第五章 循环结构

1、第5章 循环结构,本章学习目标 在程序设计中对a于那些需要重复执行的操作应该采用循环结构完成。利用循环结构处理各类重复操作既简单又方便，循环结构又称重复结构。在C语言中有三种可以构成循环的循环语句，本章将一一进行介绍。通过本章的学习，读者应该掌握以下内容： while语句和用while语句构成的循环结构 do-while语句和用do-while语句构成的循环结构 for 语句和用for语句构成的循环结构 循环结构的嵌套 break和continue语句在循环体中的作用,5.1 while语句和用while语句构成的循环结构,5.1.1 相关知识 循环是一种对同一程序段有规律的重复，被重复执行的

2、部分叫循环体。循环的执行要满足一定的条件（循环条件），循环的终止要达到一定的条件（终止条件）。在程序设计中要注意循环不能永远运行，必须能退出循环。循环结构的特点是：循环体执行与否及其执行次数必须视其类型与条件而定，且必须能在适当的时机退出循环。 C语言提供了while 、do-while、for三种语句实现循环，其中while循环是当型循环，先判断循环条件，再根据条件决定是否执行循环体，执行循环体的最少次数为0。,5.1.2 程序范例 1范例一 程序5-1：求1+2+3+100的值。 这是一个求100个数的累加和问题。加数从1变化到100，可以看到加数是有规律变化的，后一个加数比前一个加数增1

3、，第一个加数为1，最后一个加数为100；因此可以在循环体中使用一个整型变量i，每循环一次使i增1，一直循环到i的值超过100，用这个办法就解决了所需的加数问题；但是要特别注意的是变量i需要有一个正确的初值，这里初值应当设为0。 下一个要解决的是求累加和。设用一个变量sum存放这100个数的和值，可以先求0+1,的和并将其放在sum 中，然后把sum中的数加上2再存放在sum中，依次类推，这和人们的心算过程没有什么区别，sum代表着人们脑中累加的那个和数，不同的是心算过程由人们自己控制。在这里，sum累加的过程要放在循环中，由计算机判断所加的数是否已经超过100，加数则放在变量i中，并在循环过程

4、中每一次增1。 以下就是求累加和的典型算法。,main( ) int i,sum ; i=1; sum=0; /*sum的初值为0*/ while(i=100) /*当i小于或等于100时执行循环体*/ sum=sum+i; i+； /*在循环体中累加一次，i增1*/ printf(sum=%dn,sum); ,程序运行后的输出结果： sum =5050 注意： （1）如果在第一次进入循环时，while后圆括号内表达式的值为0，循环一次也不执行。在本程序中，如果i的初值大于100，将使表达式i100时，循环结束。如果没有i+这条语句，则i的值始终不变，循环将无限进行。,（3）在循环体中，语句的

5、先后位置必须符合逻辑，否则将会影响运算结果，例如，若将上例中的while循环体改写成： while (i=100) i+ ; /*先计算i+,后计算sum的值*/ sum=sum+i; 运行后，将输出： sum=5150 运行的过程中，少加了第一项的值1，而多加了最后一项的值101。,2范例二 程序5-2：用/4=1-1/3+1/5-1/7+1/9 -公式求的近似值，直到最后一项的绝对值小于10-4为止。 本题的基本算法也是求累加和，但比例5-1稍为复杂。与例5-1比较，不同的是： （1）用分母来控制循环次数，若用n存放分母的值，则每累加一次n应当增2，每次累加的数不是整数，而是一个实数，因此

6、n应当定义成float类型。 （2）可以看成隔一项的加数是负数，若用t来表示相加的每一项，因此，每加一项之后，t的符号应当改变，这可用交替乘1和-1来实现。,3）从以上求的公式来看，不能决定n的最终值应该是多少；但可以用最后一项t（1/n）的绝对值小于10-4来作为循环的结束条件。 程序如下： #include math.h /*调用fabs函数时要求包含 math.h文件*/ main( ) int s;,float n, t, pi; t=1.0; /*t中存放每项的值，初值为1 */ pi=0; /* pi中存放所求的的值，初值为0*/ n=1.0; /*n中存放每项分母*/ s=1.0

