1、C语言程序设计教程 （第2版）,第5章 循环结构,第5章 循环结构,本章主要内容 1. for循环语句结构 2. while循环语句结构 3. do-while循环结构 4. break和continue语句的作用 5. 循环结构的嵌套 6. 案例分析,循环就是重复地执行某些语句。 程序中的循环次数是有限的，由循环条件决定可以确定循环次数。 C语言提供了3种循环结构语句： for语句 while语句 do_while语句,for语句是一种计数循环。循环次数由循环变量来控制。 for语句的一般形式：,for(表达式1;表达式2;表达式3)循环体语句,执行流程：,5.1 for语句,1.先求解表达
2、式1； 2.求解表达式2，若其值为真(非0)，则执行循环体的内容，然后执行第3步。若为假(0)，则结束循环，执行for语句下面一条语句。 3.若表达式为真，执行指定的语句后，求解表达式3。 4.返回第2步执行。,此处无;, for语句的常用形式为：for (;) for语句的3个重要的组成部分：1初始表达式初始化循环控制变量。2条件表达式测试循环条件。3循环表达式更新循环控制变量的值。,for语句的语法功能： 1计算的值。该表达式是对循环控制变量进行初始化。 2判断的值。该表达式就是循环条件，若该表达式的值为“假”，则退出循环，执行循环结构外的语句；若该表达式的值为“真”，则执行。 3计算的值
3、。该表达式更新循环控制变量的值。 4转第2步。,for语句的流程图：注意： 若中有多条语句，则构成复合语句，被包含在一对花括号中。 若只有一条，可以不使用花括号。,例1：编写程序，求几何级数 之和： 分析： 该数学表达式为求123100之和。 设：sum为级数的和（初值为零）；i为循环变量；将i从1按步长为1增加到100，循环计算：sum=sum+i；求得该级数的和。,main( ) int i,sum;sum=0;for(i=1;i=100;i+)sum+=i;printf(“1+2+100=%d“,sum); , for语句所具有的特性： 1可以省略，但须保留分号（;），同时在for之前必
4、须给循环控制变量赋值，形式为：;for（;）2一般不可省略，否则为无限循环。 例如：for（i=1; i+）sum =sum+i; 相当于条件总为真，程序会一直不停地执行直到“数据溢出”。,例：main( ) int i=0;for(;i10;i+)putchar(a+i);,#include main() char c;for( ; (c=getchar( )!=n; )printf(“%cn“,c);,例：main( ) int i,sum=0;for(i=1; ;i+)sum=sum+i;printf(“sum=%dn”,sum);,此循环构成了一个死循环,即一直累加下去直至越界出错.,
5、解决的方法是:在循环体内增加一个break语句(待后介绍).,3亦可省略，但在循环语句体中必须有语句来修改循环变量，以使条件表达式的值在某一时刻为假，使程序能正常结束循环。例如： for(sum=0, i=1; i=100;) sum = sum +i;i+; 43个表达式均省略，即for(;)，为无限循环，程序中要尽量避免这种情况的发生。,例： main( ) int i,sum=0;for(i=1;i=100; )sum+=i;i+;printf(“%d“,sum); ,此时由于省略表达式3，循环变量没有增值，循环易出现死循环。 解决的方法是在循环体内加一条使得循环变量增值的语句（如本例中
6、的“i+”),例： main( ) int i,sum=0;i=1;for( ;i=100; )sum+=i;i+;printf(“%d“,sum); ,此时由于省略表达式1和3，只给出循环条件，此时的for语句就完全等同于后面要讲的while语句。,例： main( ) int i,sum=0;i=1;for( ; ; )sum+=i;i+;if(i100) break;printf(“%d“,sum); ,三个表达式均省略，此时的执行过程是不设初值，不判断条件（将表达2的值看成“真”。,5条件表达式可以是关系表达式、数值表达式。只要表达式的值不等于零，就执行循环体语句。如：for( i=0
