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C语言：循环结构

news 2025/7/23 8:10:53

什么是循环结构

代码在满足某种条件的前提下，重复执行，就叫做循环结构。

循环的分类

无限循环：其实就是死循环，程序设计中要谨慎使用。
有限循环：循环限定循环次数（for）或者终止循环的条件（while,do..while）。

循环的构成

循环条件： 如循环次数或者循环的出口。
循环体：需要重复执行的代码（也就是{}包裹的内容）

当型循环的实现

特点：先判断，后执行，如果条件不满足，循环体一次都不执行。

代表：while、for

while循环

语法：

【1】循环变量;while (【2】循环条件){【3】循环语句;【4】更新循环变量;}// 注意：如果循环语句是单语句，可以省略{}while (循环条件) 循环单语句;while (循环条件)循环单语句;// 注意：有些特殊场景下，循环体语句糅合到了循环条件中，所以省略掉循环体while (循环条件);  // int i = 1;  while(i++ <= 5); printf("%d\n",i);// 7

说明：

循环条件的返回值必须是逻辑值（使用非0表示真，使用0表示假，C语言底层使用1表示真）C99版本引入了一个stdbool.h，可以使用true或者false来表示真假，这里的true和false实际上就是定义的两个符号常量，true的值是1，false的值0。
{}包起来的内容整体称之为循环体。
我们要在循环体中控制循环条件的变化，也可以在循环条件中控制循环条件的变化，否则产生死循环。

执行过程：

特点： 先判断，后执行，循环体语句有可能一次都不执行。

案例

需求：求1~100的累加和（例如：1+2+3+4+..+100）
分析：
- 创建一个变量sum = 0，用来接收累加和
- 创建一个循环变量i，用来表示计算数，给一个默认值1，每次循环的时候 i++
- 在循环中，使用 sum += i（sum = sum + i），完成累加和运算
- 同时我们要限定循环的条件，也就是i的范围：i <= 100
  - 第1次：sum += i = 0 + 1 = 1
  - 第2次：sum += i = 1 + 2 = 3
  - 第3次：sum += i = 3 + 3 = 6
  - ...

代码：

 /*************************************************************************> File Name:    demo01.c> Author:       三道渊> Description:  > Created Time: 2025年07月15日 星期二 10时42分47秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){// 需求：求1～100的累加和// 创建一个变量sum = 0，用来存储累加和，因为参与计算，所以必须有初始值int sum = 0;// 创建一个 循环变量并初始化int i = 1;// 通过一个循环生成1～100的自然数，并实现累加和运算while(i <= 100)  // ()循环条件，限制循环变量的变化，循环的出口限制{// 累加和运算sum += i;// 更新循环变量，逼近出口i++;// 等价于 i = i + 1  i+=1 ++i}printf("1~100的累加和是%d\n",sum);return 0;}

运行结果：

案例

需求：求1~100以内的偶数和
分析：
- 创建一个变量sum = 0，用来存储累加的偶数和
- 创建一个循环变量i = 2，存储参与运算的自然数（最小的偶数是2）
- 创建一个循环，设置循环条件 i <= 100
- 在循环体内，需要用一个if校验i是否是偶数，如果满足条件，就实现偶数和的计算：sum += i
- 在循环体的最后一行，需要更新循环变量，作用是逐渐逼近循环的出口
- 循环结束后，才能输出sum。

代码：

/*************************************************************************> File Name:    demo02.c> Author:       三道渊> Description:  > Created Time: 2025年07月15日 星期二 11时02分40秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){// 创建一个变量sum = 0，用来存储累加的偶数和int sum = 0;// 创建一个循环变量i = 2，存储参与运算的自然数（最小的偶数是2）int i = 2;// 创建一个循环，设置循环条件 i <= 100while (i <= 100){// 在循环体内，需要用一个if校验i是否是偶数，如果满足条件，就实现偶数和的计算：sum += iif (i % 2 == 0)sum += i;// 在循环体的最后一行，需要更新循环变量，作用是逐渐逼近循环的出口i++;// if (i % 2 == 0) sum += i; i++;   // 等价于上面代码}// 循环结束后，才能输出sum。printf("1~100以内的偶数和是%d\n", sum);return 0;}

