实例讲解 - C 语言的循环结构

2019-11-17 05:20:01

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供稿：网友

　　这一讲开始之前，我们需要预备一个函数。这个函数的作用就是把一个百分制成绩转换成等级制。转换的过程我已经在讲解分支结构的时候具体阐述了，现在仅提供函数如下：

　　/* 预备 grade.h */
　　char grade(int score) {
　　　switch (score / 10) {
　　　　case 10: case 9:
　　　　　　　　return 'A';
　　　　case 8:
　　　　　　　　return 'B';
　　　　case 7:
　　　　　　　　return 'C';
　　　　case 6:
　　　　　　　　return 'D';
　　　　case 5: case 4: case 3:
　　　　case 2: case 1: case 0:
　　　　　　　　return 'E';
　　　　default:
　　　　　　　　return 0;
　　　}
　　}

　　在讲解分支结构时提出的实例都只能解决一个成绩的情况。假如需要将 5 个人的成绩进行转换，最简单的办法如下：

　　/* 例1 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　　int n;
　　　PRintf("请输入成绩: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　　printf("请输入成绩: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　　printf("请输入成绩: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　　printf("请输入成绩: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　　printf("请输入成绩: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　}

　　例1 的结构非常简单易懂，但是书写起来只有一个感觉--烦！同样的三句话，居然重复了 5 次。假如这个班的人数不止 5 人，而是数十人的话，……天啊！简直想都不敢想！

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　　C 语言当然不会笨得来一点方便都不给，这个"方便"，就是循环结构。循环结构的目的就是减少重复代码，减轻程序员的负担。而其形式，在 C 语言中有三种：for 循环、while 循环和 do-while 循环。正面分别介绍如下：

　　for 循环的基本格式是 for (语句1; 逻辑表达式1; 语句2) {语句组1}，大括号包括其中的语句组1 也可以是一条语句。其执行过程如下：先执行语句1，然后判定逻辑表达式1。假如逻辑表达式1 的值为"真(非0)"，则执行语句组1，否则结束循环。在没结束循环的情况下，执行了语句组1 之后，执行语句2。然后再对逻辑表达式1 进行判定，再……，如此循环直到逻辑表达式1 为"假(0)"时为止。于是，例1 可以改写如下：

　　/* 例2 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　　int n, i;
　　　for (i = 0; i < 5; i++) {
　　　　printf("请输入成绩: ");
　　　　scanf("%d", &n);
　　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　　}
　　}

　　嘿，这么简洁？！知道循环结构的便利之处了吧。例2 中 i 从 0 到 4，共执行了 5 次循环体。当然，也可以跟据个人的习惯，将例2 中的 for 语句改写为:

　　for (i = 1; i <= 5; i++) {...}

　　这样或许更轻易理解，但我不推荐这样做，因为 C 语言中的数组下标是以 0 开始的，采用例1 中的 for 语句更轻易在循环体中读写数组元素。就上例，假如我们要把所有成绩输入完成之后再逐一将其等级打印出来，就需要用到数组：

　　/* 例3 */
　　#include "grade.h"
　　#include

　　#define N 5

　　void main() {
　　　int n[N], i;
　　　for (i = 0; i < N; i++) {
　　　　printf("请输入成绩: ");
　　　　scanf("%d", &n[i]);
　　　}
　　　for (i = 0; i < N; i++) {
　　　　printf("第 %d 个成绩的等级为: %c", i, grade(n[i]));
　　　}
　　}

　　例3 中，假如 i 从 1 到 N 循环的话，读写数组元素时就应该使用 n[i - 1] 而不是 n[i]。那么每执行一次循环体就会多一次减法运算，在一个循环 N 次的循环中，就会多进行 N 次减法运算，大大降低了程序效率。
　　C 语言是一种灵活的语言。它的 for 循环也不是一成不变，必须按照它的基本格式书写。暂时卖个关子，先看看从例3 修改过来的例4：

　　/* 例4 */
　　#include "grade.h"
　　#include

　　#define N 5

　　void main() {
　　　int n[N], i = 0;
　　　for (; i < N; ) {
　　　　printf("请输入成绩: ");
　　　　scanf("%d", &n[i++]);
　　　}
　　　for (i = 0; ; i++) {
　　　　if (i == N) {
　　　　　break;
　　　　}
　　　printf("第 %d 个成绩的等级为: %c", i, grade(n[i]));
　　}
　　}

　　是不是很希奇，例4 中的两个 for 循环中与上面两个例子的 for 循环相比，都少用了一些语句，怎么回事？且听我慢慢道来：

　　第一个 for 循环中，少了 i = 0 和 i++ 两句。其实仔细一看，这两句也没少。i = 0 已经在给 i 赋初值的时候就实现了，而 i++ 是在 scnaf 语句中顺便实现的。所以，虽然没有 i = 0 一句，但循环开始之前 i 的值已经是 0 了；虽然没有 i++ 一句，但循环体中实际也改变了 i 的值。

　　第二个 for 循环中少的只是那一句判定。而正是由于少了这一句判定，for 循环便不能自已结束。假如我在循环体中也不采取措施结束循环的话，这个循环将一直不停的执行下去，形成死循环。于是，我在循环体中对 i 进行判定，当它等于 N的时候执行一个 break 语句，跳出循环，填补了 for 语句中没有逻辑表达式的缺陷。