7、; /*s中存放每项分子，其值按公式在1和-1之间变化*/ while ( fabs(t)=1e-4) pi=pi+t;,n+=2.0; s= -s; /*改变符号*/ t=s/n; pi=pi*4; printf(pi=%fn,pi); 程序执行后输出以下结果： pi=3.141397,5.1.3 知识归纳 1while循环的一般形式 由while语句构成的循环也称“当”循环，while循环的一般形式如下： while (表达式) 循环体 例如： while (i0)printf(*) ; i+ 说明： （1）while是C语言的关键字。 （2）while后一对圆括号中的表达式，可以是C语,

8、言中任意合法的表达式，由它来控制循环体是否执行。 3）在语法上，要求循环体可以是一条简单可执行语句；若循环体内需要多个语句，应该用大括号括起来，组成复合语句。 2while循环的执行过程 （1）计算while后一对圆括号中表达式的值。当值为非零时，执行步骤（2）；当值为零时，执行步骤（4）。 （2）执行循环体中语句。 （3）转去执行步骤（1）。 （4）退出while循环。,由以上叙述可知，while后一对圆括号中表达式的值决定了循环体是否执行，因此，进入while循环后，一定要有能使此表达式的值变为0的操作，否则，循环将会无限制地进行下去。 请注意，不要把由if语句构成的选择结构与由while

9、语句构成的循环结构混同起来。若if后条件表达式的值为非零时，其后的if子句只执行一次；而while语句后条件表达式的值为非零时，其后的循环体中的语句将重复执行，而且在设计循环时，通常应在循环体内改变条件表达式中有关变量的值，使条件表达式的值最终变成0，以便能及时退出循环。,5.1.4 实例验证 程序5-3：求输入的某个数是否为素数。若是，输出YES，若不是，输出NO。 素数是指那些大于1，且除了1和它本身以外不能被其他任何数整除的数。如2、3、5、7、11、都是素数；4、6、8、9、则不是素数。 为了判断某数x是否为素数，最简单的方法是用2、3、4、x-1，这些数逐个去除x，看能否除尽，只要能

10、被其中某一个数除尽，x就不是素数；否则，若不能被任何一个数除尽，x就是素数。,实际上只要试除到，就已经可以说明x是否为素数了。这是因为如果小于等于的数都不能除尽x，则大于的数也不可能除尽x。试除到，可以减少循环次数，提高程序的运行效率。 程序代码如下： #include math.h main( ) int i, x, yes, a; printf(Enter integer number : ); scanf (%d,yes=1; i=2; a=(int)sqrt ( (double) x); while( yes ,当x=2时，因i的初值2大于a，while循环根本不执行，yes仍保持为1

11、，输出的素数2；当x2时，进入循环，若x为素数，yes的值不变，仍为1，若x能被2的某个数整除，则x不是素数，使yes的值变为0，并且立即退出循环。退出循环后，if的语句判断yes的值为1时，输出YES，否则输出NO。,3）利用迭代公式再求出一个新的x1值，也就是用新的x0又求出了一个新的平方根值x1，此值将更趋近真正的平方根值。 （4）比较前后两次所求的平方根值x0和x1，若它们之间的误差小于或等于指定的10-5，则认为x1就是a的平方根值，去执行步骤（5）；若它们之间的误差大于10-5，则再转去执行步骤（2），即继续循环进行迭代。 （5）输出a的平方根值,程序如下： #include ma

