第5章循环结构程序设计

循环结构程序设计

第 5章循环结构程序设计

循环结构概述 goto 语句及用 goto 语句构成循环三种循环 while 、 do-while 、for 循环的嵌套几种循环的比较 Break 语句和 continue 语句程序举例


5.0 循环结构导入在程序设计中含有循环结构的问题是大量存在的对输入的 10 个整数求和，怎么编程？对输入的 100 个整数求和，怎么编程？

以上问题可以引出一个概念“循环”，简单而言：循环就是不断反复地执行同一

段程序。


5.1 概述

C 语言可实现的循环：• 用 goto 和 if 构成循环• while 语句• do ~ while 语句• for 语句

不提倡

当型循环——先判断后执行

直到型循环——先执行后判断

多功能


5.2 goto 语句及用 goto 语句构成循环一般形式：

语句标号：语句 ….….. goto 语句标号；

1. 功能是无条件转到语句标号处。2. 用途：• 与 if 语句一起构成循环结构；• 从循环体中跳到循环体外。3. 因为滥用 goto 语句会破坏结构化，所以应限制使用。

说明：

语句标号：1. 用于定义程序中的某个位置。2. 用标识符表示，开头不能是数字。如： goto 3t; 错误 goto t3; 正确3. 只能加在可执行语句前面。


5.2 goto 语句及用 goto 语句构成循环用 if 语句和 goto 语句构成循环

100

1k

ksum例 1 计算

#include <stdio.h>main( ){ int i,sum=0; i=1;loop: if(i<=100) { sum+=i;

i++; goto loop;

} printf("%d",sum);}

sum=sum+1=1sum=sum+2=3sum=sum+3=6sum=sum+4=10……sum=sum+100=5050

循环初值

循环终值循环变量增值

循环条件

循环体

分析：这是一个累加求和的问题 sum=1+2+3+…+100


用 while 语句实现当型循环

表达式

循环体

当表达式的值为真（非 0 ）时，执行其中的内嵌语句（循环体），然后回过头来再判断表达式的值，如此重复；当表达式为假（ 0 ）时结束循环。

5.3 while 语句一般形式：while( 表达式 )

循环体语句

表达式

循环体

假 (0)

真 ( 非0)

执行过程：先判断表达式，后执行循环体。


循环控制表达式

循环控制变量循环体

注意：• 循环体有可能一次也不执行。• 循环前，必须给循环控制变量赋初值。• 若循环体包含一条以上的语句，应以复合语句形式出现。• 循环体中，必须有改变循环控制变量值的语句（使循环趋向结束的语句）。 • 无限循环 : while(1) 循环体 ;• 循环体为空如： while((c=getchar())!='A'); 从键盘输入字符直到输入 A 为止等价于 : c=getchar( ); while (c!='A')c=getchar( );

5.3 while 语句一般形式：while( 表达式 )

循环体语句

例如： k=1;s=0;

while ( k<=100){s=s+k;k++;}


分析：累加求和的问题

s=1+2+3+…+100

s=0

s=s+1

s=s+2

s=s+3

……

和的新值

s=s+k

和的当前值

求和项当前值

100

1k

kS例 1 用 while 语句计算

#include <stdio.h>main( ){ int k,s; s=0;k=1; while(k<=100) { s=s+k; k++; } printf("s=%d",s);}

注意： s 、 k 的初值及位置

s=0 , k=1

当 k≤100

s=s+k k=k+1


用 do-while 语句实现直到型循环

执行循环体，当表达式的值为真（非 0 ）时，再次执行循环体，如此重复；当表达式为假（ 0 ）时结束循环。

5.4 do-while 语句一般形式：do

循环体语句while( 表达式 );

表达式

循环体

假 (0)

真 ( 非0)

执行过程：

先执行循环体，后判断表达式。循环体至少执行一次。do-while 语句可转化成while 语句。

表达式循环体

; 不可省略！

切记！！


100

1k

kS例 1 用 do-while 语句计算


#include <stdio.h>main( ){ int k,s; s=0;k=1; do { s= s+k; k++; }while(k<=100); printf("s=%d",s);}

s=0, k=1

s=s+k k=k+1

当 k<=100

先判后做先判后做

先做后判先做后判


适合于循环次数确定或不定

5.5 for 语句一般形式：

执行过程：

for( 表达式 1; 表达式 2; 表达式3) 循环体语句

求解表达式 1

循环体语句

求解表达式 3

下一语句

表达式 2

真 ( 非 0)

