期末核心难点突破（一）：循环的基本用法

八卦谈佚名 ▪ 2023-09-24 04:47:25

各位同学大家好！本学期C语言的学习已经临近尾声了，循环结构将是期末考察的重点。本文将为大家全面地梳理循环结构的相关知识点，以便大家更好地进行复习。

一、while循环

while循环是我们最早学习的循环结构，其基本结构如下：

while循环的结构相当简洁，但这里涉及到了一个核心考点：while循环可能的执行次数为0~无穷次。请注意，当程序运行到while循环时，会先对括号中的条件语句进行判断，若条件为假则直接结束while循环，执行后续语句，这种情况下while循环的次数就是0。比如下面这个例子：

在这个程序中，由于i<0的条件在第一次执行到while时就不成立，所以循环内的语句一次都不会执行，这个程序也就没有任何输出。这就是一个while循环次数为0的例子。

二、do while循环

do while循环的基本结构如下：

刚刚提到了while循环可能的执行次数为0~无穷次，do while循环可能的执行次数则为1~无穷次。当程序运行到do while循环时，会先执行一次大括号中的语句，再对条件进行判断，所以无论条件是否成立，大括号中的语句至少会被执行一次。这便是while循环与do while循环的本质不同。

刚刚我们用while循环举了一个例子，这里我们不妨把它修改为do while循环：

在这个程序中，尽管i<0依旧不成立，但由于do while循环先执行一次后判断，所以最终仍会输出一个星号。

三、for循环

for循环的结构更为复杂，其基本结构如下：

其中init为初始化语句，仅在for循环开始时执行一次；condition为条件判断语句，每轮循环开始时执行；increment为迭代语句，每轮循环结束时执行。for循环可能的循环次数与while循环相同，同样是0~无穷次。当程序执行到for循环时，会先执行init初始化语句，然后对condition进行判断，若为假则直接结束for循环，这种情况下for循环的循环次数就是0。

为了便于大家比较和思考，我们继续对刚才的案例进行修改：

这个案例中，当程序运行到for循环时，会先执行i=1，然后判断i<0是否为真。由于i<0不成立，所以for循环直接结束，大括号内的语句一次都不会执行。

四、break语句（选读）

跳出循环有两种方法，一是上文提到的条件判断，每轮循环开始时都会进行一次判定，若条件为假则会跳出循环。然而，这种方法有时会显得有些力不从心，比如下方这个案例：

例4.1 编写程序，求算式1+2+...+k<=100中，k的最大值，要求使用循环。

这道题我们的老师在课堂中讲过，我记得他提供的方法是这样的：

你第一次看到这个程序时可能会有一丝疑惑，为什么最后答案要输出i-2呢？虽然这个程序输出的结果是正确的，但它的可读性较差，不利于理解。这时就要引出我们跳出循环的第二个方法：break语句。

早在学习switch语句时我们就使用过break语句，在先前的期末大作业中大家可能也用到了break语句。在循环结构中，break的用法本质上就只有一句话：执行到break就跳出循环。然而，break语句看似简单，但有一些细节需要注意：

首先，break只会跳出最内层的一层循环。比如下方这个例子：

在执行break语句后，它跳出的只是最内层的循环，而非所有循环，这在循环嵌套中非常常见，务必要理解。

其次，break语句面向的对象是while循环、do while循环、for循环和switch语句。if语句并不是break语句处理的对象。比如下方的这个案例：

有人会把if也计算成一重循环，这是错误的。break只会跳出一重循环，但if并不是循环语句，而是条件语句，所以不能算作一重循环。

最后，break语句生效后会直接跳出循环结构，而不是等本轮循环结束后再跳出。比如下方这个例子：

在break执行后，会直接退出循环，所以并不会输出‘ # ’。

以上就是使用break语句时需要注意的几点细节。理解了break语句后，我们再来看看刚才的那道例题：

例4.1 编写程序，求算式1+2+...+k<=100中，k的最大值，要求使用循环。

引入break语句后，程序可以写成这样：

这段代码中，我们在循环内进行了一次判断，如果sum+i<=100成立，那么我们就给sum加上i，并把i加一；如果sum+i<=100不成立，就说明当下的这个i已经超出了范围，那么i就应该减一。这样的程序就有了更好的可读性，更容易理解。这就是break的价值所在。原先我们只能在每轮循环的起始处设置跳出循环的条件，而break使我们可以在循环内的任何地方跳出循环。这就是break语句的核心作用。

五、死循环（选读）

之前提到过，while循环、do while循环和for循环都可能执行无数次，也就是死循环。下方为大家列举了最基本的三个死循环：

我们都知道1在C语言中可以代表条件为真，所以这三个循环的判断条件永远为真，也就永远无法自行退出。然而需要说明的是，这三种死循环只是最简单的情况，并不意味着只有将1作为判断条件才能实现死循环，比如下方这个案例：

可以看到，i>0永远为真，这样的情况同样可以实现死循环。所以，实现死循环只要保证条件永远为真，实现的方法是多种多样的。

六、for循环、while循环和do while循环的转换（重点）

截至目前，我们总共学习了三种不同的循环结构：for循环、while循环和do while循环。这三种循环各具特色，但又存在着紧密的关联。事实上，循环间有时是可以相互转换的，它们之间满足这样的规律：

for循环和while循环都可以相互转换，也就是说：任何for循环都可以转换为while循环，任何while循环都可以转换为for循环
do while循环都可以转换为for循环和while循环，但for循环和while循环不一定能转换成do while循环

先来解释第一点，为什么for循环和while循环都可以相互转换呢？我们不妨回到for循环的一般形式：

这样的for循环就等价于：

这就是for循环向while循环的转换。

同样的，while循环的一般形式是这样的：

这样的while循环就等价于：

通过这两个一般形式的比较，相信大家应该就可以理解for循环与while循环的关系了。

接着我们来说说第二点，为什么do while循环可以转换成for循环和while循环，但for循环和while循环不一定能转换成do while循环呢？原因其实很简单。do while循环执行的次数至少为一次，而while循环和for循环都可能执行0次。所以，执行0次的while循环和for循环绝对不可能以do while循环来实现。这就是for循环和while循环不一定能转换成do while循环的原因。

那么，do while循环如何转换为for循环和while循环呢？方法其实也很简单。我们还是以do while的一般形式为例：

这等价于：

do while循环至少执行一次，那么我们直接在while循环和for循环开始前把大括号中的内容执行一遍就可以了。