7、; (c=getchar()!=n;i+=c); 6初始表达式、循环表达式可以是逗号表达式，用来完成逗号表达式中各表达式的功能。 例如：for (sum=0, i=1; i=100; i+, i+) 相当于：sum=0;for(i=1; i=100; i=i+2) 7for循环也可以嵌套，执行时是先执行最里层的循环，再执行其外一层的循环。,8.for语句中表达式1可以是用来设置循环变量初值的赋值表达式,也可以是与循环变量无关的其它表达式。如:注意以上两者在用法上的区别,main( ) int i,sum=0;for(i=1;i=100;i+)sum+=i;printf(“%d“,sum); ,
8、main( ) int i=1,sum;for(sum=0;i=100;i+)sum+=i;printf(“%d“,sum); ,9.表达式1、表达式3可以是一个简单的表达式,也可以是逗号表达式.,main() int i,j,k;for(i=0,j=5;i=j;i+,j-) k=i+j;printf(“%d+%d=%dn“,i,j,k); ,表达式 1、3为逗号表达式,执行过程: 第一次循环:i=0,j=5k=5, 输出:0+5=5 第二次循环:i=1,j=4k=5, 输出:1+4=5 第三次循环:i=2,j=3k=5, 输出:2+3=5 第四次循环:i=3,j=2 条件不满足退出循环,10
9、. 表达式2一般是关系表达式或逻辑表达式,但也可以是数值表达式或字符表达式,只要其值为非零,就执行循环体.,#include main() char c;for( ; (c=getchar( )!=n; )printf(“%cn“,c);,执行过程:从键盘输入一个字符赋给变量c, 然后判断输入的字符是否为n,如果不是就执行循环体. 程序功能:不断输入字符并将其输出,直到输入一个回车换行符(n)为止.,for语句中 的循环体省略的情形,例: #include main( ) int i; for(i=0;i10;putchar(a+i),i+);,例2：编写程序，从键盘输入两个不等于零的正整数a
10、、b（ab），求它们之间的几何级数的和，数学表达式为 ： 分析：所求级数和的初值和终值由键盘任意输入；题目要求初值ab，并且a0，b0；如果ab，或者输入的值为负数，则程序提示输入错误，不进行任何计算，直接退出程序。,程序流程图如右： 思考： 该算法的缺点； 设计更好的算法。 假如输入的数可以为任意整数，如果ab，计算 ；如果ab，则计算 。请设计算法并编写程序验证。,例3：编写一个可以为小学生提供加法、减法和乘法的二元算术运算练习的程序，计算100以内的两个数的和、两个数的差和两个数得的积，每次测试10 个题目，依次由学生输入答案，并由计算机判断输入的答案是否正确，最后由计算机给出简单评价。
11、 分析： 根据题意，组成算术表达式的操作符有3种形式：+、*，分别用1、2、3来代表。 用ops表示操作符，a，b分别代表两个操作数； a，b和ops由计算机随机生成，并计算表达式的值result ； 用户输入表达式的结果input； 将input与result进行比较； 通过比较的结果，给出对计算结果的评价。,程序算法流程图如图所示： 程序特别处理：如果(ab)，计算(ab)；否则计算(ba)。 思考： 1如果每次测试的题目不止10个，需要怎样修改算法和程序？ 2如果要求程序在结束了一组测试之后，可以继续进行测试，需要怎样修改算法和程序？ 3如果要加入两位数的除法计算，需要怎样修改算法和程序
12、？,例：一球从100米高度自由落下，每次落地后反跳回原高度的一半;再落下，求它在第10次落地时，共经过多少米？第10次反弹多高？ 程序分析：球从第一次落地到第二次落地经过了第一次高度一半的两倍（上抛和下落）， 共经过了100+50*2米，将此结果存放在sn变量中；，第n次落地，共经过前n-1次的路程加上第n-1次高度一半的两倍。这样每次的高度存放在hn变量中，经过的路程存放在sn变量中。 程序清单如下:,main() float sn=100.0,hn=sn/2; int n; for(n=2;n=10;n+) sn=sn+2*hn; /*第n次落地时共经过的米数*/ hn=hn/2; /*第
13、n次反跳高度*/ printf(“the total of road is %fn“,sn); printf(“the tenth is %f metern“,hn);,程序分析：本数列分子与分母的变化规律为：后项分母为前项的分子，后项分子为前项的分子分母之和。假设用a代表分子,用b代表分母 ,用s存放和.则核心代码为： s=s+a/b; t=a;a=a+b;b=t; /*这部分是程序的关键，请注意t的作用*/ ,例: 有一分数序列：2/1，3/2，5/3，8/5，13/8，21/13.求出这个数列的前20项之和。,完整的程序清单如下:,main() int n; float a=2,b=1,
