2.2 循环结构

在现实生活中，如果多次重复做同一件事情，往往会让人感到很懊恼。但在编程中大可不必如此，因为程序员对于计算机来说，就是扮演“上帝”的角色，程序员只需要负责设计规则，而苦的累的差事全部都由计算机来完成。在程序开发中，当需要重复执行同一段代码很多次的时候，可以使用循环结构来实现。

2.2.1 while语句

C语言有三种实现循环结构的语句，首先介绍的是while语句，语法格式为：

while语句的语法非常简单，只要表达式的值为真，那么就会不断执行循环体里边的语句或程序块。它的执行过程的流程图如图2-6所示。

下面通过分析两个例子给大家讲解while语句的用法。

例1：计算1+2+3+…+100的结果，程序流程图如图2-7所示。

程序实现结果如下：

代码分析：

（1）程序运行到while语句时，因为变量i初始化的值为1，所以i <= 100这个条件表达式的值为真，执行循环体的程序块；执行结束后变量i的值变为2，sum的值变为1。

（2）接下来会继续判断表达式i <= 100是否成立，因为此时变量i的值是2，所以条件表达式再次成立，继续执行循环体的程序块；执行结束后变量i的值变为3，sum的值变为3。

（3）重复执行步骤（2）。

（4）当循环进行到第100次，变量i的值变为101的时候，变量sum的值即为结果5050。此时i <= 100不再成立，退出循环，转而执行while循环体下边的代码。

例2：统计从键盘输入的一行英文句子的字符个数。

这里需要用到一个新的函数——getchar函数。

getchar函数的功能是从标准输入流（可以暂时理解为键盘）中获取字符。该函数没有参数，如果调用成功，返回获取的字符（用整型表示其ASCII码）；如果调用失败，返回值是EOF（通常被定义为-1）。

回忆一下，我们是按下回车键表示输入结束，所以这里判断是否继续循环的条件可以是“getchar() != '\n'”，程序流程图如图2-8所示。

程序实现如下：

2.2.2 do-while语句

除了通过while语句实现循环，C语言中还有一个叫do-while的语句，也是用于实现循环。do-while语句的语法格式为：

如果把while语句比喻为一个谨慎的人的话，那么do-while语句就是一个莽撞的人。while语句是先判断表达式，如果表达式结果为真，才执行循环体里边的内容；而do-while则相反，不管三七二十一，先执行循环体的内容再判断表达式是否为真。do-while语句执行过程的流程图如图2-9所示。

在有些情况下，这种先执行再判断的循环模式是很有用的。比如，编写一个需要验证用户密码的程序，只有密码正确才能继续执行。如果使用while语句实现，就要写两次让用户输入密码的代码，程序流程图如图2-10所示。而如果换成do-while语句，则只需要写一次，程序流程图如图2-11所示。

最后还有一点，如果不强调的话肯定一堆初学者会出错：do-while语句在while的后面一定要使用分号（;）表示该语句结束。

程序实现结果如下：

2.2.3 for语句

前面已经介绍了while语句和do-while语句，它们很相似，唯一区别就是条件判断的位置——while在入口处判断，do-while则在出口处判断，所以也把它们称为入口条件循环和出口条件循环，如图2-12所示。

观察图2-13，通常一个循环都将涉及以下三个动作。

（1）初始化计数器。

（2）判断循环条件是否满足。

（3）更新计数器。

对于while语句，这些动作是分散在三个不同的地方。如果能把它们都集中起来，那么后期无论是调试也好修改也罢，就便捷了许多，for语句应运而生。for语句的语法格式为：

三个表达式用分号隔开，其中：表达式1是循环初始化表达式；表达式2是循环条件表达式；表达式3是循环调整表达式。

图2-13的例子使用for语句就可以做以下修改：

程序实现如下：

这样一来，for语句将初始化计数器、循环条件判断、更新计数器三个动作组织到了一起，如果以后要修改循环的次数、每次递进的跨度或者循环结束条件，只需要在for语句后边的小括号内统一修改即可。

下面的程序用于判断某个数是否为素数。素数指在大于1的自然数中，除了1和此数自身外，无法被其他自然数整除的数。关于素数的求法有很多，这里采用比较常规的方式：迭代测试从2到num/2的所有整数是否能被整除（num为待测试的整数），如果没有出现能被整除的整数，那么它就是素数。