运行结果：

案例

需求：通过键盘录入一个整数，判断这个整数是否是水仙花数。
分析：
- 拆分一个n位的数，比如拆分为如：个位、十位、百位...
- 要求这个n位数的每一位的n次幂相加等于这个数本身：
  比如一个三位数：
  个位的3次幂 + 十位的3次幂 + 百位的3次幂 = 这个数本身

代码：

 /*************************************************************************> File Name:    demo06.c> Author:       三道渊> Description:  > Created Time: 2025年07月15日 星期二 14时32分55秒************************************************************************/#include <stdio.h>#include <math.h>int main(int argc,char *argv[]){int num, originalNum, n = 0, sum = 0;// 从控制台录入一个数printf("请输入一个整数：");scanf("%d", &num);// 用一个变量记录这个整数originalNum = num;// 计算数字的位数while (num != 0){num /= 10;n++;// 统计位数}// 恢复原始数据num = originalNum;// 计算各位数的n次幂之和while (num != 0){// 将需要的位数拆出来int digit = num % 10;// 计算这个数的n次幂，并相加sum += pow(digit,n);// pow(运算数，运算数的n次方)// 将需要拆除的位保留在个位num /= 10;}// 校验并输出if (sum == originalNum)printf("%d 是水仙花数。\n", originalNum);elseprintf("%d 不是水仙花数。\n", originalNum);return 0;}

编译命令：
```
 gcc demo06.c -lm  // math.h中有些函数属于GNU扩展函数，不是C语言标准，需要指定链接
```
解释：-lm 意思是链接数学库，数学库中有一些函数不是C语言标准定义的，属于其他扩展库，C语言标准库是自动链接的，但是扩展库不会自动链接，需要我们指定链接。
运行效果：

while的特殊写法：
 while(1)   // 死循环

for循环

原则上：for循环能实现的，while循环也可以实现，for循环可以看做是while循环的一种特殊写法，for循环胜在结构清晰，非常适合于直到循环次数的循环。

语法：

 for (【1】循环变量; 【2】循环条件; 【4】更新循环变量){【3】循环语句;}// 如果循环体语句是单语句，也是可以省略{}for (【1】循环变量; 【2】循环条件; 【4】更新循环变量)【3】循环语句;for (【1】循环变量; 【2】循环条件; 【4】更新循环变量)【3】循环语句;

说明：

① ()中可以仅保留两个;;，举例：for (;;)，此时这种写法就是死循环的一种体现。

② 循环变量：需要赋初始值，循环变量可以是单个，也可以是列表，多个循环变量之间使用逗号分隔，举例：

 // 循环变量是单个for (int i = 0;..;..) {..}// 循环变量是多个for (int i = 0,j = len -1;..;..){..}

