【C语言】 循环结构

循环结构概述

循环结构是程序设计中用于重复执行特定代码块的基本控制结构。当某个条件满足时，循环体内的代码会被重复执行，直到条件不再满足为止。C语言提供了三种循环语句：for语句 、while语句 和do-while语句。

循环结构的基本要素

1. 循环初始化：设置循环控制变量的初始值
2. 循环条件：决定循环是否继续执行的条件表达式
3. 循环体：需要重复执行的代码块
4. 循环更新：修改循环控制变量的值，使循环能够趋近于结束

for循环语句

标准格式

for (表达式1; 表达式2; 表达式3) {
    // 循环体
}

执行流程

1. 执行表达式1（初始化表达式），只执行一次
2. 判断表达式2 （条件表达式）的值：
   • 若为真（非0），执行循环体
   • 若为假（0），跳出循环
3. 执行循环体后，执行表达式3（更新表达式）
4. 返回步骤2，继续判断表达式2

for循环的执行流程图解

开始
  ↓
执行表达式1（初始化）
  ↓
判断表达式2（条件）
  ↓
条件为真？─────┐
  ↓ 是         否
执行循环体     ↓
  ↓         结束循环
执行表达式3（更新）
  ↓
返回判断表达式2

for循环的特点

• 三个表达式均可省略，但分号必须保留
• 表达式1：通常用于初始化循环控制变量
• 表达式2：循环继续执行的条件
• 表达式3：通常用于更新循环控制变量

for循环示例

计算1~50的累加和

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int sum = 0;
    
    // 标准for循环
    for (int i = 1; i <= 50; i++) {
        sum += i;  // 等价于 sum = sum + i
    }
    
    printf("1~50的和为：%d\n", sum);
    return 0;
}

特殊for循环形式

无限循环（死循环）

// 形式1：三个表达式都为空
for (;;) {
    // 循环体
    // 需要使用break语句才能退出
}

// 形式2：条件恒为真
for (;1;) {
    // 循环体
}

省略表达式的for循环

int i = 1;        // 初始化放在循环外
for (; i <= 10;) {
    printf("%d ", i);
    i++;          // 更新放在循环体内
}

for循环嵌套

示例：投掷两个骰子的所有组合

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("两个骰子点数组合（和大于7）：\n");
    printf("骰子1\t骰子2\t总和\n");
    
    // 外层循环控制第一个骰子
    for (int dice1 = 1; dice1 <= 6; dice1++) {
        // 内层循环控制第二个骰子
        for (int dice2 = 1; dice2 <= 6; dice2++) {
            int sum = dice1 + dice2;
            if (sum > 7) {
                printf("%d\t%d\t%d\n", dice1, dice2, sum);
            }
        }
    }
    
    return 0;
}

while循环语句

标准格式

while (条件表达式) {
    // 循环体
}

执行流程

1. 判断条件表达式的值
2. 如果条件为真（非0），执行循环体
3. 执行完循环体后，返回步骤1
4. 如果条件为假（0），结束循环

while循环的特点

• 先判断，后执行：可能一次都不执行循环体
• 适合循环次数不确定的情况
• 需要在循环体内更新循环控制条件

while循环示例

计算两个年份之间的闰年数量

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int year1, year2;
    int count = 0;  // 闰年计数器
    
    printf("请输入两个年份：");
    scanf("%d %d", &year1, &year2);
    
    // 确保year1 <= year2
    if (year1 > year2) {
        int temp = year1;
        year1 = year2;
        year2 = temp;
    }
    