代码如下：

程序实现如下：

2.2.4 灵活的for语句

for语句也可以“偷懒”，其中的表达式1、表达式2和表达式3可以按照需要进行省略（但分号不能省）。

比如2.2.3节中循环判断素数的代码，就有以下三种“偷懒”的方式。

（1）“偷懒”大法1：for(;表达式2;表达式3)。

（2）“偷懒”大法2：for(表达式1;表达式2;)。

（3）“偷懒”大法3：for(;表达式2;)。

除此之外，C语言还允许for语句的三个表达式均不写（但需要写两个分号），for(; ;)的作用就相当于while(1)。

另外，表达式1和表达式3可以是一个简单的表达式，也可以包含多个表达式，只需使用逗号将各个表达式分开即可。请看下面例子：

程序实现如下：

最后提一下C99的新标准：C99允许在for语句的表达式1中定义变量。

程序实现如下：

增加这个新特性的原因主要是考虑到循环通常需要一个计数器，而这个计数器出了循环就没什么用了。所以在表达式1的位置定义的变量，活动范围仅限于循环中，出了循环，它就无效了，下面的例子证实了这一点。

试图在循环外使用表达式1定义的变量，会导致错误：

2.2.5 循环结构的嵌套

循环结构跟分支结构一样，也可以被嵌套。对于嵌套的循环结构，执行顺序是从内到外，也就是先执行内层循环，再执行外层循环。

请看下面例子：

程序实现如下：

从变量i和变量j的变化中可以观察到，这是一个3×3的循环，每执行三次内循环，执行一次外循环。

趁热打铁，下面例子打印一个九九乘法表，如图2-14所示。

由图2-14可以看出，乘号左边的数决定了该行有多少列，所以乘号左边的数可以作为外层循环的变量，而右边的数作为内层循环的变量。另外，外层循环每执行一次，需要添加一个换行符。

代码如下：

程序实现如下：

一般来说，在进入循环体之后，需要先执行完循环体的所有内容，再执行下次循环的条件判断。但是有些时候，希望可以中途退出循环，或跳过一些语句。下一节就来讲解两个循环的辅助语句，它们是循环的“左膀右臂”，没有了它们，循环虽然可以执行，但就没那么灵活了。

2.2.6 break语句

第一个要讲的是break语句。在讲解switch语句的时候，我们说switch语句在执行完匹配的case语句后，并不会自动结束，而是一直往下执行，所以就需要使用break语句让它跳出来。

在循环体中，如果想要让程序中途跳出循环，那么同样可以使用break语句来实现。执行break语句，就可以直接跳出循环体。2.2.3节讲了一个用于判断某个数是否为素数的程序，为了讲解方便，此处重新给出：

请问，如果输入的这个num是10，那么需要执行多少次循环？10 / 2=5，也就是i小于5的情况下都会执行循环体的内容，那么初始化i=2，然后每执行一次，循环i加1，所以i依次为2、3、4的时候执行循环体的内容，所以总共执行了3次。那如果num是100000，应该就要执行49998次循环；如果是1×108，那就要99999998次循环。

但是，我们都知道1亿是肯定能被2整除的，所以后边的99999997次循环完全没有意义！因为某个数只要能够被1和本身之外的任何数整除，那它就一定不是素数。在这种情况下，只需要添加一个break语句，就可以使程序的效率提高很多。因为之后测试的数据会比较大（1×108），所以这里声明变量用long long类型，对应的scanf函数和printf函数要将格式化占位符修改为%lld，代码如下：

最后有一点需要注意的是：对于嵌套循环来说，break语句只负责跳出所在的那一层循环，要跳出外层循环则需要再布置一个break语句才行。下面举个例子：

程序实现如下：

如果要让程序在符合j == 3这个条件的时候，立刻退出整个循环体，那么就需要在外层再布置一个break语句：

2.2.7 continue语句

还有一种情况是，当满足某个条件的时候，跳过本轮循环的内容，直接开始下一轮循环，这时应该使用continue语句。当执行到continue语句的时候，循环体的剩余部分将被忽略，直接进入下一轮循环。请看下面例子：

程序实现如下：

第二行是我们输入的内容，第三行是程序输出的内容，当检查到ch存放的值是大写字母'C'的ASCII码时，程序当作什么也没看到，直接忽略了。

对于嵌套循环来说，continue语句跟break语句是一样的：它们都只能作用于一层循环体。

C语言的语法虽然看似简单、朴素，但千万不要因为它简单就小瞧他。正是因为简单，它的灵活性才能被无限地利用和放大。当然也因为简单，很多潜伏的“陷阱”初学者根本毫无察觉，举个例子，很多人认为for语句和while语句完全等价，随时都可以互换，事实上只要稍不留神，问题就出现了。请看下面代码：

如果将上面代码中的for语句改成while语句，有些读者可能会这样改：

看起来似乎没有什么问题，但是程序执行起来却是死循环，电脑进入“发烧状态”。

这是怎么回事呢？因为for语句和while语句执行过程是有区别的，它们的区别在于：在for语句中，continue语句跳过循环的剩余部分，直接回到调整部分；在while语句中，调整部分是循环体的一部分，因此continue语句会把它也跳过。