③ 循环条件：用来限制循环的次数，循环条件支持任意表达式（常用的有关系表达式，逻辑表达式），举例：

 for (..;i < 10 && j >= 0;..){..}

④：更新循环变量：支持列表，列表使用逗号分隔，这里可以使用赋值表达式，举例：

 for (..;..;i++,j--){..}

⑤ 执行顺序：①②③④ → ②③④ → ②③④ → ... → ②

执行过程：

特点：先判断，后执行，循环体语句有可能一次都不执行。

案例

需求：计算1~100以内的偶数和

代码：

/*************************************************************************> File Name:    demo03.c> Author:       三道渊> Description:  > Created Time: 2025年07月15日 星期二 11时34分44秒************************************************************************/#include <stdio.h>/*** 使用while实现*/ int while_test(){int sum = 0;// 循环变量（需要初始化）int i = 2;// 循环条件while (i <= 100){// 循环语句if (i % 2 == 0) sum += i;// 更新循环变量i++;}// 打印输出printf("1~100以内的偶数和是%d\n", sum);return 0;}/*** 使用for实现(不推荐)*/ int for_test(){int sum = 0;// 循环变量（需要初始化）int i = 2;// 循环条件for (;i <= 100;){// 循环语句if (i % 2 == 0) sum += i;// 更新循环变量i++;}// 打印输出printf("1~100以内的偶数和是%d\n", sum);return 0;}/*** 使用for实现(推荐)*/ int for_test2(){int sum = 0;// 循环条件for (int i = 2; i <= 100; i++){// 循环语句if (i % 2 == 0) sum += i;}// 打印输出printf("1~100以内的偶数和是%d\n", sum);return 0;}int main(int argc,char *argv[]){while_test();for_test();for_test2();return 0;}

案例

需求：用户通过键盘输入一个整数n，求n的阶乘。例如：n = 4,n的阶乘 1 * 2 * 3 * 4

代码：

 /*************************************************************************> File Name:    demo04.c> Author:       三道渊> Description:  > Created Time: 2025年07月15日 星期二 11时45分48秒************************************************************************/#include <stdio.h>// 数学库对应的头文件#include <math.h>int main(int argc,char *argv[]){// 创建一个变量，用来存储计算数unsigned long n;// 创建一个变量，用来存储乘积 size_t 是C语言中 unsigned long的别名size_t r = 1;// 通过控制台，给n赋值printf("请输入一个整数：\n");scanf("%lu", &n);// 通过for循环计算for (int i = 1; i <= fabs(n); i++) r *= i;printf("1~%lu的乘积结果是%lu\n",(size_t)fabs(n), r);return 0;}

注意：阶乘计算，如果乘积超过变量存储的范围，会溢出，结果计算可能不准确。

for实现死循环：

  for(表达式1;;表达式3) {..}for(表达式1;;) {..}for(;;表达式3) {..}for(;;) {}for(表达式1;表达式2;) {}...

循环实现的三要素

循环变量的初始化，举例：int i = 2
循环条件，举例：i <= 100
循环变量的更新，举例：i++

案例

需求：求斐波拉契数列前20个
分析：
- 斐波拉契数列指的是是符合一定规则的数列，举例：1,1,2,3,5,8...
- 斐波拉契数列的特点：第3个数等于前两个数之和，最开始的第1,2个数是固定的，都是1

代码：

/*************************************************************************> File Name:    demo05.c> Author:       三道渊> Description:  > Created Time: 2025年07月15日 星期二 14时13分31秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){// 创建一个变量，存储第1，2个数，默认都是1int f1 = 1, f2 = 1;// 定义循环变量int i = 1; // 每一次循环产生2个数，也就是循环10次// 通过循环产生数列for (; i <= 10; i++){// 输出当前两个数列printf("%-12d%-12d\n",f1,f2);// 1,1 // 计算得到新的f1,f2f1 += f2; // f1 = f1 + f2; // 第1次：f1 = 1+1 = 2 ..f2 += f1; // f2 = f2 + f1;  // 第1次：f2 = 1 + 2 = 3 ..}return 0;}

运行结果：

直到型循环的实现

特点：先执行，后判断，不管条件是否满足，至少执行一次。

代表：do..while

do..while循环

语法：

 【1】循环变量;do{【2】循环体语句;【3】更新循环变量;} while(【4】循环条件);

说明：

① 循环条件的返回值必须是逻辑值（0和非0（计算机返回1））

② {}包起来的内容称之为循环体

③ 我们要在循环体中控制循环条件的变化，否则会产生死循环。

执行过程：

特点：先执行，后判断，不管条件是否满足，循环体语句至少执行一次。

案例

需求：求1~100 以内的偶数和
分析：
- 创建一个变量，用来存储偶数和sum = 0
- 创建一个循环变量，i = 2
- 创建一个do..while循环，在循环体中，校验 i % 2 == 0，如果满足，就实现偶数和计算 sum += i
- 计算完成，在do..while循环体的末行，更新循环变量，使其逼近出口
- 限制性循环的出口：i <= 100 (i > 100 ，循环结束)
- 循环结束，打印输出sum的值

