[C++知识库]C控制语句：循环

一，深入while循环

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/3 17:07
  * @description: 根据用户键入的整数求和
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  int main(void)
  {
      long num;
      long sum = 0L;
      int status;
  
      printf("Please enter an integer to be summed ");
      printf("(q to quit):\n");
      status = scanf("%ld",&num);
      while (status == 1)
      {
          sum = sum + num;
          printf("Please enter next integer (q to quit):");
          status = scanf("%ld",&num);
      }
      printf("Those integers sum to %ld.\n",sum);
  
      return 0;
  }
  
  
  

1，程序注释

• status == 1

  • ==运算符是C的相等运算符，该表达式判断status是否等于1。

• scanf()

  • scanf()返回成功读取项的数量。如果scanf()成功读取一个整数，就把该数存入num并返回1，随后返回值将被赋给status。如果用户输入的不是数字，scanf()会读取失败并返回0.此时，status的值就是0，循环结束。
  • 如果scanf()在转换之前出了问题（如：检测到文件结尾或遇到硬件问题），会返回一个特殊值EOF（其值通常被定义为**-1**）。这个值也会引起循环终止。

• 伪代码

  • 伪代码（pseudocode），是一种用简单的句子表示程序思路的方法，它与计算机语言的形式相对应。伪代码有助于设计程序的逻辑。确定程序的逻辑无误之后，再把伪代码翻译成实际的编程代码：如下伪代码

    • 把sum初始化为0
      提示用户输入数据
      读取用户输入的数据
      当输入的数据为整数时，输入添加给sum，
      提示用户进行输入，
      然后读取下一个输入
      输入完成后，打印sum的值
      

• 每次循环都被称为一次迭代（iteration）

2，观察下面程序输出并分析

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/3 19:35
  * @description: 
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  int main(void) {
      int n = 0;
      while (n++ < 3)
          printf("n is %d\n",n);
          printf("That's all this program does.\n");
  
      return 0;
  }
  /***
  * output
  * n is 1
  * n is 2
  * n is 3
  * That's all this program does.
  */
  

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/3 19:35
  * @description: 
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  int main(void) {
      int n = 0;
      while (n++ < 3);
          printf("n is %d\n",n);
          printf("That's all this program does.\n");
  
      return 0;
  }
  /***
  * output
  * n is 4
  * That's all this program does.
  */
  

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/3 19:35
  * @description: 
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  int main(void) {
      int n = 0;
      while (n++ < 3)
      {
          printf("n is %d\n", n);
          printf("That's all this program does.\n");
      }
      return 0;
  }
  /***
  * output
  * n is 1
  * That's all this program does.
  * n is 2
  * That's all this program does.
  * n is 3
  * That's all this program does.
  */
  

• while语句本身使用复合语句，在语句构成上，它也是一条单独的语句。该语句从while开始执行，到第1个分号结束。在使用了复合语句的情况下，到右花括号结束。

二，用关系运算符和表达式比较大小

• while循环经常依赖测试表达式作比较，这样的表达式被称为关系表达式（relational expression），出现在关系表达式中间的运算符叫做关系运算符（relational operator）。C语言中的所有关系运算符如下：

  • 运算符	含义
    $$<$$	小于
    $$<=$$	小于或等于
    $$==$$	等于
    $$>=$$	大于或等于
    $$>$$	大于
    $$!=$$	不等于

• 虽然关系运算符可用来比较浮点数，但是要注意：比较浮点数时，尽量只使用**<和>**。因为浮点数的舍入误差会导致在逻辑上应该相等的两数却不相等。

• 使用fabs()函数（声明在math.h头文件中）可以方便地比较浮点数，该函数返回一个浮点值的绝对值。

  • /********************************************************************************
    * @author: Mr.Y
    * @date: 2022/2/4 14:53
    * @description: 浮点数大小比较
    ********************************************************************************/
    #include <stdio.h>
    #include <math.h>
    int main(void)
    {
        const double ANSWER = 3.14159;
        double response;
        printf("What is the value of pi?\n");
        scanf("%lf",&response);
        while (fabs(response - ANSWER) > 0.0001)
        {
            printf("Try again!\n");
            scanf("%lf",&response);
        }
        printf("Close enough!\n");
    
        return 0;
    }
    
    /***
     * output
     * What is the value of pi?
     * 1
     * Try again!
     * 2.3
     * Try again!
     * 3.1415
     * Close enough!
     * 
     * /
    