　　甚至，一个 for 语句就可以写成 for (; ; ) {...}，这样一个 for 语句，简单的说，就是一个死循环。

　　还有一点需要说明，就是 break 语句。这个语句在讲解 switch 分支结构的时候就已经见到过了。它除了能用于 switch 分枝结构之外，还能用于所有的三种循环结构。其作用就是两个字--"跳出"。switch 分枝结构中，它用于跳出整个 switch 语句；而在循环结构中，它自然是用于跳出循环，执行它之后，循环体中所有其它语句都不会再执行，整个循环就此中断。

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　　学会了 for 循环，虽然可以简化不少代码，但它似乎只能解决循环次数固定的情况。假如人数不固定，又该怎么办？比如规定如下：输入若干 0 至 100 的成绩，假如成绩不在此范围，则表式结束。请看例5，例6：

　　/* 例5 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　　　int n;
　　　　printf("请输入成绩: ");
　　　　scanf("%d", &n);
　　　　while (grade(n) != 0) {
　　　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　　　　printf("请输入成绩: ");
　　　　　scanf("%d", &n);
　　　　}
　　　}

　　/* 例6 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　　int n;
　　　do {
　　　　printf("请输入成绩: ");
　　　　scanf("%d", &n);
　　　　if (grade(n) != 0) {
　　　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　　}
　　} while (grade(n) != 0);
　　}

　　例5 和例6 分别使用了 while 循环和 do-while 循环结构。两种循环结构都是在 while 后的逻辑表达式为真时执行循环体，为假时结束循环。二者的不同在于：while 循环是先判定，再执行循环体；而 do-while 循环而是先执行循环体后再作判定。因此，使用 do-while 循环至少要执行一次循环体。至于循环的执行过程，就请读者自己分析了。

　　例6 中对于同一个 n，至少要执行两次 grade(n)，大大降低了程序的效率。虽然可以用一个 char 型变量来解决这个问题，但我不想这样作。于是又有如下方式的改写：

　　/* 例7 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　　int n;
　　　do {
　　　　printf("请输入成绩: ");
　　　　scanf("%d", &n);
　　　　if (grade(n) == 0) {
　　　　　break;
　　　　}
　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　　} while (1);
　　}

　　例7 中 while 语句的逻辑表达示值始终是真(1)，所以这个循环也就是一个死循环，必须在循环体中用 break 语句跳出。用一个 if 语句判定跳出的时机，这也是很好理解的，就不多说了。但是看看下面的例8，可能就不是那么明白了。

　　/* 例8 */
　　void main() {
　　int n;
　　do {
　　　printf("请输入成绩: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　if (grade(n) == 0) {
　　　　continue;
　　　}
　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　} while (grade(n) != 0);
　　}

　　例8 的和例6 的区别主要就在于一个 continue 语句。这个语句可是循环结构所特有的，其作用与 break 语句相比，即有相似之处，也有相对之处。执行了 continue 语句之后，循环体中 continue 以下的语句将不再在这次循环中执行，但循环并不中断，而是开始下一次循环。

　　如例8 中，满足 grade(n) == 0 的条件后，执行 continue 语句。然后 printf 语句被跳过，直接到 while 语句判定是否结束循环，假如不满足结束循环的条件，那么将会要求输入下一个成绩。不过例8 中，只要能执行到 continue 语句，while 后的条件就一定为假，循环结束。例8 和例7 的区别就在于，例8 是正常结束，而例7 是被中断。

　　break 和 continue 两个语句在 C 语言的循环结构中有着举足轻重的作用。虽然使用巧妙的结构化程序手段可以避免使用这两个语句，但这两个语句的确能使程序结构更加简单明了。所以，只要能用上它们的地方，我极力推荐使用它们。

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　　三种循环结构都说完了，但我还要强调 C 语言的灵活性。虽然循环结构有三种形式，但只使用其中仍意一种都能达到目的。例5 和例6 就展示了使用 while 和 do-while 两种形式完成同要的任务。至于 for 循环，前面说它"似乎只能解决循环次数固定的情况"，这"似乎"二字并非笔误。它乍看只能解决循环次数固定的情况，但仔细一想，它也的确能解决循环次数不固定的情况。如例5 例6 用 for 循环的形式分别可以改写为：

　　/* 例9 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　int n;
　　printf("请输入成绩: ");
　　scanf("%d", &n);
　　for (; grade(n) != 0; ) {
　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　　printf("请输入成绩: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　}
　　}

　　/* 例10 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　int n;
　　int b = 1;
　　for (; b; ) {
　　　printf("请输入成绩: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　if (grade(n) != 0) {
　　　　printf("等级为: %c", grade(n));
　　　} else {
　　　　b = 0;
　　　}
　　}
　　}

　　看看例9 和例5，例10 和例6，是不是有异曲同工之妙？其实 C 语言的循环结构远远不止这些变形，只要你细心思考，一定还会发现更多"变形妙用"。哈哈哈哈，一吐为快，心中舒适多了。

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