假 (0)

说明：•表达式 1 在进入循环之前求解（循环变量赋初值）•for 语句可转化成 while 语句。


5.5 for 语句

最简单的应用形式：

for( 循环变量赋初值 ; 循环条件 ; 循环变量增值 ) 循环体语句

例如：for(i=1;i<=100;i++) sum+=i;

一般形式：for( 表达式 1; 表达式 2; 表达式3) 循环体语句


for （表达式 1 ; 表达式 2 ; 表达式 3 ）

循环体语句

这个分号不能移走表达式 1

表达式 3 可以移到循环体语句的后边这个分号

不能丢掉

表达式 2 为空，则不判断循环条件，成无限循环

{

表达式 3 ；

}

for 循环的其他形式：


1. 表达式 1 省略时，应在 for 前给循环变量赋初值。如： k=1 ； for （ ; k<=3; k++ ） s=s+k;

2. 表达式 2 省略时，不判断循环条件，将成为 “死循环”，需要在循环体中引入 break 语句以退出循环

3. 表达式 3 省略时，循环体内应有使循环条件改变的语句。如： for （ k=1;k<=3; ） { s=s+k;

k++;

}

for 循环的说明：


4. 同时省略表达式 1 和表达式 3 ，只有表达式 2 ，此时相当于while 语句。如 k=1 ； for （； k<=100; )

{ s=s+k;

k++;

}

k=1 ；while (k<=100)

{s=s+k;

k++;

}

for 循环的说明：

5. 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，只要其值不等于 0 就执行循环体。如： for （ k=1;k-4;k++ ） s=s+k;

仅当 k 的值等于 4 时终止循环。 k-4 是数值表达式。


100

1k

kS例 1 用 for 语句计算


#include <stdio.h>main( ){ int k,s; s=0;k=1; do { s= s+k; k++; }while(k<=100); printf("s=%d",s);}

先判后做先判后做先做后判先做后判

#include <stdio.h>main( ){ int k,s; s=0; for(k=1;k<=100;k++) s=s+k; printf("s=%d",s);}


5.6 循环的嵌套1. 一个循环体内包含着另一个完整的循环结构，就称为嵌套循环。 2. 内嵌的循环中又可以嵌套循环，从而构成多重循环。3. 三种循环可以相互嵌套。下面几种都是合法的嵌套形式：(1) while( ) { …… while() { …… } …... }

(4) while( ) { …… do { …… }while( ); ……. }

(5) for( ; ;) { …… while() { …… } …...}

(3) for( ) { …… for(; ;) { …… } ……. }

(6) do { …… for(; ;) { …… } …... }while( );

(2) do { …… do { …… }while( ); …... }while( );


1. 嵌套的循环控制变量不应同名，以免造成混乱。2. 内循环变化快，外循环变化慢。例如： for(i=1;i<=9;i++)

{ for(j=1;j<=i;j++)

printf("%1d*%1d=%2d ",i,j,i*j);

printf("\n");

}

3. 正确确定循环体。4. 循环控制变量与求解的问题挂钩。

循环嵌套的说明：


分析：•用三重循环的循环控制变量分别表示百位数、十位数和个位数

•百位数 i 取值 1~2

•十位数 j 取值 0~9

•个位数 k 取值 2~9

• n=100*i+10*j+k

m=100*k+10*j+i

•若 m>2*n 并 m<3*n

则 n 为满足条件的三位数

例 2 试找出满足下列条件的所有的三位数 ①其百位数不大于 2 ； ②若将个位与百位对换，得到的三位数是原三位数的两倍多。

main( ){ int i,j,k,n,m,s=0; for(i=1;i<=2;i++) for(j=0;j<=9;j++) for(k=2;k<=9;k++) { n=100*i+10*j+k; m=100*k+10*j+i; if(m>2*n &&m<3*n)