12、th.h main( ) float a, x0,x1 ; printf(Input a : ); scanf(%f,x1=(x0+a/x0)/2; do x0=x1; x1=(x0+a/x0)/2; while(fabs(x0-x1)1e-5); printf(sqrt(%f)=%fn,a,x1); 执行以上程序，给a输入2时，将输出以下结果： sqrt(2.000000)= 1.414214,5.2.3 知识归纳 1do-while语句构成的循环结构 do-while循环结构的形式如下： do 循环体 while（表达式）； 例如： do i+; s+=i; while (i10);,说明

13、： （1）do是C语言的关键字，必须和while联合使用。 （2）do-while循环由do开始，至while结束；必须注意的是：while(表达式)后的“；”不可丢，它表示do-while语句的结束。 （3）while后一对圆括号中的表达式可以是C语言中任意合法的表达式，由它控制循环是否执行。 （4）按语法，在do和while之间的循环体只能是一条可执行语句；若循环体内需要多个语句，应该用大括号括起来，组成复合语句。,2do-while循环的执行过程 （1）执行do后面循环体中的语句。 （2）计算while后一对圆括号中表达式的值。当值为非零时，转去执行步骤（1）；当值为零时，执行步骤（3）

14、。 （3）退出do-while循环。 由do-while构成的循环与while循环十分相似，它们之间的重要区别是：while循环控制出现在循环体之前，只有当while后面表达式的值为非零时，才可能执行循环体；在do-while构成的循环中，总是先执行一次循环体，然后再求表达式的值，因此，无论表达式的值是零还是非零，循环体至少执行一次。,和while循环一样，在do-while循环体中，一定要有能使while后表达式的值变为0的操作，否则，循环将会无限制地进行下去。,5.2.4 实例验证 程序5-5：从输入的若干个大于零的正整数中选出最大值。用-1结束输入。 在程序的第一个do-while循环中

15、，要求输入一个大于零的数或输入一个-1放入x中，不满足此条件时，循环继续不断要求输入一个数，直到满足条件为止。退出do-while循环后，若x中的数为-1，不进入下面的while循环，程序运行结束。若x中的数不是-1，进入下面的while循环。程序中用变量max存放最大值。在while循环中每给变量x读入一个值，就去,断它是否大于0并且大于max，若是，则用新的x值替换max原来的值，否则什么也不做；如此循环，直到读入结束标志（-1）为止。最后输出所求得的最大数。 程序代码如下： main( ) int x , max , i ; printf(Enter x (-1 to end): );

16、do scanf(%d,while(x0 当输入以下数据时： 46812-95612-1 输出结果如下： max=56,5.3 for语句和用for语句构成的循环结构,5.3.1 相关知识 for语句结构简洁，使用方便，由for语句构成的循环按指定的次数执行循环体，它在循环体中使用一个循环变量，每重复一次后，循环变量的值会自动增加或减少。 5.3.2 程序范例 1范例一 程序5-6：请编写一个程序，计算半径为0.5、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5mm时的圆面积。 本例要求计算6个不同半径的圆面积，且半径值的变化是有,规律的，从0.5mm开始按增1mm的规律递增，可直接用半径r作为for

17、循环控制变量，每循环一次使r增1，直到r大于5.5为止。程序代码如下： main( ) float r,s; const float Pi=3.14159; for(r=0.5 ; r6.0 ; r+ ) s=Pi*r*r ; printf(r=%f s=%fn,r ,s); ,程序定义了一个不可变的变量Pi，它的值是3.14159；变量r既用作循环控制变量又是半径的值，它的值同0.5变化到5.5，循环体共执行6次，当r增到6.5时，条件表达式r6.0的值为0，从而退出循环。 for循环的循环体是用花括号括起来的复合语句，其中包含两条语句，通过赋值语句把求出的圆面积值放在变量s中，然后输出r和