    // 遍历所有年份
    int current = year1;
    while (current <= year2) {
        // 判断闰年：能被4整除但不能被100整除，或者能被400整除
        if ((current % 4 == 0 && current % 100 != 0) || current % 400 == 0) {
            printf("%d是闰年\n", current);
            count++;
        }
        current++;  // 更新循环变量
    }
    
    printf("%d年到%d年之间有%d个闰年\n", year1, year2, count);
    return 0;
}

while循环的特殊形式

无限循环

while (1) {
    // 循环体
    // 需要使用break语句才能退出
}

空循环体

// 等待直到条件为假
while (条件表达式);  // 注意：这里的分号就是空循环体

for循环与while循环的等价转换

// for循环形式
for (表达式1; 表达式2; 表达式3) {
    循环体;
}

// 等价的while循环形式
表达式1;
while (表达式2) {
    循环体;
    表达式3;
}

do-while循环语句

标准格式

do {
    // 循环体
} while (条件表达式);  // 注意：这里的分号不能省略

执行流程

1. 执行循环体（无条件执行一次）
2. 判断条件表达式的值
3. 如果条件为真，返回步骤1
4. 如果条件为假，结束循环

do-while循环的特点

• 先执行，后判断：至少执行一次循环体
• 适合需要先执行一次再判断的情况
• 常用于菜单选择、输入验证等场景

do-while循环示例

菜单选择系统

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int choice;
    
    do {
        // 显示菜单
        printf("\n=== 学生管理系统 ===\n");
        printf("1. 添加学生\n");
        printf("2. 删除学生\n");
        printf("3. 查询学生\n");
        printf("4. 退出系统\n");
        printf("请选择操作（1-4）：");
        
        scanf("%d", &choice);
        
        // 处理用户选择
        switch (choice) {
            case 1:
                printf("执行添加学生功能...\n");
                break;
            case 2:
                printf("执行删除学生功能...\n");
                break;
            case 3:
                printf("执行查询学生功能...\n");
                break;
            case 4:
                printf("感谢使用，再见！\n");
                break;
            default:
                printf("输入错误，请重新选择！\n");
        }
    } while (choice != 4);  // 当用户选择4时退出
    
    return 0;
}

do-while与while的等价转换

// do-while形式
do {
    循环体;
} while (条件);

// 等价的while形式（保证至少执行一次）
循环体;
while (条件) {
    循环体;
}

三种循环语句的对比与选择

对比总结

特性	for循环	while循环	do-while循环
执行顺序	先判断后执行	先判断后执行	先执行后判断
最少执行次数	0次	0次	1次
适用场景	循环次数已知	循环次数未知	至少执行一次
初始化位置	表达式1中	循环体外	循环体外
条件位置	表达式2	while后括号内	while后括号内
更新位置	表达式3	循环体内	循环体内

选择建议

1. 使用for循环：

   • 循环次数已知
   • 需要明确的初始化、条件和更新
   • 遍历数组、集合等

2. 使用while循环：

   • 循环次数未知
   • 条件判断复杂
   • 读取文件直到结束
   • 等待用户输入特定值

3. 使用do-while循环：

   • 至少需要执行一次
   • 菜单选择界面
   • 输入验证

循环控制语句

break语句

• 功能：立即跳出当前循环
• 适用：for、while、do-while循环
• 注意：只能跳出一层循环

continue语句

• 功能：跳过本次循环剩余部分，直接开始下一次循环
• 适用：for、while、do-while循环
• 注意：在for循环中，continue后仍会执行表达式3

示例：break和continue的使用

#include <stdio.h>

int main(void) {
    printf("break示例：找到第一个3的倍数就停止\n");
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i % 3 == 0) {
            printf("找到：%d\n", i);
            break;  // 找到后立即退出循环
        }
        printf("检查：%d\n", i);
    }
    
    printf("\ncontinue示例：跳过所有3的倍数\n");
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i % 3 == 0) {
            continue;  // 跳过本次循环剩余部分
        }
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

实际编程建议

1. 避免无限循环

除非确实需要，否则应避免无限循环。如果使用无限循环，确保有明确的退出条件。

2. 注意循环变量的更新

确保循环变量在循环体内被正确更新，避免死循环。

3. 合理使用循环嵌套

循环嵌套层数不宜过多（一般不超过3层），否则会影响代码可读性和性能。

4. 优化循环效率

• 将不变的计算移到循环外
• 减少循环内部的函数调用
• 使用合适的循环类型