循环掌控：深入理解C语言循环结构，高效实现重复性任务

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所属专栏：C语言学习
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引言

前面贝蒂带大家了解了选择结构，今天就来为大家介绍循环结构，也就是我们熟悉的while，do while，还有for的用法。只要给定的条件为真，C 语言中的 while 循环语句会重复执行一个目标语句。它的流程图大致如下：

1.while

1.1 while的用法

while循环的一般形式为：

while(表达式)

{
语句块；
}

• 代码会先判断表达式的内容，如果为真（非0），则执行语句块的内容，然后再次判断表达式的内容......一直到表达式的内容为假（0），跳出循环，执行其他语句。

• 一般条件下，表达式执行次数比循环体内部语句块执行次数多1，因为最后一次判断表达式内容为0，跳出循环。

  举个简单的例子：

//计算1~100的和
#include
int main()
{
	int i = 1;
	int sum = 0;
	while (i <= 100)//判断条件，当i大于100跳出循环
	{
		sum = sum + i;
		i++;//判断条件
	}
	printf("%d\n", sum);
	return 0;
}

1.2 死循环

循环语句有一个常见的错误那就是陷入死循环，即条件为永真，循环一直不停止，下列就是一种简单的死循环：

#include
int main()
{
	while (1)
	{
		printf("陷入死循环啦\n");
	}
	return 0;
}

这段代码会一直打印“陷入死循环啦”

2. do while

2.1 do while的用法

除了while，C语言还有一种相似的do while的语法的结构，它的结构与while语句类似。do-while循环的一般形式为：

do{
语句块；
}while(表达式);

• do-while循环与while循环的不同在于：它会先执行“语句块”，然后再判断表达式是否为真，如果为真则继续循环；如果为假，则终止循环。因此，do-while 循环至少要执行一次“语句块”。

2.2 简单的例子

输⼊⼀个正的整数，逆序打印这个整数的每⼀位
例如：
输⼊：1234，输出：4321
输⼊：521，输出：125

分析：

1.我们要想逆序打印一个正整数，首先我们要先得到每一位的数字。

2.要得到每一位数字，我们可以先定义一个整数n，输出n%10，然后将n/10。

3.重复步骤2，直到n=0，也就是达到我们的循环条件。

代码如下 ：

#include
int main()
{
	int n = 0;
	scanf("%d", &n);
	while (n)//当n为0时候跳出循环
	{
		printf("%d ", n % 10);//输出最低位的值
		n /= 10;
	}
	return 0;
}

3.for循环

3.1 for的用法

相对于while，do while语句，for循环更加简洁也更加常用，for 循环的一般形式为：

for(表达式1; 表达式2; 表达式3)

{
语句块；
}

它的运行过程为：

1. 先执行“表达式1”。

2. 再执行“表达式2”，如果它的值为真（非0），则执行循环体，否则结束循环。

3. 执行完循环体后再执行“表达式3”。

4. 重复执行步骤 2 和 3，直到“表达式2”的值为假，就结束循环。

• 上面的步骤中，表达式1只执行一次，步骤2与步骤3会重复执行，for 语句的主要作用就是不断执行步骤 2和 3。

3.3 简单的例子

我们还是用计算1~100的和来举例子吧，改成for循环写法如下：

#include 
int main()
{
    int i, sum=0;
    for(i=1; i<=100; i++)
    {
        sum+=i;
    }
    printf("%d\n",sum);
    return 0;
}

3.3 for的几种写法

其实在for 循环中的“表达式1（初始化条件）”、“表达式2(循环条件)”和“表达式3（自增或自减）”都是可选项，都可以省略（但分号;必须保留）。

我们依旧使用计算1~100的题目来举例。

(1) 省略表达式一

如果省略表达式1，也就是初始化内容，编译器会默认上面的初始化内容为表达式1。也就相当于把初始化内容提出来了，对结果并不会产生影响

int i = 1, sum = 0;
for( ; i<=100; i++)//默认i开始为1
{
    sum+=i;
}

(2) 省略表达式二

如果省略表达式2，相当于循环没有判断结束的标志，就会死循环。

for(i=1; ; i++)
{ 
sum=sum+i;
}//没有判断条件，死循环

(3) 省略表达式三

如果省略表达式3，我们可以在循环内容中添加，这种循环方式类似while循环，但是如果不添加的话就会死循环

for(i=1; i<=100; )
{
    sum=sum+i;
    i++;//如果没有这个条件，就会死循环
} 

4. 循环语句中的continue，break

4.1 continue的作用

continue语句的作用是跳过循环体中剩余的语句而强制进入下一次循环。continue语句只用在 while、for 循环中，常与 if 条件语句一起使用，判断条件是否成立。

4.2 while，for里的continue

(1) while里的continue

让我们看看下面这个例子：

#include 
int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 10)
	{
		if (i == 5)
		{
			continue;
		}//当i等于5后，就执⾏continue，循环直接进行下次循环
		//不执行continue后面的内容
		printf("%d ", i);
		i = i + 1;
	}
	return 0;
}

• 输出结果为：1，2，3，4 ......死循环，因为i不执行i+1，所以i一直都是5，陷入死循环.