14、s=0,t; for(n=1;n=20;n+) s=s+a/b; t=a;a=a+b;b=t; /*这部分是程序的关键，请注意t的作用*/ printf(“sum is %fn“,s); ,程序分析：我们用变量n计数，并与变量t（注意赋初值为1）累乘后结果再放在此变量中，这样变量t中为n!，再将变量t中的值累加至变量s中。,例:求1+2!+3!+.+20!的和,完整的程序清单如右:,main() float n,s=0,t=1; for(n=1;n=20;n+) t=t*n;s+=t; printf(“t=%en”,s); ,程序分析：在10万以内判断,先将该数加上100后再开方,再将该数加上
15、168后再开方,如果开方后的结果满足如下条件:该数的平方根的平方等于该数,这说明此数是一个完全平方数,就是所要求的数,例:一个整数,它加上100后是一个完全平方数,再加上168又是一个完全平方数,请问该数是多少?,完整的程序清单如右:,#include “math.h” main() long int i,x,y,z; for(i=1;i100000;i+) x=sqrt(i+100);y=sqrt(i+100+168); if(x*x=i+100 ,例:打印出所有的“水仙花数”，所谓“水仙花数”是指一个三位数，其各位数字立方和等于该数本身。例如：153是一个“水仙花数”,因为153=1的三次
16、方5的三次方3的三次方。,编程方法： “枚举法”按问题本身的性质，一一列举出该问题所有可能的解，并在逐一列举的过程中，检验每个可能解是否是问题的真正解，若是，我们采纳这个解，否则抛弃它。对于所列举的值，既不能遗漏也不能重复。,main() int i,j,k,n; printf(“water flowernumber is:“); for(n=100;n1000;n+) i=n/100; /*分解出百位*/ j=n%100/10; /*分解出十位*/ k=n%10; /*分解出个位*/ if(i*100+j*10+k=i*i*i+j*j*j+k*k*k) printf(“%-5d“,n); ,
17、5.2 while语句,while语句的一般形式为：while（）循环语句；循环变量表达式； 和一起构成循环体语句。 while语句的语法功能： 1计算的值，若该值为“假”，则跳出循环，执行循环体后面的语句；若该值为“真”，则执行循环体语句。 2重复步骤1的操作。 while语句的流程图如图所示:,关于while语句的几点说明。 1不可缺少，其作用是更新计算循环变量的值，使循环能正常结束。 2若没有，则有可能会使程序出现无限循环而发生错误。 3由于while循环是先判断的值，后决定是否执行，因此，有可能一次也没有执行。,#include main() int i,sum=0; i=1;whil
18、e(i=100) sum=sum+i;i+;printf(“%d“,sum); ,上述程序段的功能是:计算1+2+3+100的和,例 :显示110的平方,#include main() int i=1;while(i=10) printf(“%d*%d=%dn“,i,i,i*i);i+; ,运行结果： 1*1=1 2*2=4 3*3=9 4*4=16 5*5=25 6*6=36 7*7=49 8*8=64 9*9=81 10*10=100,例6：编写程序，从键盘输入一个正整数n，求n!。 分析：n!=n*(n1)*(n2)*2*1（约定：n0，0!=1）计算机在计算阶乘时，是从1开始计算直到n
19、为止。用i代表循环变量，s代表n!的结果值，则循环计算表达式：s=s*i，即可求得n！。 算法流程图如图所示。,程序清单如下：,main() int n,i;long s;scanf(“ ,程序运行结果: 5 5！=120,例7：编写程序，统计从键盘输入的字符个数（回车换行符也是一个字符），当遇到结束标志时程序结束。 分析：关键是循环计数。设置一个累加器count（初值为0），每次从键盘输入一个字符，只要该字符的值不等于结束标志，累加器的值就增1：count=count+1； 算法流程图如图所示。,#include main() char ch;unsigned count=0;while(c
