i（被乘数）和i * j（乘积）。%-2d中的-表示左对齐，2表示输出宽度为 2 个字符。这样可以保证输出的乘法表整齐美观，每个乘积都占用相同的宽度，不会出现参差不齐的情况。
- printf("\n");用于换行，当内层循环结束，即当前行的所有乘法表达式打印完毕后，执行换行操作，以便在下一行继续打印。

3.2 实战：计算 n 的阶乘（n 由用户输入）

阶乘是数学中的一个概念，正整数 n 的阶乘（记作 n!）是所有小于及等于 n 的正整数的乘积。例如，5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120。下面是使用 C 语言实现从用户处获取 n 并计算其阶乘的代码：

c 复制代码

#include <stdio.h>

int main() {
    int n, i;
    unsigned long long factorial = 1; // 使用unsigned long long类型以处理较大的阶乘结果，初始化为1
    printf("请输入一个正整数n: ");
    scanf("%d", &n);

    if (n < 0) {
        printf("负数没有阶乘，请输入正整数。\n");
    } else if (n == 0 || n == 1) {
        factorial = 1;
        printf("%d的阶乘是: %llu\n", n, factorial);
    } else {
        for (i = 1; i <= n; i++) {
            factorial *= i; // 累乘计算阶乘
        }
        printf("%d的阶乘是: %llu\n", n, factorial);
    }
    return 0;
}

在这段代码中：

变量定义与初始化：定义了n用于存储用户输入的整数，i作为循环变量，factorial用于存储阶乘的结果，并初始化为 1，因为任何数乘以 1 都等于其本身，这是阶乘计算的起点。这里使用unsigned long long类型是因为阶乘的结果增长非常快，普通的int类型很容易溢出，无法存储较大数的阶乘。
输入与判断：通过printf提示用户输入一个正整数n，然后使用scanf获取用户输入的值。接着对输入进行判断，如果n是负数，提示用户负数没有阶乘；如果n是 0 或 1，直接将阶乘结果设为 1 并输出，因为 0! 和 1! 都等于 1。
for 循环计算阶乘：对于大于 1 的n，使用for循环来计算阶乘。for (i = 1; i <= n; i++)循环从 1 到n，在每次循环中，将当前的i值与factorial相乘，即factorial *= i，这样当循环结束时，factorial中存储的就是n的阶乘。
结果输出：最后使用printf函数输出n的阶乘结果。

3.3 for 循环嵌套使用技巧与注意事项

在前面打印九九乘法表和计算阶乘的案例中，我们已经涉及到了for循环的嵌套使用。以下是一些使用for循环嵌套时的技巧与注意事项：

内外层循环变量的关系：在嵌套循环中，内外层循环变量通常存在一定的逻辑关系。如在打印九九乘法表时，内层循环变量j的范围依赖于外层循环变量i，j从 1 到i，这决定了乘法表每一行的元素个数。在处理二维数组时，外层循环可能控制行索引，内层循环控制列索引，两者相互配合来遍历整个数组。合理设计这种关系是实现正确逻辑的关键。
避免死循环：确保每个循环都有终止条件是避免死循环的关键。在打印九九乘法表的代码中，外层循环i从 1 到 9，内层循环j从 1 到i，它们都有明确的结束条件，不会导致死循环。如果不小心将循环条件写错，比如内层循环写成for (j = 1; ; j++)，就会导致内层循环永远不会结束，从而形成死循环。另外，在循环体中修改循环变量时要格外小心，确保修改后的变量能使循环朝着结束的方向发展。
循环嵌套的深度：虽然理论上可以进行多层循环嵌套，但实际编程中应尽量避免过深的嵌套，一般不超过三层。因为嵌套层数过多会使代码可读性变差，维护难度增加，并且容易出现逻辑错误。如果确实需要复杂的逻辑，可以考虑将部分功能封装成函数，以简化代码结构。例如，在打印九九乘法表时，若要对乘法表进行更复杂的处理，如添加标题、边框等，可以将打印乘法表的核心逻辑封装成一个函数，在主函数中调用该函数，并添加其他相关的输出逻辑。
代码的可读性：使用有意义的变量名和适当的注释可以提高代码的可读性。在计算阶乘的代码中，n表示用户输入的数，i作为循环变量，factorial表示阶乘结果，这些变量名清晰地表达了其用途。同时，在关键的逻辑部分添加注释，如在判断输入和计算阶乘的地方，能让阅读代码的人更容易理解代码的功能和执行流程。

【C语言实战(6)】解锁C语言循环密码：for循环实战探秘

目录

一、for 循环基础大揭秘

1.1 for 循环基本语法与执行流程

1.2 for 循环三要素（初始化、条件判断、更新）

1.3 for 循环执行顺序图解

1.4 for 循环与分支结构嵌套基础

二、for 循环实战案例（一）

2.1 实战：计算 1 到 100 的累加和

2.2 实战：输出 100 以内的所有偶数

2.3 循环变量控制与边界条件处理

三、for 循环实战案例（二）

3.1 实战：打印九九乘法表

3.2 实战：计算 n 的阶乘（n 由用户输入）

3.3 for 循环嵌套使用技巧与注意事项