(2) for里的continue

我们还是上面的例子，看看是否也会陷入死循环

#include 
int main()
{
	int i = 1;
	for (i = 1; i <= 10; i++)
	{
		if (i == 5)
		{
			continue;
		} //这⾥continue跳过了后边的打印，来到了i++的部分
		printf("%d ", i);
	}
	return 0;
}

• 从这里我们就可以对比出continue在while，for语句中的区别：continue可能在while语句中影响循环的进行，在for中就不会。

4.3 break的作用

当 break 关键字用于 while、for 循环时，会终止循环，不会执行整个循环语句后面的代码。break 关键字通常和 if 语句一起使用，即满足条件时便跳出循环。

4.4 while，for里的break

(1) while里的break

让我们继续借用上面的那个例子，如果continue换成break会怎么样呢

#include 
int main()
{
	int i = 1;
	while (i <= 10)
	{
		if (i == 5)
		{
			break;
		} //当i等于5后，就执⾏break，循环就终⽌了
		printf("%d ", i);
		i++;
	}
	return 0;
}

(2) for里的break

我们继续看看for里面的break，和while有什么不同呢

#include 
int main()
{
	int i = 1;
	for (i = 1; i <= 10; i++)
	{
		if (i == 5)
			break;
		printf("%d ", i);
	}
	return 0;
}

• 通过观察我们知道break无论在while，还是for循环中作用都是一样的：跳出循环。

4.5 do-while循环中的continue，break

#include 
int main()
{
	int i = 1;
	do
	{
		if (i == 5)
			continue;
		printf("%d ", i);
		i = i + 1;
	} while (i <= 10);
	return 0；
}

#include 
int main()
{
	int i = 1;
	do
	{
		if (i == 5)
			break;
		printf("%d ", i);
		i = i + 1;
	} while (i <= 10);
	return 0；
}

• do while其实与while语句非常相似，continue与break在其中的作用也差不多。

5. 嵌套循环

​ 我们知道在选择语句中有嵌套，那么循环里面是否有嵌套呢？答案自然是肯定的。下面我们将以两道题来具体为大家讲解

5.1 打印1~100的素数

题目：

找出100~200之间的素数，并打印在屏幕上。
注：素数⼜称质数，只能被1和本⾝整除的数字。

解析：

1. 要从100~200之间找出素数，⾸先得有100~200之间的数，这⾥可以使⽤循环解决。
2. 假设要判断i是否为素数，需要拿2~i-1之间的数字去试除i，需要产⽣2~i-1之间的数字，也可以使⽤循环解决。
3. 如果2~i-1之间有数字能整除i，则i不是素数，如果都不能整除，则i是素数。

代码如下：

#include
int main()
{
	int i = 0;
	for (i = 100; i <= 200; i++)//循环产生100~200的数
	{
		int j = 0;
		for (j = 2; j < i; j++)//循环产⽣2~i-1之间的数字
		{
			if (i % j == 0)//如果能被整除就跳出循环
			{
				break;
			}
		}
		if (j == i)//一直无法整除的话，最后i==j
		{
			printf("%d ", i);
		}
	}
	return 0;
}

5.2 打印九九乘法表

#include 
int main()
{  
    //外层循环变量,控制行  
    int i = 0;  
    //内层循环变量,控制列   
    int j = 0;   
    for(i=1;i<=9;i++)
    {  
        for(j=1;j<=i;j++)
        {  
            printf("%dx%d=%d\t",j,i,i*j);  
        }  
        //每行输出完后换行   
        printf("\n");     
    }  
}

6.goto语句

6.1 goto语句的用法

C 语言中的 goto 语句允许把控制无条件转移到同一函数内的被标记的语句。其用法如下：

goto label;
..
.
label: statement;

• 在这里，label 可以是任何除 C 关键字以外的纯文本，它可以设置在 C 程序中 goto 语句的前面或者后面。
• goto语句既可以往后跳转也可以往前跳转。

6.2 goto的例子

#include 
int main()
{
	printf("1\n");
	goto next;//直接跳过下一步，执行next后的语句
	printf("2\n");
next:
	printf("3\n");
	return 0;
}

• goto 语句如果使⽤的不当，就会导致在函数内部随意乱跳转，打乱程序的执⾏流程，所以我们的建议是能不⽤尽量不去使⽤；但是 goto 语句也不是⼀⽆是处，在多层循环的代码中，如果想快速跳出使⽤ goto 就⾮常的⽅便了。