{ s++; printf("%d ",n); if(s%10==0)printf("\n"); } } }


例 2 试找出满足下列条件的所有的三位数 ①其百位数不大于 2 ； ②若将个位与百位对换，得到的三位数是原三位数的两倍多。

分析：•用一重循环的循环控制变量 i表示原来的三位数 i=101~299

•百位数 n1=i/100

•十位数 n2=(i-n1*100)/10

•个位数 n3=i-100*n1-10*n2

• m=100*n3+10*n2+n1

•若 m>2*i 并 m<3*i

则 i 为满足条件的三位数

main( ){ int i,n1,n2,n3,m,s=0; for(i=101;i<=299;i++) { n1=i/100; n2=(i-n1*100)/10; n3=i-100*n1-10*n2; m=100*n3+10*n2+n1; if(m>2*i&&m<3*i) { s++; printf("%d ",i); if(s%10==0)printf("\n"); } } }


5.7 几种循环的比较

while( 表达式 ) 循环体语句

do 循环体语句while( 表达式 );

for( 表达式 1; 表达式 2; 表达式3;) 循环体语句

循环控制条件也可在循环体内

改变循环控制变量值

1. 不提倡用 goto 构成循环。2. 关于循环的控制：

循环控制变量初始化

也可在 for前


5.7 几种循环的比较3. 一种循环可以解决的问题，使用另外两种同样可行，

只是方便程度不同。4. while 循环一般用于循环次数不定的情况， for 循环一

般用于循环次数确定的情况 ( 也可以用于循环次数不定的情况 ) ， do-while 循环一般用于至少需要执行一次的情况。

5. for 循环和 while 循环是先判断条件是否为真，再执行循环体，因此，可出现循环一次也不执行的情况； do-while 循环是先执行循环体，再判断条件是否为真，因此，循环体至少执行一次。

6. while 循环、 do-while 循环、 for 循环，可以用 break语句跳出循环，用 continue 语句结束本次循环。


5.8 break 语句和 continue 语句break 语句： break;

功能：跳出 switch 结构；在循环语句中 , 终止并跳出循环体。说明：•break 只能终止并跳出最近一层的结构。•break 不能用于循环语句和switch 语句之外的任何其它语句之中。

例 3 计算 r=1 到 r=10 的圆面积，直到面积大于 100 时停止。

#define PI 3.1415main( ){ int r; float area; for(r=1;r<=10;r++) {area=PI*r*r; if(area>100) break; printf("r=%d,area=%.2f\n",r,area); }}

运行结果：r=1,area=3.14r=2,area=12.57r=3,area=28.27r=4,area=50.26r=5,area=78.54


5.8 break 语句和 continue 语句continue 语句： continue;

功能：结束本次循环，跳过循环体中尚未执行的语句，进行下一次是否执行循环体的判断。

说明：•continue 仅用于循环语句中。

例 4 把 100 ～ 200 之间不能被 3 整除的数输出。

main( ){ int n; for(n=100;n<=200;n++) { if(n%3==0) continue; printf("%d ",n); }}

结束本次循环 ,循环体的剩余语句被忽略 ,执行表达式 3 ，进入下一循环。continue 总是作 if 的内嵌语句。

此法更佳

if(n%3)printf("%d",n);


5.9 程序举例例 5 用以下公式计算 л 的值，直到最后一项的绝对值小于1e-6 为止。

分析：分子 s ： 1 ， -1 ， 1 ， -1…

分母 n ： 1 ， 3 ， 5 ， 7 ， ...

1. 每项的分母 , 等于前一项分母加 2 ，用 n=n+2 实现， n 的初值为 1 。

2. 每项的符号交替变化，用 s=-s 实现， s 的初值为 +1 （第一项为正）。

3. 根据上述，每一项的值 t = s/n ，第一项的值为 1 。

t=1,pi=0,n=1.0,s=1

当 |t|1e-6

pi=pi+t

n=n+2

s=-s

t=s/n

pi=pi*4

输出 pi


5.9 程序举例例 5 用以下公式计算 л 的值，直到最后一项的绝对值小于1e-6 为止。

t=1,pi=0,n=1.0,s=1

当 |t|1e-6

pi=pi+t

n=n+2

s=-s

t=s/n

pi=pi*4

输出 pi

# include <math.h>main( ) { int s=1; float n, t, pi; t=1.0; n=1.0; pi=0.0; while (fabs(t)>=1e-6) { pi=pi+t; n=n+2; s=-s; t=s/n; } pi=pi*4; printf("pi=%10.6f\n ",pi);}