20、h=getchar()!=n)count=count+1;printf(“count=%un“,count);getch();,若是课本上的程序，则运行如下: Hello,world后按下ctrl+z后再按回车换行 count=11,程序运行情况如下: Hello,world count=11,【例5-8】 编写程序，进行学生某门课程成绩的分类统计。从键盘输入每位学生的成绩等级，以大小写的A、B、C、D和E表示成绩等级，A为最高，D为最低。统计出总人数及各成绩段的人数，忽略回车键和空格键，以EOF作为输入结束。,#include main() int grade,total=0,errtota
21、l=0,ecount=0;int acount=0,bcount=0,ccount=0,dcount=0;while(grade=getchar()!=EOF)switch(grade) case A:case a:+acount;+total;break;case B:case b:+bcount;+total;break;case C:case c:+ccount;+total;break;case D:case d:+dcount;+total;break;case E:case e:+ecount;+total;break;case n:case :break;default:prin
22、tf(“输入有错,请重新输入?“);+errtotal;break;printf(“n有效输入次数：%d,无效输入次数:%dn“,total,errtotal);printf(“ukn w ovt ：%d,成绩分布如下:n“,total);printf(“A级tB级tC级tD级tE级n“);printf(“%d人t%d人t%d人t%d人t%d人n“,acount,bcount,ccount,dcount,ecount);getch();,程序运行情况见课本,例1：分析下列程序段的循环次数,i=1; while (i=100) putchar(*); i+;,i=1; while (i=100)
23、 putchar(*); i+; ,循环体执行无限次,共执行100次,while循环的特点：先判断表达式，后执行循环体 说明： while循环的循环体语句有可能一次也不执行 (为什么?举例说明) 循环体语句可为任意类型合法语句.当然也可以为前面讲过的if语句、switch语句，甚至可以为一循环语句（后面要讲到的循环的嵌套）。当条件成立时需要执行的语句不止一个时，就要用 括起来构成一复合语句。,例：猴子吃桃问题。猴子第一天摘下若干个桃子，当即吃了一半，还不过瘾，又多吃了一个。每二天早上又将剩下的桃子吃掉一半后又多吃了一个。以后每天早上都是吃了前天剩下的一半零一个。到第十天时，见只剩下一个桃子了。
24、问第一天猴子共摘了多少个桃子？,这里采用逆向思维的方法分析：设第十天的桃子数为x10=1，则第九天的桃子数为x9=(x10+1)*2;第八天的桃子数为x8=(x9+1)*2;如此进行下去，直到第一天为止。程序清单如下：,main() int day,x1,x2;day=9;x2=1;while(day0) x1=(x2+1)*2;x2=x1;day-; printf(“the total is %dn”,x1;); ,这里用x2表示当天的桃子数，用x1表示前一天的桃子数。从第十天开始往前计算，直到第一天为止。 前一天的桃子数是第二天的桃子数加1后的2倍。,运行情况如下： the total i
25、s 1534,5.3 do-while语句,do_while语句的一般形式为：do while(); do_while语句的语法功能： 1执行， 2计算；若该表达式的值为“真”，则执行步骤1；若该表达式的值为“假”，则退出循环语句结构。 do_while语句的流程图如图所示 注意：要避免出现无限循环而发生错误。,5.3 do-while语句,集中循环的特点比较： do_while与while和for循环的区别：do_while循环中的至少会执行一次；而while和for循环中的有可能一次也不被执行。 for循环和while循环的算法流程图描述是一致的。 for循环适合于循环次数确定的情况。 对
