C语言第6章.docx
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C语言第6章
第六章循环结构程序设计
本章要点
循环结构是C语言的3种基本结构之一。
当需要重复处理问题时，应该使用循环结构，因此，循环结构也称为重复结构。
在C语言中，可以用for语句、do…while语句和while语句实现循环结构，用break语句和continue语句控制循环执行的流程。
有时，也用goto语句和if语句构成循环。
了解循环结构的概念，掌握for语句、do…while语句和while语句，理解循环的嵌套及嵌套的执行过程，掌握break语句和continue语句的用法和区别。
本章的重点和难点是for语句和循环的嵌套。
第一节概述
在现实生活中，许多问题常常需要重复处理。
例如，求1～100的累加和。
根据已有的知识，可以用“1+2+……+100”来求解，但显然很繁琐。
现在换个思路来考虑：
首先设置一个变量sum，其初值为0，利用sum+=i（sum=sum+i）来计算（i依次取1、2、……、100），只要解决以下3个问题即可：
（1）将i的初值置为1；
（2）每执行1次“sum+=i”后，i增1；
（3）当i增到101时，停止计算。
此时，sum的值就是1～100的累加和。
根据已有的知识，单独实现每一步都不难。
但是，由于需要经常使用这种重复计算结构（称为循环结构），C语言提供了3种循环语句来实现，以简化、并规范循环结构程序设计。
在C语言中，可用以下语句实现循环：
（1）for语句;
（2）do…while语句;（3）while语句;（4）用goto语句和if语句构成循环。
但在结构化程序设计中，主张限制使用goto语句。
因为滥用goto语句，将会导致程序结构无规律、可读性差。
要构成一个有效的循环，应当指定两个条件：
（1）需要重复执行的操作，这称为循环体；
（2）循环结束条件，即在什么情况下停止重复的操作。
例如，用while循环语句求1～100的累加和。
i=1;sum=0;/*初始化循环控制变量i和累加器sum*/
while（i<=100）/*当i<=100时执行循环体语句，而i>100时循环结束*/
{/*循环体开始*/
sum+=i;/*实现累加*/
i++;/*循环控制变量i增1*/
}/*循环体结束*/
通过该例可以看出：
用一个while循环语句，就把需要重复执行100次程序段的问题解决了。
一个while语句实现了一个循环结构。
第二节while语句
while语句用来实现“当型”循环结构。
while语句的一般格式：
while（表达式）
{循环体；}
功能：
首先求解表达式，如果其值为逻辑真（非0），则执行循环体语句，结束一轮循环后，再计算表达式，若值为真则执行循环体语句；重复以上过程，直到表达式的值为逻辑假（0），结束循环，执行while语句的下一条语句。
执行过程如图6-1所示。
说明：
（1）表达式是循环控制的条件，可以是任意合法的表达式。
（2）while语句中循环体可为任意类型语句。
如果循环体包含一条以上的语句，应该用花括号“{}”括起来，以复合语句形式出现。
（3）while语句的特点是：
先判断，后执行，即先判断表达式，若为真后执行循环体语句。
因此，在while语句中循环体有可能一次也不执行。
（4）在while循环中，必须有使得循环趋于结束的语句。
否则循环永远不能结束，称这种循环为死循环。
例6.1用while语句求1～100的累加和。
这是一个求100个数的累加和问题。
根据传统流程图如图6-2编写程序。
#include
main（）
{
inti=1,sum=0;/*初始化循环控制变量i和累加器sum*/
while（i<=100）/*当循环条件i<=100为真时执行循环体语句*/
{
sum+=i;/*实现累加*/
i++;/*循环控制变量i增1*/
}
printf（"sum=%d\n",sum）;
}
程序运行结果：
sum=5050
本例中，变量i的取值用于控制循环次数，称i为循环控制变量。
当i>100时循环结束，因此应使i增值以最终导致i>100，本例使用“i++；”语句来达到此目的。
如果无此语句，则i的值始终不改变，循环永不结束。
例6.2用公式
求π的近似值，直至最后一项的绝对值小于10-4为止。
#include
#include
main（）
{
intn=1;/*初始化变量n，用n存放每项分母*/
floats,t,pi;
t=1.0;/*初始化变量t，用t存放每项的值*/
pi=0;/*初始化变量pi，用pi存放所求的π值*/
s=1.0;/*初始化变量s，用s存放每项分子，其值在1和-1之间变化*/
while（fabs（t）>=1e-4）
{
pi=pi+t;
n=n+2;
s=-s;
t=s/n;
}
pi=pi*4;
printf（"pi=%f\n",pi）;
}
程序运行结果：