例 6 求 Fibonacci 数列 :1,1,2,3,5,8,… 的前 40 项。递推公式：

分析：1. 每次计算并输出两项 f1, f2 ，共进行 20 次循环；2. 输出 f1, f2 后，计算得到新的 f1, f2:

f1=f1+f2

f2=f2+f1 --------迭代算法3. 此数列增长很快，输出宜用长整型（ %ld ），每行输出四个数，即每输出 4 个数后输出一个换行符（ \n ）。

f1=1, f2=1

for i=1 to 20

输出 f1,f2

f1=f1+f2f2=f2+f1



f1=1, f2=1

for i=1 to 20

输出 f1,f2

f1=f1+f2f2=f2+f1

main( )

{ long int f1,f2;

int i;

f1=1; f2=1;

for(i=1; i<=20; i++)

{ printf("%12ld %12ld", f1,f2);

if(i%2==0) printf("\n");

f1=f1+f2;

f2=f2+f1;

}

}



15

34233

15971094675025

5142293524578

24157817

18

55377

258417711

121393832040

570288739088169

21389

6104181

28657196418

13462699227465

63245986

321

144987

676546368

3178112178309

14930352102334155


例 7 搬砖问题： 36 块砖 36 人搬，男搬 4 女搬 3 、小孩两个抬 1 砖，要求一次全搬完，问男、女、小孩各若干？

分析：设男人、女人、小孩人数各为 men ， women ， children ，则可得如下方程：　 4*men+3*women+children/2=36 men+women+children=36

下面考虑如何寻找另外的约束条件：按常识， men 、 women 、 children 都应为正整数，

且它们的取值范围分别应为： men ： 0 ～ 8 （假设 36 块砖全由 men 搬，最多需 8 人） women ： 0 ～ 11( 假设 36 块砖全由 women 搬，最多需 11 人） children ： 0 ～ 36( 假设 36 块砖全由 children 搬，最多为 36 人）

穷举算法


例 7 搬砖问题： 36 块砖 36 人搬，男搬 4 女搬 3 、小孩两个抬 1 砖，要求一次全搬完，问男、女、小孩各若干？本题的细化过程如下：首先从 1 开始，列举 men 的各个可能值，在每个 men 值下找满足两个方程的一组解。算法如下： for(men=1;men<=8;men++) { s1 ：找满足两个方程的解的 women ， children s2 ：输出一组解 }

下面进一步用细化法来表现 S1 ： for(women=1;women<=11;women++) { s1.1 找满足方程的一个 children s1.2 输出一组解　 }



由于每个 men 与每个 women 都可以按下式　　　 children=36-men-women求出一个 children 。

因此，只要该 children 满足另一个方程 4*men+3*women+childs/2=36便可以得到一组满足题意的解 men 、 women 、 children 。

故 S1.1 与 S1.2 可以写为： children=36-men-women;

if(4*men+3*women+children/2==36) printf("%d%d%d\n",men,women,children);



main( ) { int men,women,children; printf("\nmen***women***children\n"); for(men=1;men<=8;men++) {for(women=1;women<=11;women++) { children=36-men-women; if(4*men+3*women+children/2==36) { printf("%d******",men); printf("%d******", women ); printf("%d******\n", children); } } } }



运行结果men***women***children1******6******29****** ( 这是一组错误解 )3******3******30******

原因：丢失重要条件： children 应该能够被 2 整除。修改如下： if(4*men+3*women+children/2.0==36) 或 if (children%2==0&&4*men+3*women+children/2==36)


例 7 判断正整数 m 是否为素数。什么是素数 ---- 只能被自身和 1 整除的自然数。判断方法 ---- 让 m 依次被 2 ， 3 ， 4 ，… ，除，如果 m 能被其中的任何一个整数整除，则不是素数。

m

#include<math.h>main( ){ int m,i,k; printf("\nInput m:\n"); scanf("%d",&m); k=sqrt(m); for(i=2; i<=k; i++) if (m%i==0) break; if (i>k) printf("%d is a prime\n",m); else printf("%d is not a prime\n",m); }