26、大多数问题，do_while、while和for循环是可以互换的。,5.3 do-while语句,例9：求几何级数的和：用do_while语句的形式实现。 分析：循环变量i的值从1100递增，i的初值为1、终值为100，累加器sum的初值为0循环计算：sum=sum+i。 算法流程图如图所示。程序：exam5_9.c,5.3 do-while语句,例10：编写程序，从键盘输入x的值，求 ，直到最后一项绝对值小于le7（即107）为止（注：x为弧度值）。 分析：关键是对多项式进行分解计算。 第1项为x； 从第2项开始，每一项都是前一项乘以一个因子：(n=3,5,7,9) 用s代表sin x的值，
27、s的初值为0；用t代表每一项的值，t的初值为x；从第2项开始，后面每1项的值为： (n=3,5,7,9) 循环计算表达式：s=s+t；直到t的值满足精度要求为止。,5.3 do-while语句,算法流程图如图所示。程序： example5_10.c 思考： 程序怎样控制计算的精度？ 可否用while和for循环来实现？ 其他算法。,5.4 用于循环中的break语句和continue语句,1break语句 break语句可用于分支结构和循环语句结构。 break语句的作用：跳出当前的控制结构。 在循环语句中，要谨慎使用break语句。常用于循环语句体内某一个if条件分支的语句中，用来表示在循环
28、过程中满足某一条件时，结束循环。,5.4 用于循环中的break语句和continue语句,例11：编写程序，求圆面积在100平方米为以内的半径，输出所有满足条件的半径值和圆面积的值，并输出第1个大于100的圆半径和圆面积。 分析：计算圆面积的表达式为：r2。 依次取半径为1，2，3，循环计算圆的面积area； 当area100时结束。 算法流程图如图所示，外层虚线框为循环结构，内层虚线框为if结构。 程序： example5_11,5.4 用于循环中的break语句和continue语句,循环结构中若采用了break语句，其算法结构属于非结构化的设计。 用于结束当前循环语句的break语句都
29、可以修改成不使用break语句的形式。 应尽量避免使用break语句，满足结构化的要求。 思考：怎样修改例11的程序，使其成为结构化的程序。,提示,5.4 用于循环中的break语句和continue语句,2continue语句 continue语句的一般形式为：continue; continue的语法规则：结束本次循环，提前进入下一轮循环。 注意： continue语句不会跳出循环结构，而是提前进行下一个循环。 while语句和do_while语句遇到continue时，程序会立刻转到条件表达式，开始下一轮循环；而在for语句中遇到continue时，程序会立刻转到循环表达式，更新循环变量
30、，开始下一轮循环。,5.4 用于循环中的break语句和continue语句,例12：编写程序，输出在50100中不能被3整除的数。 分析：对任意正整数n，若n%30，则输出该数n；如果n%30，则不输出该数n。 算法流程图如图所示： 程序：example5_12.c 思考： 不使用continue语句，怎样修改程序？,5.4 用于循环中的break语句和continue语句,continue语句同break语句一样，也有可能会破坏程序的结构化，使程序成为非结构化的程序，因此，应当尽量避免使用continue语句。,提示,5.4 用于循环中的break语句和continue语句,例13：编写程
31、序，循环地从键盘输入整数，计算并输出数的个数、总和以及算术平均值，若输入了数字0，则不计入总数，以结束标志作为输入的结束。 分析：假设从键盘输入的整数为n，数据的个数为count，数据的总和为sum，算术平均值为average。 如果n=0，则计数count的值不增加，不计入总和； 否则count的值增1，总合sum=sum+n。 最后的算术平均值为average=sum/n。 算法流程图如图所示： 程序：example5_ 13.c 思考： 不使用continue语句，怎样修改程序？,5.4 用于循环中的break语句和continue语句,比较break语句和continue语句的区别：