1，什么是真

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/4 15:03
  * @description: 真假的表示
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  int main(void)
  {
      int true_val,false_val;
      
      true_val = (10 > 2);		//关系为真的值
      false_val = (10 == 2);		//关系为假的值
      printf("true = %d; false = %d",true_val,false_val);
      
      return 0;
  }
  
  /***
   * output
   * true = 1; false = 0
   * 对于C而言，表达式为真的值是1，表达式为假的值是0。
  */
  

• 一些C程序使用下面的循环结构，由于1为真，所以循环会一直进行。

  • while(1)
    {
    ......
    }
    

• 一般而言，所有的非零值都视为真，只有0被视为假。只要测试条件的值为非零，就会执行while循环。

2，_Bool类型

• C99新增了**_Bool类型，表示真或假的变量被称为布尔变量**（Boolean variable）。

• _Bool类型的变量只能存储1（真）或0（假）。如果把其他非零数值赋给布尔类型的变量，该变量会被设置为1。

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/4 16:00
  * @description: 使用布尔类型改造上面示例
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  int main(void)
  {
      long num;
      long sum = 0L;
      _Bool input_is_good;
  
      printf("Please enter an integer to be summed ");
      printf("(q to quit):");
      input_is_good = (scanf("%ld",&num) == 1);
  
      while (input_is_good)
      {
          sum = sum +num;
          printf("Please enter next integer (q to quit):");
          input_is_good = (scanf("%ld",&num) == 1);
      }
      printf("Those integers sum to %ld.\n", sum);
  
      return 0;
  }
    /***
   * output
   * Please enter an integer to be summed (q to quit):12
   * Please enter next integer (q to quit):23
   * Please enter next integer (q to quit):q
   * Those integers sum to 35.
    */
  

  • C99提供了stdbool.h头文件，该头文件让bool成为**_Bool的别名，而且把true和false分别定义为1和0**的符号常量。包含该头文件后，写出的代码可以与C++兼容。
  • 如果系统不支持布尔类型，导致无法运行该程序，可以把布尔替换成int即可。

3，优先级和关系运算符

• 关系运算符的优先级比算术运算符（包括+和-）低，比赋值运算符高。

• 关系运算符之间有两种不同的优先级

  • 高优先级组：<<= >>=
  • 低优先级组： == !=

• 运算符优先级

  • 运算符（优先级从高至低）	结合律
    ( )	从左往右
    - + ++ – sizeof	从右往左
    * / %	从左往右
    + -	从左往右
    < > <= >=	从左往右
    == !=	从左往右
    =	从右往左

三，不确定循环和计数循环

• 不确定循环（indefinite loop），指在测试表达式为假之前，预先不知道要执行多少次循环。如前面用户输入数字计算示例，不知用户何时结束。
• 计数循环（counting loop），这类循环在执行循环之前就知道要重复执行多少次。

四，for循环

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/4 22:35
  * @description: for循环示例
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  int main(void)
  {
      const int NUMBER = 22;
      int count;
      for (count = 0; count <= NUMBER ; count++)
          printf("Be my Valentine! count = %d\n",count);
  
  
      return 0;
  }
   /***
    * output
    * Be my Valentine! count = 0
    * Be my Valentine! count = 1
    * Be my Valentine! count = 2
    * ......
    * Be my Valentine! count = 21
    * Be my Valentine! count = 22
    */
  

  • 关键字for后面的括号中有3个表达式，分别用两个分号隔开。
    • 第一个表达式是初始化，只会在for循环开始时执行一次。
    • 第二个表达式是测试条件，在执行循环之前对表达式求值。如果表达式为假，循环结束。
    • 第三个表达式执行更新，在每次循环结束时求值。
  • 完整的for语句还包括后面的简单语句或复合语句。for圆括号中的表达式也叫控制表达式，他们都是完整表达式。

五，逗号运算符

• 逗号运算符扩展了for循环的灵活性，以便在循环头中包含更多的表达式。

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/5 15:12
  * @description: 逗号运算符
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  int main(void)
  {
      const int FIRST_OZ = 46;
      const int NEXT_OZ = 20;
      int ounces,cost;
  
      printf("ounces cost\n");
      for (ounces = 1,cost = FIRST_OZ;ounces<=16;ounces++,cost+=NEXT_OZ)
          printf("%5d  $%4.2f\n",ounces,cost / 100.0);
  
      return 0;
  }
      /***
       * output
       * ounces cost
       * 1  $0.46
       * 2  $0.66
       * 3  $0.86
       * 4  $1.06
       * ......
       * 15  $3.26
       * 16  $3.46
       */
  