18、s的值。 2范例二 程序5-7：求n！，即计算123 n的值。,程序代码如下： main() int i ,s ,n ; /*变量s放置连乘的积*/ s=1; /*注意：s的初值为1*/ printf(Enter n : ); scanf(%d, ,以上程序是连乘算法的典型例题，与累加一样，连乘也是程序设计的基本算法之一。程序中i从1变化到n，每次增1。循环体内的表达式s=s*i用来进行连乘。 在连乘算法中，存放连乘积的变量也必须赋初值，显然初值不能用0。在本例中s的初值为1，当i=1时，进行1*1的运算，给s赋1，当i=2时，将进行1*2的运算，重新给s赋2，当i=3时，将进行2*3的运算，

19、重新给s赋6，依次类推，当i=n时，进行s*n的运算，s中最终将存入1*2*3*n的值。,以上程序执行时，若给n输入5，变量i和s中值的变化如表5-1所示。,5.3.3 知识归纳 1for语句构成的循环结构 for语句构成的循环结构通常称为for循环。for循环的一般形式如下： for（表达式1;表达式2;表达式3）循环体 例如： for(k=0; k10; k+) printf(*); 以上for循环在一行上输出10个“*”号。,for是C语言的关键字，其后的一对圆括号中通常含有三个表达式，各表达式之间用“;”隔开。这三个表达式可以是任意形式的表达式，通常主要用于for循环的控制。紧跟在fo

20、r之后的循环体，在语法上要求是一条语句；若在循环体内需要多条语句，应该用大括号括起来组成复合语句。,2for循环的执行过程 （1）计算“表达式1”。 （2）计算“表达式2”；若其值为非零，转步骤（3）；若其值为零，转步骤（5）。 （3）执行一次for循环体。 （4）计算“表达式3”；转向步骤（2）。 （5）结束循环，执行for循环之后的语句。,3有关for语句的说明 （1）for语句中的表达式可以部分或全部省略。但两个“；”不可省略，例如： for( ; ; ) printf(*); 三个表达式均省略，但因缺少条件判断，循环将会无限制地执行，而形成无限循环（通常称为死循环）。 （2）for后括

21、号中的表达式可以是任意有效的C语言表达式。例如： for(sum=0,i=1; i=100; sum=sum+i,i+) 表达式1和表达式3都是一个逗号表达式。,C语言中的for语句书写灵活，功能较强。在for后的一对圆括号中，允许出现各种形式的与循环控制无关的表达式，虽然这在语法上是合法的，但这样会降低程序的可读性。建议初学者在编写程序时，在for后面的一对圆括号内仅含有能对循环进行控制的表达式，其他的操作尽量放在循环体内完成。,5.3.4 实例验证 程序5-8：斐波那契数列的前几项是：1、1、2、3、5、8、13、21、34。编程输出该数列的前13项。每行输出5个数。 由以上给出的数列可以

22、看到，此数列的变化规律是：第一项和第二项为1，从第三项开始，每一项的值是前两项的和；在这里，可以用递推算法来求出斐波那契数列中每项的值。 图5-1中，用变量f1、f2和f3来形象地表示递推过程，给变量f1和f2最初分别置数列,中第一项和第二项的值1和1，进行输出；然后进入循环，执行语句f3=f1+f2；将所得和值存入f3中，这就是数列中的第三项，输出后，把f2的值移入f1中，将f3的值移入f2中，为求数列的下一项作好准备；接着进入下一次循环，通过语句f3=f1+f2求得数列的第四项；不断重复以上步骤，每重复一次就依次求得数列的下一项。因为要求输出数列的前13项，在进入for循环前已输出了第一项

23、和第二项的值，因此for循环只需循环11次。,位置号：1 2 3 4 5 6 7 数列： 1 1 2 3 5 8 13 f1+f2-f3 f1+f2-f3 f1+f2-f3 f1+f2-f3 图5-1 for循环运算过程,按照以上算法可写出如下程序： #include #define N 13 main( ) int i, f1, f2, f3, n; f1=1; f2=1; /*第1、第2项*/ printf(n%d %d ,f1,f2); n=2; /*n统计输出个数*/,for(i=1; i=N-2; i+ ) if(n%5 = 0) printf(n); /*输出5项后换行*/ f3=