pi=3.141397
本例中，根据公式可知，相加的加数正负号交替，当每加一项后，t的符号应当改变，这可用s交替乘1和-1来实现。
而用最后一项t的绝对值小于10-4来作为循环结束条件。
第三节do…while语句
do…while语句也是一种循环结构，可用来实现“直到型”循环。
do…while语句的一般格式：
do
{循环体;}
while（表达式）;/*本行的分号不能缺省*/
功能：
首先执行循环体语句，再计算表达式。
如果表达式的值为真（非0），则返回重复执行循环体语句；否则，如果表达式的值为假（0），则结束循环，执行do…while的下一条语句。
执行过程如图6-3所示。
说明：
（1）do…while语句中，do和while必须配对使用。
在while（表达式）后的分号“；”不能缺省。
（2）do…while语句的表达式可以是任意合法的表达式，是循环控制的条件。
（3）当循环体仅由一条语句构成时，可以不使用复合语句形式。
（4）do…while语句的特点是：
先执行，后判断，即先执行循环体，然后再判断表达式。
因此，do…while语句至少执行一次循环体。
例6.3用do…while语句求解1～100的累加和。
根据传统流程图如图6-4编写程序。
#include
main（）
{
inti=1,sum=0;/*定义并初始化循环控制变量i以及累加器sum*/
do
{
sum+=i;/*累加*/
i++;
}
while（i<=100）;/*循环条件：
i<=100*/
printf（"sum=%d\n",sum）;
}
程序运行结果：
sum=5050
do…while语句比较适用于处理：
不论条件是否成立，先执行1次循环体语句的情况。
除此之外，do…while语句能实现的，for语句也能实现，而且更简洁。
例6.4比较while与do…while。
#include#include
main（）main（）
{{
inti,sum=0;inti,sum=0;
scanf（"%d",&i）;scanf（"%d",&i）;
while（i<=100）do
{{
sum=sum+i;sum=sum+i;
i++;i++;
}}while（i<=100）;
printf（"%d",sum）;printf（"%d",sum）;
}}
程序运行结果：
程序运行结果：
输入：
100输入：
100
输出：
100输出：
100
再次运行：
再次运行：
输入：
101输入：
101
输出：
0输出：
101
可以看出while语句与do…while语句的区别：
一般情况下，用while语句和do…while语句处理同一个问题时，如果二者的循环体一样，那么结果也一样。
但是当while后面表达式的值一开始就为假（0），那么两种循环的结果是不同的。
因为while语句的特点是：
先判断表达式，若为真后执行循环体语句。
当表达式的值一开始就为假，则循环体语句一次也不执行；而do…while语句的特点是：
先执行循环体语句，后判断表达式，所以至少执行一次循环体语句。
第四节for语句
除了可以用while语句和do…while语句实现循环外，C语言还提供for语句实现循环，而且for语句更灵活。
for语句的一般格式：
for（表达式1；表达式2；表达式3）
{循环体；}
功能：
首先求解表达式1，然后求解表达式2。
如果表达式2的值为真（非0），则执行循环体语句，执行完毕后求解表达式3，然后判断表达式2，若值为真，继续执行循环体语句；重复以上过程，当表达式2的值为假（0），则结束循环，执行for语句后的下一条语句。
执行过程如图6-5所示。
for语句最简单的应用形式也就是最易理解的形式：
for（循环变量赋初值；循环条件；循环变量增值）
{循环体；}
3．说明：
（1）表达式1、表达式2和表达式3三部分均可缺省，甚至全部缺省，但其间的分号不能省略。
①省略表达式1,此时应在for语句前给循环变量赋值。
例如，i=1;
for（;i<=100;i++）sum=sum+i;
②省略表达式2，即不判断循环条件，循环无终止的进行下去，也就是认为表达式2始终为真。
例如，for（i=1;;i++）sum=sum+i;
③省略表达式3，此时应把改变循环变量值的语句放在循环体内。
例如：
for（i=1;i<=100;）{sum=sum+i;i++;}
④省略表达式1、表达式3，例如，
for（;i<=100;）
{sum=sum+i;
i++;}
⑤3个表达式都省略，例如：
for（;;）语句
即不设初值，不判断条件（认为表达式2为真），循环变量不增值。
无终止地执行循环体。
显然，while循环是for循环的一种简化形式。
表达式1;
while（表达式2）
{语句
表达式3；
}
（2）表达式2是一个逻辑值，一般是关系表达式或逻辑表达式，也允许是数值表达式或字符表达式，只要其值为非零，就执行循环体语句。
例如，for（;（c=getchar（））!
