實例講解 - C 語言的循環結構

2019-11-17 05:20:01

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供稿：網友

　　這一講開始之前，我們需要預備一個函數。這個函數的作用就是把一個百分制成績轉換成等級制。轉換的過程我已經在講解分支結構的時候具體闡述了，現在僅提供函數如下：

　　/* 預備 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;
　　　}
　　}

　　在講解分支結構時提出的實例都只能解決一個成績的情況。假如需要將 5 個人的成績進行轉換，最簡單的辦法如下：

　　/* 例1 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　　int n;
　　　　　　scanf("%d", &n);
　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　　printf("請輸入成績: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　　printf("請輸入成績: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　　printf("請輸入成績: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　　printf("請輸入成績: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　}

　　例1 的結構非常簡單易懂，但是書寫起來只有一個感覺--煩！同樣的三句話，居然重復了 5 次。假如這個班的人數不止 5 人，而是數十人的話，……天啊！簡直想都不敢想！

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　　C 語言當然不會笨得來一點方便都不給，這個"方便"，就是循環結構。循環結構的目的就是減少重復代碼，減輕程序員的負擔。而其形式，在 C 語言中有三種：for 循環、while 循環和 do-while 循環。正面分別介紹如下：

　　for 循環的基本格式是 for (語句1; 邏輯表達式1; 語句2) {語句組1}，大括號包括其中的語句組1 也可以是一條語句。其執行過程如下：先執行語句1，然后判定邏輯表達式1。假如邏輯表達式1 的值為"真(非0)"，則執行語句組1，否則結束循環。在沒結束循環的情況下，執行了語句組1 之后，執行語句2。然后再對邏輯表達式1 進行判定，再……，如此循環直到邏輯表達式1 為"假(0)"時為止。于是，例1 可以改寫如下：

　　/* 例2 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　　int n, i;
　　　for (i = 0; i < 5; i++) {
　　　　printf("請輸入成績: ");
　　　　scanf("%d", &n);
　　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　　}
　　}

　　嘿，這么簡潔？！知道循環結構的便利之處了吧。例2 中 i 從 0 到 4，共執行了 5 次循環體。當然，也可以跟據個人的習慣，將例2 中的 for 語句改寫為:

　　for (i = 1; i <= 5; i++) {...}

　　這樣或許更輕易理解，但我不推薦這樣做，因為 C 語言中的數組下標是以 0 開始的，采用例1 中的 for 語句更輕易在循環體中讀寫數組元素。就上例，假如我們要把所有成績輸入完成之后再逐一將其等級打印出來，就需要用到數組：

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

　　#define N 5

　　void main() {
　　　int n[N], i;
　　　for (i = 0; i < N; i++) {
　　　　printf("請輸入成績: ");
　　　　scanf("%d", &n[i]);
　　　}
　　　for (i = 0; i < N; i++) {
　　　　printf("第 %d 個成績的等級為: %c", i, grade(n[i]));
　　　}
　　}

　　例3 中，假如 i 從 1 到 N 循環的話，讀寫數組元素時就應該使用 n[i - 1] 而不是 n[i]。那么每執行一次循環體就會多一次減法運算，在一個循環 N 次的循環中，就會多進行 N 次減法運算，大大降低了程序效率。
　　C 語言是一種靈活的語言。它的 for 循環也不是一成不變，必須按照它的基本格式書寫。暫時賣個關子，先看看從例3 修改過來的例4：

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

　　#define N 5

　　void main() {
　　　int n[N], i = 0;
　　　for (; i < N; ) {
　　　　printf("請輸入成績: ");
　　　　scanf("%d", &n[i++]);
　　　}
　　　for (i = 0; ; i++) {
　　　　if (i == N) {
　　　　　break;
　　　　}
　　　printf("第 %d 個成績的等級為: %c", i, grade(n[i]));
　　}
　　}

　　是不是很希奇，例4 中的兩個 for 循環中與上面兩個例子的 for 循環相比，都少用了一些語句，怎么回事？且聽我慢慢道來：

　　第一個 for 循環中，少了 i = 0 和 i++ 兩句。其實仔細一看，這兩句也沒少。i = 0 已經在給 i 賦初值的時候就實現了，而 i++ 是在 scnaf 語句中順便實現的。所以，雖然沒有 i = 0 一句，但循環開始之前 i 的值已經是 0 了；雖然沒有 i++ 一句，但循環體中實際也改變了 i 的值。

　　第二個 for 循環中少的只是那一句判定。而正是由于少了這一句判定，for 循環便不能自已結束。假如我在循環體中也不采取措施結束循環的話，這個循環將一直不停的執行下去，形成死循環。于是，我在循環體中對 i 進行判定，當它等于 N的時候執行一個 break 語句，跳出循環，填補了 for 語句中沒有邏輯表達式的缺陷。