24、f1+f2; printf(%d ,f3); n+; f1=f2; f2=f3; 程序执行后输出结果如下： 11235 813213455 89144233,5.4 循环结构的嵌套,5.4.1 相关知识 在一个循环体内又完整地包含了另一个循环，称为循环嵌套。 5.4.2 程序范例 程序5-9：使用双层for循环打印下面的图形（见图5-2）。 * * * 图5-2 打印图形,程序代码如下： main( ) int k, i, j; for(i=0;i=2; i+ ) for(k=1;k=i;k+) printf(); for(j=0;j=3;j+) printf(*); printf(n); ,

25、以上程序由i控制的for循环中内嵌了两个平行的for循环。由k控制的for循环体只有一个语句，用来输出一个空格。由j控制的for循环体也只有一个语句，用来输出一个“*”号。 当i等于0时，由k控制的for循环，因为k的值为1，表达式k=i的值为0，循环体一次也不执行，接着执行由j控制的for循环，连续输出四个“*”号；当i等于1时，由k控制for循环体执行一次，输出一个空格，这就使得接着输出的四个“*”号右移一个字符位置；其他依次类推。,请注意，以上内嵌的第一个for循环的结束条件和循环的控制变量i有关，而第二个for循环结束条件是固定不变的。表5-2中列出了以上双重循环中i，k和j值的变化规

26、律。,5.4.3 知识归纳 前面介绍的三种类型的循环都可以互相嵌套，循环的嵌套可以多层，但每一层循环在逻辑上必须是完整的。 在编写程序时，嵌套循环的书写要采用缩进形式，如例题程序中所示，内循环中的语句应该比外循环中的语句有规律地向右缩进24列，这样的程序层次分明，易于阅读。,5.4.4 实例验证 程序5-10：输入6名学生5门课程的成绩，分别统计出每个学生5门课程的平均成绩。 程序需要用双重循环来处理。外层循环每循环一次输入一名学生的数据并求出该学生的平均分，然后输出该学生的全部数据。循环6次，可处理6名学生的数据。内层循环中读入第i位学生5门课程的成绩，并进行累加。 程序代码如下： #def

27、ine N 6 #define M 5 main( ),int i, j; float g , sum , ave ; for (i=1; i=N; i+ ) /*用i表示序号*/ sum=0; /*sum存放每位学生成绩总和，初值为0*/ /*内循环体执行6次，读入一名学生的五门课程的成绩*/ for(j=1; j=M; j+ ),scanf(%f,/*输出序号和对应的平均分*/ ,以上程序的开始定义了两个符号常量N和M，如果处理的学生人数或课程门数有所改变，只需改变define行中与N和M对应的值而不必改动程序的其他部分。程序中内循环各外循环体都由大括号括起来组成复合语句。注意：sum=0

28、;赋初值语句不能放在外循环外，如： sum=0 ;,for(i=1 ; i=N ; i+ ) . . . 请读者分析这将导致什么结果。 程序执行时按以下形式输入数据：（注意：实型变量可以接受整型数，每行输入的最后按下Enter键）,60708090100 65758595100 66768696100 67778797100 68788898100 69798999100 运行结果如下： No.1 ave=80.00 No.2 ave=84.00 No.3 ave=84.80 No.4 ave=85.60 No.5 ave=86.40 No.6 ave=87.20,5.5 break和cont

29、inue语句在循环体中的作用,5.5.1 相关知识 为使循环控制更加灵活，C语言提供了break语句和continue语句，break语句是完全从循环中跳出，continue语句只结束本次循环。 5.5.2 程序范例 程序5-11： main() int i, s ; s=0; for(i=1;i=10;i+) s=s+i;,if ( s 5 ) break; printf(s=%dn,s); 程序的输出结果如下： s=1 s=3 上例中，如果没有break语句，程序将进行10次循环；但当i=3时，s的值为6，if语句 中的表达式s5的值为1，于是执行break语句，跳出for循环，从而提前终