代码：

/*************************************************************************> File Name:    demo07.c> Author:       三道渊> Description:  > Created Time: 2025年07月15日 星期二 16时29分23秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){// 创建一个变量，用来存储偶数和sum = 0 int sum = 0;// 创建一个循环变量，i = 2int i = 2;// 创建一个do..while循环，在循环体中，校验 i % 2 == 0，如果满足，就实现偶数和计算 sum += ido{if (i % 2 == 0) sum += i;// 计算完成，在do..while循环体的末行，更新循环变量，使其逼近出口i++;} while(i <= 100);// 限制性循环的出口：i <= 100   (i > 100 ，循环结束)// 循环结束，打印输出sum的值printf("1~100以内的偶数和是%d\n", sum);return 0;}

案例

需求：用C语言编写简单猜数字游戏代码。游戏规则是程序随机生成一个1到100之间的数字，玩家通过输入猜测数字，程序会提示猜测是太大还是太小，直到玩家猜中为止。

代码：

/*************************************************************************> File Name:    demo08.c> Author:       三道渊> Description:  猜数字> Created Time: 2025年07月15日 星期二 16时37分16秒************************************************************************/#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <time.h>int main(int argc,char *argv[]){// 创建变量number(随机数)，guess(用户猜测的数字)，count(计数)int number, guess, count = 0;// 设置随机种子srand(time(NULL));// 生成随机数 1～10之间的随机数 rand() % 最大范围整数，生成的实际数的范围 0 ～ 最大范围整数 - 1number = rand() % 10 + 1;// 设计头printf("----------------------\n");printf("|  猜数字小游戏v1.0  |\n");printf("----------------------\n\n");printf("我已经想了一个1~10之间的整数，你猜猜是多少？\n");// 猜数字，猜不对，就一直猜，猜到对为止do{printf("请输入你的猜测：\n");// 接收scanf的返回值int result = scanf("%d", &guess);// 对非法输入进行校验（比如：我们要求输入数值，但是不小心输入了非数值，此时就是非法输入）if (result != 1){// 如果输入的不是数字，就是非法的，也就是输入的内容类型跟scanf提供的格式化符号不匹配// 每次重新输入前，需要清空输入缓冲区，重新从外部设备获取输入到缓冲区while (getchar() != '\n'); // getchar() 类似于 scanf("%c",c);printf("请输入数字!\n");continue; // 这次循环，跳过不算}// 计算count ++;// 校验if (guess > number) printf("太大了，再猜一次！\n");else if (guess < number) printf("太小了，再猜一次！\n");else {printf("恭喜你，猜对了！\n");printf("你一共猜了%d次!\n", count);}} while(guess != number); // 等价于 guess > number || guess < numberreturn 0;}

运行效果：

goto（了解）

语法：

   goto 标签(label)

标签：标明目标代码的位置，是一个不加""的字符串。

案例：

需求：求1~100以内的偶数和

代码：

 /*************************************************************************> File Name:    demo08.c> Author:       三道渊> Description:  > Created Time: 2025年07月15日 星期二 17时10分10秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){// 创建一个变量，用来存放偶数和int sum = 0;// 创建一个循环变量int i = 2;// 定义goto标签，名字自己取，符合标识符命名即可loop:// 过滤偶数if (i % 2 == 0) sum += i; // 偶数和计算i++; // 更新循环变量// 循环条件if (i <= 100)  goto loop; // 标签loop由goto触发printf("1~100以内的偶数和是%d\n",sum);return 0;}