　　甚至，一個 for 語句就可以寫成 for (; ; ) {...}，這樣一個 for 語句，簡單的說，就是一個死循環。

　　還有一點需要說明，就是 break 語句。這個語句在講解 switch 分支結構的時候就已經見到過了。它除了能用于 switch 分枝結構之外，還能用于所有的三種循環結構。其作用就是兩個字--"跳出"。switch 分枝結構中，它用于跳出整個 switch 語句；而在循環結構中，它自然是用于跳出循環，執行它之后，循環體中所有其它語句都不會再執行，整個循環就此中斷。

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　　學會了 for 循環，雖然可以簡化不少代碼，但它似乎只能解決循環次數固定的情況。假如人數不固定，又該怎么辦？比如規定如下：輸入若干 0 至 100 的成績，假如成績不在此范圍，則表式結束。請看例5，例6：

　　/* 例5 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　　　int n;
　　　　printf("請輸入成績: ");
　　　　scanf("%d", &n);
　　　　while (grade(n) != 0) {
　　　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　　　　printf("請輸入成績: ");
　　　　　scanf("%d", &n);
　　　　}
　　　}

　　/* 例6 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　　int n;
　　　do {
　　　　printf("請輸入成績: ");
　　　　scanf("%d", &n);
　　　　if (grade(n) != 0) {
　　　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　　}
　　} while (grade(n) != 0);
　　}

　　例5 和例6 分別使用了 while 循環和 do-while 循環結構。兩種循環結構都是在 while 后的邏輯表達式為真時執行循環體，為假時結束循環。二者的不同在于：while 循環是先判定，再執行循環體；而 do-while 循環而是先執行循環體后再作判定。因此，使用 do-while 循環至少要執行一次循環體。至于循環的執行過程，就請讀者自己分析了。

　　例6 中對于同一個 n，至少要執行兩次 grade(n)，大大降低了程序的效率。雖然可以用一個 char 型變量來解決這個問題，但我不想這樣作。于是又有如下方式的改寫：

　　/* 例7 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　　int n;
　　　do {
　　　　printf("請輸入成績: ");
　　　　scanf("%d", &n);
　　　　if (grade(n) == 0) {
　　　　　break;
　　　　}
　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　　} while (1);
　　}

　　例7 中 while 語句的邏輯表達示值始終是真(1)，所以這個循環也就是一個死循環，必須在循環體中用 break 語句跳出。用一個 if 語句判定跳出的時機，這也是很好理解的，就不多說了。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("請輸入成績: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　if (grade(n) == 0) {
　　　　continue;
　　　}
　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　} while (grade(n) != 0);
　　}

　　例8 的和例6 的區別主要就在于一個 continue 語句。這個語句可是循環結構所特有的，其作用與 break 語句相比，即有相似之處，也有相對之處。執行了 continue 語句之后，循環體中 continue 以下的語句將不再在這次循環中執行，但循環并不中斷，而是開始下一次循環。

　　如例8 中，滿足 grade(n) == 0 的條件后，執行 continue 語句。然后 printf 語句被跳過，直接到 while 語句判定是否結束循環，假如不滿足結束循環的條件，那么將會要求輸入下一個成績。不過例8 中，只要能執行到 continue 語句，while 后的條件就一定為假，循環結束。例8 和例7 的區別就在于，例8 是正常結束，而例7 是被中斷。

　　break 和 continue 兩個語句在 C 語言的循環結構中有著舉足輕重的作用。雖然使用巧妙的結構化程序手段可以避免使用這兩個語句，但這兩個語句的確能使程序結構更加簡單明了。所以，只要能用上它們的地方，我極力推薦使用它們。

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　　三種循環結構都說完了，但我還要強調 C 語言的靈活性。雖然循環結構有三種形式，但只使用其中仍意一種都能達到目的。例5 和例6 就展示了使用 while 和 do-while 兩種形式完成同要的任務。至于 for 循環，前面說它"似乎只能解決循環次數固定的情況"，這"似乎"二字并非筆誤。它乍看只能解決循環次數固定的情況，但仔細一想，它也的確能解決循環次數不固定的情況。如例5 例6 用 for 循環的形式分別可以改寫為：

　　/* 例9 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　int n;
　　printf("請輸入成績: ");
　　scanf("%d", &n);
　　for (; grade(n) != 0; ) {
　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　　printf("請輸入成績: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　}
　　}

　　/* 例10 */
　　#include "grade.h"
　　#include
　　void main() {
　　int n;
　　int b = 1;
　　for (; b; ) {
　　　printf("請輸入成績: ");
　　　scanf("%d", &n);
　　　if (grade(n) != 0) {
　　　　printf("等級為: %c", grade(n));
　　　} else {
　　　　b = 0;
　　　}
　　}
　　}

　　看看例9 和例5，例10 和例6，是不是有異曲同工之妙？其實 C 語言的循環結構遠遠不止這些變形，只要你細心思考，一定還會發現更多"變形妙用"。哈哈哈哈，一吐為快，心中舒適多了。

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