• 其次，逗号也可用作分隔符。在下面语句中的逗号都是分隔符，不是逗号运算符。

  • char ch,date;
    printf("%d %d\n",chimps, chumps);
    

六，出口条件循环：do while

• 出口条件循环（exit-condition loop），即在循环的每次迭代之后检查测试条件，保证了至少执行循环体中的内容一次。

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/5 15:54
  * @description: 出口条件循环
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  int main(void)
  {
      const int secret_code = 13;
      int code_entered;
  
      do
      {
          printf("To enter the triskaidekaphobia therapy club,\n");
          printf("please enter the secret code number: ");
          scanf("%d",&code_entered);
      }while (code_entered!=secret_code);         //当输入的值是13退出。
      printf("Congratulations! You are cured!\n");
  
      return 0;
  }
  

1，do while格式

• do
  	statement
  while (expression);
  

  • statement可以是一条简单语句或复合语句。
  • do while循环在执行完循环体后才执行测试条件，所以至少执行循环体一次；而for或while循环都是在执行循环体之前先执行测试条件。do while循环适用于那些至少要迭代一次的循环。

七，如何选择循环

• 首先确定需要入口条件循环还是出口条件循环。一般而言入口条件循环用得比较多。

• 当循环涉及初始化和更新变量时，用for循环比较合适，而在其他情况下用while循环更好。例如：

  • while (scanf("%ld", &num) == 1)
    

• 对于涉及索引计数的循环，用for循环更适合。例如：

  • for (count = 1; count <= 100; count++)
    

八，嵌套循环

• 嵌套循环（nested loop）指在一个循环内包含另一个循环。嵌套循环常用于按行和列显示数据。

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/5 17:11
  * @description: 
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  #define ROWS 6
  #define CHARS 10
  int main(void)
  {
      int row;
      char ch;
      for (row = 0; row < ROWS; row++) 					//外层循环
      {
          for (ch = 'A'; ch < ('A' + CHARS); ch++) 		//内层循环
              printf("%c", ch);
              printf("\n");
      }
      return 0;
  }
  
      /***
       * OutPut
       * ABCDEFGHIJ
       * ABCDEFGHIJ
       * ABCDEFGHIJ
       * ABCDEFGHIJ
       * ABCDEFGHIJ
       * ABCDEFGHIJ
       */
  

• 嵌套循环中的内层循环在每次外层循环迭代时都执行完所有的循环。

九，数组

• 数组可以作为一种存储多个相关项的便利方式。

• 数组（array）是按照顺序存储的一系列类型相同的值，整个数组有一个数组名，通过整数下标访问数组中单独的项或元素（element）。如，以下声明：

  • float debts[20];
    //声明debts是一个内含20个元素的数组，每个元素都可以存储float类型的值。数组的第一个元素是debts[0]，第二个元素是debts[1]，以此类推，直到debts[19]。注意数组的编号是从0开始。
    

• 考虑到影响执行的速度，C编译器不会检查数组的下标是否正确。下面的代码，都不正确。

  • debts[20] = 88.32;				//该数组元素不存在
    debts[33] = 828.12;				//该数组元素不存在
    

  • 编译器不会查找这样的错误。当运行程序时，这会导致被放置在已被其他数据占用的地方，可能会破坏程序的结果甚至导致程序异常中断。

• 数组的类型可以是任意数据类型。

• 如果char类型的数组末尾包含一个表示字符串末尾的空字符**\0**，则该数组中的内容就构成了一个字符串。

  

• 用于识别数组元素的数字被称为下标（subscript），索引（index）或偏移量（offset）。下标必须是整数，而且要从0开始计数。数组的元素被依次存储在内存中相邻的位置。

  