注意事项
1. 可读性：goto语句会破坏代码的结构和可读性，使得代码难以理解和维护。因此，应尽量避免使用。
2. 替代方案：大多数情况下，可以使用循环、条件语句、函数等结构来替代goto语句，使代码更加清晰和易于管理。
3. 嵌套限制：虽然goto语句可以跨函数跳转（即跳转到另一个函数中的标签），但这种用法是不合法的，并且会导致编译错误。goto语句只能在同一函数内部跳转。
4. 错误处理：在某些情况下，goto语句可以用于错误处理，例如从嵌套的多层循环中跳出。但即使在这种情况下，也应谨慎使用，并考虑是否有更好的替代方案。
总结
虽然goto语句在C语言中是合法的，并且有时可能看起来很方便，但过度使用或不当使用会导致代码质量下降。因此，建议尽量避免使用goto语句，而是采用更结构化和可维护的编程方法。

循环结构的典型应用场景

求累和：举例：1+2+3..+100的和，sum = 0
求累积：举例：1*2*3..*100的积，result = 1
求均值：举例：(1+2+3...+100)/100的值
求极值：举例：12,34,56,67中的最大值、最小值
元素遍历：常用于数组元素的遍历。
...

基础算法模型

累和
- 定义一个变量（sum）,并赋初值为0；
- 该变量累加（+=）每一个数据项（i）；
- 当访问完每一个数据项，此时该变量的取值就是累加和的结果。
累乘
- 定义一个变量，并赋初值为1；
- 用该变量累乘（*=）每一个数据项；
- 当访问完每一个数据项，此时该变量的取值就是累乘的结果。
极值（多应用于数组）
- 定义一个变量，并赋初值为第一个数据项；
- 从第二个数据项开始，依次于该变量进行比较，如果大于/小于该变量，则将当前数据项的数据赋值给该变量。
- 当访问完每一个数据项，此时该变量的取值就是求极值的结果。

循环的嵌套

3种循环（while、for、do..while）可以相互嵌套的。在前一个循环结构中又嵌套一个循环结构。例如：

案例

需求：九九乘法表
分析：
- 我们发现九九乘法表整体其实就是一个9行9列的直角三角形
- 同时发现：每一行显示的列的数量不超过所在行，第1行1列，第2行2列...
  假定：行用i表示，列用j表示，i和j的关系：j <= i
- 在实现的时候，我们发现需要同时控制行和列的变化，在编程中，行列式需要通过for双层嵌套实现（双重for循环）。

代码：

 /*************************************************************************> File Name:    demo09.c> Author:       三道渊> Description:  > Created Time: 2025年07月15日 星期二 17时28分10秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){printf("--- 九九乘法表 ---\n");// 外层循环：生成行，1～9for (int i = 1; i <= 9; i++){// 内层循环：生成列，1～（j <= i）for (int j = 1; j <= i; j++){// 生成算式printf("%dx%d=%d\t", j, i, j*i);//  printf("*"); // 替换成这行代码，输出下直角三角形}// 每一行所有列生成完毕，一定要还行printf("\n");}printf("\n");return 0;}

运行结果：

案例

需求：求100~200之间的所有的素数（素数又被称作质数）
分析：
- 什么是素数：只能被1和自身整除的数叫做素数或者质数。

代码：

 /*************************************************************************> File Name:    deme10.c> Author:       三道渊> Description:  > Created Time: 2025年07月15日 星期二 17时42分14秒************************************************************************/#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[]){// 创建一个变量，存放100~200之间的自然数   int num = 100;// 定义一个循环变量iint i;// 定义标志位，1-素数，0-非素数int flag;// 外层循环：生成100~200之间的自然数 for (; num <= 200; num++){// 每一个num生成的时候，默认其为素数flag = 1;// 内层循环：我们让num 对 2~num/2 |(num -1)之间的数进行整除，一旦出现一次整除的情况，我们认定其为非素数for (i = 2; i < num / 2; i++){// 测试整除的情况if (num % i == 0){flag = 0;// 非素数// 循环结束，只要出现一次能整除的情况，就说明这个数不是素数。break是提前结束了循环break; }}// 输出校验结果if (flag) // 等价于 flag == 1printf("%-4d",num);}printf("\n");return 0;}