='\n';）printf（"%c",c）;
（3）表达式3，既可以是给循环变量赋初值的赋值表达式，也可以是与此无关的其它表达式（如逗号表达式）。
例如，for（sum=0;i<=100;i++）sum+=i;
for（sum=0,i=1;i<=100;i++）sum+=i;
（4）循环体语句可以是一条语句，也可以是复合语句。
（5）C99允许在for语句的表达式1中定义变量并赋值。
例如，for（inti=1;i<=100;i++）sum=sum+i;
注意：
所定义的变量有效范围只限于for循环中，在循环外不能使用此变量。
例6.5求1～100的累加和。
根据传统流程图如图6-6编写程序。
#include
main（）
{
inti,sum=0;/*将累加器sum初始化为0*/
for（i=1;i<=100;i++）sum+=i;/*实现累加*/
printf（"sum=%d\n",sum）;
}
程序运行结果：
sum=5050
例6.6求n的阶乘n!
（n!
=1*2*……*n）。
这是一个求累积问题，与累加和算法类似。
#include
main（）
{
inti,n;
longf=1;/*将累乘器f初始化为1*/
printf（"Inputn:
"）;
scanf（"%d",&n）;
for（i=1;i<=n;i++）f*=i;/*实现累乘*/
printf（"%d!
=%ld\n",n,f）;
}
程序运行结果：
Inputn:
5↙
5!
=120
第五节循环的嵌套
循环结构的循环体内，又包含另一个完整的循环结构，称为循环的嵌套。
外层循环称为外循环，内嵌的循环称为内循环。
内循环中还可以嵌套循环，这就是多重循环。
循环的嵌套必须完全嵌套，也就是内层循环结构必须完全包含在外层循环结构之中。
for语句和while语句允许嵌套，do…while语句也不例外。
例如，
while（）/*外循环*/
{…
for（）/*内循环*/
{…}
}
说明：
循环的嵌套其执行过程是，外循环每执行一次，内循环都要从头到尾执行一遍。
例6.7输出以下图案：
*
**
***
****
*****
分析图形可知，图形分5行，第1行有1个“*”，第2行有2个“*”，……，第i行有i个“*”。
可用循环的嵌套实现，外循环用于控制打印5行，内循环用于控制每行输出的“*”数。
#include
main（）
{
inti,j;
for（i=1;i<6;i++）/*外循环*/
{for（j=1;j<=i;j++）/*内循环*/
printf（"*"）;
printf（"\n"）;
}
}
第六节break语句、continue语句和goto语句
一、break语句
为了使循环控制更加灵活，C语言提供了break语句和continue语句。
break语句的一般格式：
break；
功能：
强行结束循环，转向执行循环语句的下一条语句。
说明：
（1）break只能用于循环语句和switch语句中。
（2）循环嵌套时，break语句只影响包含它们的最内层循环，与外层循环无关。
例6.8求n！
>1000的最小值n。
根据传统流程图如图6-7编写程序。
#include
main（）
{
intn;
longf=1;
for（n=1;;n++）
{
f*=i;
if（f>1000）break;
}
printf（"%d\n",n）;
}
程序运行结果：
7
在该程序的循环体中用f>1000进行条件判断，如果满足f>1000，则执行break语句结束for循环，执行下一条语句“printf（"%d\n",n）;”。
二、continue语句
continue语句的一般格式：
continue；
功能：
对于for循环，跳过循环体其余语句，转向循环变量增量表达式的计算；对于while和do…while循环，跳过循环体其余语句，但转向循环条件的判定。
break和continue语句的区别：
continue语句只结束本次循环，而不是终止整个循环的执行。
而break语句则是结束整个循环过程，不再判断执行循环的条件是否成立。
说明：
（1）continue只能用于循环语句中。
（2）循环嵌套时，continue语句只影响包含它们的最内层循环，与外层循环无关。
例6.9把100—200之间的不能被3整除的数输出。
根据传统流程图如图6-8编写程序。
#include
main（）
{
intn;
for（n=100;n<=200;n++）
{
if（n%3==0）
continue;
printf（"%5d",n）;
}
}
在此例程序的循环体中用n%3==0进行条件判断，如果满足n%3==0，则执行continue语句结束本次循环，转而执行n++；语句进入下一次循环，但不结束整个for循环。
三、goto语句
goto语句的一般格式：
goto标号
功能：
使系统转向标号所在的语句行执行。
例6.10用goto语句实现1～100的累加和。
#include
main（）
{
intn=1,sum=0;
loop:
sum+=n;n++;
if（n<=100）gotoloop;
printf（"sum=%d\n",sum）;
}
其中“loop:
”为语句标号（格式：
标号:
语句行），其命名遵循标识符命名规则。
注意：
结构化程序设计方法，主张限制使用goto语句。
因为滥用goto语句，将会导致程序结构无规律、可读性差。
另外，从功能上说，for语句可完全代替，所以该语句也不是必需的。
第七节程序举例
例6.11求Fibonacci数列的前40个数。
该数列的生成方法为：
F1=1，F2=1，Fn=Fn-1+Fn-2（n>=3），即从第3个数开始，每个数等于前2个数之和。
参考源程序如下：
#include
main（）