1，在for循环中使用数组

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/5 19:52
  * @description: 使用循环处理数组
  ********************************************************************************/
  #include <stdio.h>
  #define SIZE 10
  #define PAR 72
  
  int main(void)
  {
      int index,score[SIZE];
      int sum = 0;
      float average;
  
      printf("Enter %d golf scores:\n",SIZE);
      for (index = 0;index<SIZE;index++)
          scanf("%d",&score[index]);
      printf("The scores read in are as follows:\n");
      for (index = 0;index < SIZE;index++)
          printf("%5d",score[index]);
      printf("\n");
      for (index = 0; index < SIZE;index++)
          sum += score[index];
      average = (float) sum / SIZE;
      printf("Sum of scores = %d, average = %.2f\n",sum,average);
      printf("That's a handicap of %.0f\n",average - PAR);
  
      return 0;
  }
      /***
       * output
       * Enter 10 golf scores:
       * 99 95 109 105 100 96 98 93 99 97 98
       * The scores read in are as follows:
       * 99   95  109  105  100   96   98   93   99   97
       * Sum of scores = 991, average = 99.10
       * That's a handicap of 27
       */
  

  • 注意，int类型数组元素的用法与int类型变量的用法类似。要读取int类型变量fue，应该这样写scanf("%d",&fue)。上面程序是因为要读取int类型的元素score[index]，所以写成scanf("%d",&score[index])。

2，使用函数返回值的循环示例

• 编写有返回值的函数，要完成以下内容。

  • 定义函数时，确定函数的返回类型。
  • 使用关键字return表明待返回的值。

• /********************************************************************************
  * @author: Mr.Y
  * @date: 2022/2/5 20:48
  * @description: 计算数的整数幂
  ********************************************************************************/
  
  #include <stdio.h>
  double power(double n,int p);       //ANSI函数原型
  
  int main(void)
  {
      double x,xpow;
      int exp;
  
      printf("Enter a number and the positive integer power");
      printf("to which\n the number will be raised. Enter q");
      printf(" to quit.\n");
      while (scanf("%lf%d", &x,&exp) == 2)
      {
          xpow = power(x , exp);          //函数调用
          printf("%.3g to the power %d is %.5g\n",x,exp,xpow);
          printf("Enter next pair of numbers or q to quit.\n");
      }
      printf("Hope you enjoyed this power trip -- bye!\n");
  
      return 0;
  }
  
  double power(double n,int p)            //函数定义
  {
      double pow = 1;
      int i;
      for (i = 1;i <= p; i++)
          pow *= n;
      return pow;                         //返回pow的值
  
  }
       /***
      * Enter a number and the positive integer powerto which
      * the number will be raised. Enter q to quit.
      * 2 2
      * 2 to the power 2 is 4
      * Enter next pair of numbers or q to quit.
      * 3 3
      * 3 to the power 3 is 27
      * Enter next pair of numbers or q to quit.
      * q
      * Hope you enjoyed this power trip -- bye!
       * /
  

• **power()**函数在程序中出现了3次。首次出现是：

  • double power(double n, int p);				//ANSI函数原型
    

    • 这是power()函数的原型，它声明程序将使用一个名为power()的函数。开头的关键字double表明power()函数返回一个double类型的值。编译器要知道**power()函数返回值的类型，才能知道有多少字节的数据，以及如何解释它们。这就是为什么必须声明函数的原因。圆括号中的double n，int p表示power()**函数的两个参数类型。

• 第二次出现：

  • xpow = power(x,exp);						//函数调用
    

    • 程序调用power()，把两个值传递给它。该函数计算x的exp次幂，并把计算结果返回给主调函数。在主调函数中，返回值将被赋给变量xpow。

• 第三次出现：

  • double power(double n, int p)			  //函数定义
    

    • power()有两个形参，一个是double类型，一个是int类型，分别由变量n和变量p表示。

• 为什么在使用scanf()的返回值之前没有声明scanf()？为什么在定义中说明power()的返回类型为double，还要单独声明这个函数？

  • 编译器在程序中首次遇到power()时，需要知道power()的返回类型。此时，编译器尚未执行到power()的定义，并不知道函数定义中的返回类型是double。因此，必须通过前置声明预先说明函数的返回类型。前置声明告诉编译器，power()定义在别处，其返回类型为double。如果把power()函数的定义置于main()的文件顶部，就可以省略前置声明，因为编译器在执行到main()之前已经知道power()的所有信息。但是，这不是C的标准风格。因为**main()通常只提供整个程序的框架，做好把main()**放在所有函数定义的前面。另外，通常把函数放在其他文件中，所以前置声明必不可少。
  • stdio.h头文件中已经包含了scanf(),printf()和其他I/O函数的原型。