读入 m

k=sqrt(m)

for(i=2;i<=k;i++)

m 被 i 整除真假

用 break结束循环

i > k 真假输出 :m 是素数输出 :m 不是素数

定义变量 m ， i ，k


例 8 求 100~200 之间的全部素数。•在上题的基础上，外层增加一个嵌套的 for 循环即可。•用 n 作素数个数的计数，以控制每行输出 10 个数。

#include<math.h>

main( )

{ int m,i,k;

printf("\nInput m:\n");

scanf("%d",&m);

k=sqrt(m);

for(i=2; i<=k; i++)

if (m%i==0) break;

if (i>k) printf("%d is a prime\n",m);

else printf("%d is not a prime\n",m);

}

增加 int n=0;

for(m=101; m<=200; m+=2)

删除此行删除此行

#include<math.h>

main( )

{ int m,i,k,n=0;

for(m=101; m<=200; m+=2)

{k=sqrt(m);

for (i=2;i<=k;i++)

if (m%i==0) break;

if(i>k){printf("%4d",m); n=n+1;

if(n%10==0)printf("\n"); }

}

}

改最后 2行


main( ){int row; for(row=1;row<=5;row++) printf("********\n");}

分析：1. 图形每行的起始位置相同。2. 每行的字符数相同。3. 用一重循环控制输出行数即可。

分析：1. 每行的起始位置不同，空格数递减 1 。2. 每行的字符数相同。3. 用二重循环实现 :• 外循环控制输出行数 ;• 内循环控制输出的空格数。

int row, col;替换为

例 9 打印图形。

{for (col=1;col<=5-row;col++) printf(" "); printf("********\n") ；}

替换为

main( ){int row, col; for(row=1;row<=5;row++) {for (col=1;col<=5-row;col++)printf(" "); printf("********\n"); }}


分析 :

1. 每行的起始位置不同 ,

空格数 :5-row

2. 每行的字符数不同，字符数 :2*row-1

3. 用二重循环实现 :• 外循环控制输出行数 ;• 两个并列内循环控制输出每行的空格数和字符数

例 9 打印图形。请思考：若起始位置为 20 ，程序如何修改？

main( ){int row, col; for(row=1;row<=5;row++) { for (col=1;col<=5-row;col++)printf(" "); for (col=1;col<=2*row-1;col++)printf("*"); printf("\n"); }}


分析 :1. 需求解阶乘 i! 2. 需求解阶乘之和∑ i!3. 一重 ( 或二重 ) 循环 .

main( ) { int i,j,n; float sum, term; printf("\ninput n: "); scanf("%d",&n); for(sum=0,i=1;i<=n;i++) { for (term=1, j=1;j<=i;j++) { term*=j; } sum= sum+ term; } printf("\nsum=%f\n",sum); }

例 10 计算 s=1!+2!+3!+…+n! ， n 从键盘输入。

main( ) { int i,n; float sum=0, term=1; /* int,long,float */ printf("\ninput n: "); scanf("%d",&n); for(i=1;i<=n;i++) { term= term* i; /* 求 i 的阶乘 */ sum= sum+ term; /* 累加到 sum 中 */ } printf("\nsum=%f\n",sum); /* %d,%ld.%f */}


例 11 循环嵌套，输出九九表。

main( ){ int m,n; for(m=1;m<=9;m++) { for (n=1;n<=m;n++) printf("%1dx%1d=%-4d",m,n,m*n);/*- 的作用 */ printf("\n"); }}


例 12 读入一个字符，当它不是回车符时就输出。#include<stdio.h> /* 此行必须有 */main( ){ char c; while ( (c=getchar( ))!='\n') putchar(c); putchar('\n');}

注意： getchar( )仅当遇到回车符时才开始执行，从计算机缓冲区中取字符。如输入 Ok! 则输出 Ok!

如何仅输出字母？如输入 1234china 则输出 china

#include<stdio.h> /* 此行必须有 */main( ){ char c; while ( (c=getchar( ))!='\n') if(c>='a' && c<='z' || c>='A' && c<='Z') putchar(c); putchar('\n');}


小结

三种循环 while 、 do-while 、 for 的应用范围、各种循环的完整性循环的嵌套——多重循环 Break 、 continue 的作用循环的算法 : 穷举法搬砖问题、迭代法 Fibonacci 数列

循环结构程序设计举例


作业和上机实验

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第5章 循环结构程序设计

第5章循环结构程序设计