{
longintf1=1,f2=1;/*定义并初始化数列的头2个数*/
inti=1;/*定义并初始化循环控制变量i*/
for（;i<=20;i++）/*1组2个，20组40个数*/
{
printf（"%15ld%15ld",f1,f2）;/*输出当前的2个数*/
if（i%2==0）printf（"\n"）;/*输出2次（4个数），换行*/
f1+=f2;f2+=f1;/*计算下2个数*/
}
}
程序运行结果：
1123
581321
345589144
233377610987
1597258441816765
10946177112865746368
75025121393196418317811
514229832040134********309
35245785702887922746514930352
241578173908816963245986102334155
例6.12输出10～100之间的全部素数。
所谓素数n是指，除1和n之外，不能被2～（n-1）之间的任何整数整除。
判断某数n是否是素数的方法：
根据素数的定义，用2～（n-1）之间的每一个数去整除n，如果都不能被整除，则表示该数是一个素数。
显然，只要设计出判断某数n是否是素数的算法，外面再套一个for循环指定求解10～100之间的素数即可。
参考源程序如下：
#include
main（）
{
inti=11,j,counter=0;
for（;i<=100;i+=2）/*外循环：
为内循环提供一个整数i*/
{
for（j=2;j<=i-1;j++）/*内循环：
判断整数i是否是素数*/
if（i%j==0）/*i不是素数*/
break;/*强行结束内循环，执行下面的if语句*/
if（counter%10==0）/*每输出10个数换一行*/
printf（"\n"）;
if（j>=i）/*整数i是素数，则输出，计数器加1*/
{
printf（"%6d",i）;
counter++;
}
}
}
程序运行结果：
11131719232931374143
47535961677173798389
97
例6.13求两个正整数m和n的最大公约数。
求两个正数的最大公约数通常采用“辗转相除法”。
（1）输入两个正数m和n；
（2）用m除以n，得余数r（0≤r≤n）；
（3）判断余数r是否为0，若为0，输出当前值即为最大公约数，算法结束；否则执行下一步；
（4）当余数r≠0时，更新被除数和除数，再转到第2步。
参考源程序如下：
#include
main（）
{
intm,n,a,b,r;
scanf（"%d,%d",&m,&n）;
if（m{t=m;m=n;n=t;}
a=m;
b=n;
do
{
r=a%b;
a=b;
b=r;
}while（r!
=0）;
printf（"%d和%d的最大公约数是：
%d\n",m,n,a）;
}
程序运行结果：
9,12↙
12和9的最大公约数是：
3
例6.14从键盘输入一组字符，统计和输出大写字母和小写字母的个数。
统计大写字母和小写字母的个数，先判断输入的字符是大写字母还是小写字母，若是，则个数加1；否则，以回车换行结束统计。
参考源程序如下：
#include
main（）
{
intm=0,n=0;
charc;
while（（c=getchar（））!
='\n'）
{
if（c>='A'&&c<='Z'）m++;
if（c>='a'&&c<='z'）n++;
}
printf（"大写字母个数：
%d\n",m）;
printf（"小写字母个数：
%d\n",n）;
}
程序运行结果：
CProgram↙
大写字母个数：
2
小写字母个数：
6
本章小结
本章叙述了循环结构的概念以及在C语言中for语句、do…while语句和while语句实现的方法，重点介绍了for语句、do…while语句、while语句和循环的嵌套。
注意理解break语句和continue语句的用法和区别。
习题
一、选择题
1．设有程序段
intk=10;
while（k=0）k=k-1;
则下面描述中正确的是（）。
A.while循环执行10次B.循环是无限循环
C.循环体语句一次也不执行D.循环体语句执行一次
2．以下描述中正确的是（）。
A.while，do-while，for循环中的循环体语句都至少被执行一次
B.do-while循环中，在while（表达式）后面的分号可以省略
C.while循环体中，一定要有能使while后面表达式的值变为零（"假"）的操作
D.do-while循环中，根据情况可以省略while。
3．以下正确的描述是（）。
A.continue语句的作用是结束整个循环的执行。
B.只能在循环体内和switch语句体内使用break语句。
C.在循环体内使用break语句或continue语句的作用相同。
D.从多层循环嵌套中退出时，只能使用goto语句。
4．若i为整型变量，则以下循环执行次数是（）。
for（i=2;i==0;）printf（"%d",i--）;
A.无限次B.0次C.1次D.2次
5．执行语句for（i=1;i++<4;）;后变量的值为（）。
A.3B.4C.5D.不定
6．下面程序的功能是在输入一批正整数中求出最大者,输入0结束循环，请选择填空。
#include"stdio.h"
main（）
{inta,max=0;
scanf（"%d",&a）;
while（）
{if（maxscanf（"%d",&a）;
}
printf（"%d",max）;}
A.a==0B.aC.!
a==1D.!
a
7．下面程序的运行结
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