30、止循环。,5.5.3 知识归纳 1break语句 已经介绍过用break语句可以使流程跳出switch语句体。 break语句的使用说明： （1）只能在循环体内和switch语句体使用break语句。 （2）当break出现在循环体中的switch语句体内时，其作用只是跳出该switch语句体。当break出现在循环体中，但并不在switch语句体内时，则在执行break后，跳出本层循环体。,2continue语句 continue语句的一般形式为： continue; 其作用是结束本次循环，即跳过本次循环体中余下尚未执行的语句，接着再一次进行循环的条件判定。注意：执行continue语句并没

31、有使整个循环终止。 在while和do-while循环中，continue语句使得流程直接跳到循环控制条件的测试部分，然后决定循环是否继续进行。在for循环中，遇到continue后，跳过循环体中余下的语句，而去对for语句中的“表达式3”求值，然后进行“表达式2”的条件测试，最后根据“表达式2”的值来决定for循环是否执行。在循环体内，不论continue是作为何种语句中的语句成分，都将按上述功能执行，这点与break有所不同。,5.5.4 实例验证 程序5-12： main( ) int k=0, s=0, i ; for (i=1; i5) printf(*i=%d,s=%d,k=%dn

32、,i, s,k); /*1#输出语句*/ continue; ,+s; printf(i=%d,s=%d,k=%dn,i,s,k); /*2#输出语句*/ 运行结果如下： i=1,s=1,k=1 i=2,s=3,k=4 *i=3,s=6,k=4 *i=4,s=10,k=4 *i=5,s=15,k=4,程序运行时，当i为1和2时，并不执行if子句，仅执行k=k+s;和2#输出语句；执行第三次循环时，s的值已是6，这时表达式s5的值为1，因此执行if分支中的1#输出语句和continue语句，并跳过k=k+s;语句和2#输出语句；接着执行for后面括号中的i+，继续执行下一次循环。由输出结果可见，

33、后面三次循环中的k值没有改变。,习 题,一、选择题 5.1 以下程序段的输出结果是 。 A）9B）1C）11D）10 int k, j, s; for( k=2; k6; k+,k+) s=1; for(j=k; j6; j+) s+=j; printf(%dn,s);,5.2 以下程序段的输出结果是 。 A）12B）15C）20D）25 int i, j , m=0; for(i=1; i=15; i+=4) for(j=3; j=19; j+=4) m+; printf(%dn, m);,5.3 以下程序段的输出结果是 。 A）10B）9C）10D）9 9898 8787 76 int n

34、=10; while( n7 ) n-; printf(%dn, n); ,5.4 以下程序段的输出结果是 。 A）1 B）3 0 C）1 -2 D）死循环 int x=3; do printf(%3d, x-=2); while (! (-x) );,5.5 以下程序段的输出结果是 。 A）15 B）14 C）不确定 D）0 main() int i,sum; for (i=1; i6; i+ ) sum+=sum; printf(%dn,sum); ,5.6 以下程序段的输出结果是 。 A）741 B）852 C）963 D）875421 main() int y=10; for( ; y

35、0; y-) if(y%3=0) printf (%d,-y); continue; ,5.7 若x是int型变量，以下程序段的输出结果是 。 A）*3 B）#3C）#3D）*3#4 #4*4*4#5*5 *5#5 for(x=3; x6; x+) printf ( (x%2)?(*%d):(#%dn), x );,5.8 以下程序段的输出结果是 。 A）*#*#*#$ B）#*#*#$ C）*#*#$ D）#*#*$ main() int i; for(i=1; i=5; i+ ) if (i%2) printf(*); else continue; printf(#); printf($n); ,5.9 以下叙述正确的是 。 A）do-while语句构成的循环不能用其他语句构成的循环来代替。 B）do-while语句构成的循环只能用break语句退出。 C）用do-while语句