32、例14：阅读程序： example5_14.c 和example5_14a.c。比较break语句和continue语句在程序中的区别。 注意：为确保算法的结构化，清尽量不用或少用break和continue语句。,5.5 循环结构的嵌套,循环结构的嵌套，指的是在某一种循环结构的语句中包含有另一个循环结构。 理论上，循环嵌套的深度不受限制，但实际中不提倡使用嵌套层次太多的循环结构。 循环结构嵌套时，要注意：嵌套的层次不能交叉； 嵌套的内外层循环不能使用同名的循环变量；并列结构的内外层循环允许使用同名的循环变量。,5.5 循环结构的嵌套,例15：编写程序，在屏幕上输出阶梯形式的乘法口诀表。 分析
33、；乘法口诀表可以由9行9列来表示，其中第i行有i列。 利用循环嵌套，算法流程图如图所示： 程序： example5_15.c,例3：编写程序，从键盘输入m和n的值，用符号“*”在屏幕上打印出如下所示具有m行n列的矩形图案。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *,分析：图案有规律，共有m行，每行有n个*号。可采用循环嵌套的方式：第1层(外层)控制行数，用i来表示，输出m行“*” ；第2层(内层)控制列数，用j来表
34、示，输出n列“*” 。,5.1 for语句,算法流程图如图所示：虚线框内是内层循环，用来输出每一行的n个*号。 程序： example5_3.c 思考：怎样利用for循环的嵌套，输出更多有规律的平面图案。 关键：找出图案的规律。,5.6 goto语句,goto语句是一种无条件转向语句，可以用在程序的任何地方。 goto语句的一般形式为：goto ; goto语句的作用：转到标号语句所在的地方继续执行。 说明： 为任何合法的标识符； 放在某个语句前面并加上冒号“:”作为语句的标号； 只对goto 语句有意义，带有标号的语句被称作标号语句。 例如：error:、end:、exp:等均为合法的语句的
35、标号。,5.6 goto语句, goto语句是一种非结构化的语句。 goto语句会破坏结构化程序的逻辑结构，严重时会造成程序错误，因此，在程序设计中应尽量少用或不用goto语句。 goto语句常用于在深层嵌套的情况下从里层完全退出到嵌套的最外层。,特别提示,如：for() for()for();if (mistake)goto error; ; error: ;,5.6 goto语句,例16：阅读【例5-16】，用 goto语句计算简单几何级数的和。回顾该问题的其他解决方案。例17：编写程序，输出40以内的能同时被3和4整除的数。 分别给出两种算法： 使用goto语句。,5.6 goto语句,
36、算法流程图：,算法为非结构化的,或：,程序：example5_17.c,5.6 goto语句,不使用goto语句来实现。 算法流程图： 程序： example5_18.c 比较例5-17和例5-18的算法。 思考结构化算法的思想。,5.7 程 序 范 例,【例5-19】 编写程序，输出ASC序列中从33127（十进制）的字符对照表。 算法核心：简单的循环输出。【例5-20】 设公鸡每只5元，母鸡每只3元，小鸡每元3只，现用100元钱买100只鸡，编写一个程序，算出可以各买多少只鸡？ 算法核心：循环嵌套。,5.7 程 序 范 例,【例5-21】 编写程序，在屏幕上输出下面的结果，输出数据的行数通
37、过键盘输入，要求在520行之间。3 5 7 96 8 10 129 11 13 1512 14 16 1815 17 19 21 算法核心：分析输出数据的规律，简单循环结构。,5.7 程 序 范 例,【例5-22】 输出如图5-19所示的图案，图案的最大宽度值（水平方向*号的个数）由键盘输入。要求最大的宽度值必须为奇数。 算法核心：分析输出数据的规律，用循环嵌套。,5.8 本 章 小 结,1.主要讨论了3种循环语句：for、while和do_while循环。 2.了解了break 语句、 continue 语句和goto语句的作用。 3.3种循环可互相嵌套以构成各种混合嵌套结构。 4.while循环和for循环都要先判断条件再执行循环体语句，因此，有可能一次也不执行循环体语句，而do_while循环不论怎样都会先执行一次循环体语句。 5.使用循环结构时要注意避免以下几个方面的问题。循环体语句为复合语句，但没有使用花括号。程序发生无限循环。混淆break 语句与continue语句的功能。,本 章 习 题,一、填空题。【题5.1】【题5.10】 二、单选题。【题5.11】【题5.18】 三、编程题。【题5.22】 【题5.23】 【题5.26】 【题5.227】 【题5.29】 【题5.39】 【题5.43】附加：编写程序输出下面7种图案。,
