《C語言程序設(shè)計基礎(chǔ)》課件第5章

第5章

循環(huán)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)語句——循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計5.1while語句5.2do_while語句5.3for語句5.4用循環(huán)嵌套實現(xiàn)多重循環(huán)5.5改變循環(huán)控制的語句5.6循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計實訓(xùn)任務(wù)九

熟悉循環(huán)結(jié)構(gòu)控制語句實訓(xùn)任務(wù)十

學(xué)習(xí)循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計的方法 5.1while語句

何謂當(dāng)型循環(huán)？怎樣實現(xiàn)當(dāng)型循環(huán)？

循環(huán)結(jié)構(gòu)程序從控制流程上可分為當(dāng)型循環(huán)和直到型循環(huán)。while語句是實現(xiàn)當(dāng)型循環(huán)結(jié)構(gòu)的語句。

while語句的一般形式為

while(表達(dá)式)

循環(huán)體語句；

其中，表達(dá)式用于控制循環(huán)是否進(jìn)行，可以是關(guān)系表達(dá)式和邏輯表達(dá)式。當(dāng)表達(dá)式的值為“真”(表達(dá)式的值為“非0”)時，即循環(huán)條件成立，則執(zhí)行循環(huán)體語句；當(dāng)表達(dá)式的值為“假”(表達(dá)式的值為“0”)時，即循環(huán)條件不成立，則結(jié)束循環(huán)。圖5.1while語句的執(zhí)行流程

while語句的執(zhí)行流程如圖5.1所示。while語句執(zhí)行時，先計算表達(dá)式的值，其值為“真”則執(zhí)行循環(huán)體語句，為“假”則不執(zhí)行循環(huán)體語句(結(jié)束循環(huán))。

構(gòu)造循環(huán)控制表達(dá)式是循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計的關(guān)鍵。表達(dá)式構(gòu)造不當(dāng)，就不可能按預(yù)期的規(guī)律循環(huán)。極端情況下，當(dāng)進(jìn)入循環(huán)時，表達(dá)式的值就為“0”，則循環(huán)體一次也不會被執(zhí)行；表達(dá)式的值在循環(huán)中不變化，永遠(yuǎn)保持“非0”，就會產(chǎn)生死循環(huán)。這兩種情況都應(yīng)避免。

循環(huán)體語句必須是一個語句的形式。實際使用中循環(huán)體往往有多個語句，這就需要用一對花括號把這些語句括起來，構(gòu)成復(fù)合語句。

例5.1

編寫程序，實現(xiàn)求

的值。

編程思路：定義一個變量i，初值為1，每加一次其值增1，既是累加次數(shù)的計數(shù)，作為循環(huán)控制變量，又形成了每次要累加的數(shù)。再定義一個累加和變量sum，初值設(shè)置為0，相當(dāng)于將變量單元清零。因為變量代表一個存儲器單元，如不清0，會將該單元中原來未知的數(shù)帶進(jìn)累加和中，造成結(jié)果不正確。其算法流程如圖5.2所示。

圖5.2例5.1算法流程運行結(jié)果：

分析：循環(huán)體語句被執(zhí)行100次，實現(xiàn)了1～100中的整數(shù)累加。

思考：在循環(huán)體外，把語句“i=1;”改為語句“i=0;”，循環(huán)體被執(zhí)行多少次？執(zhí)行結(jié)果會正確嗎？

5.2do_while語句

何謂直到型循環(huán)？怎樣實現(xiàn)直到型循環(huán)？

do_while語句是實現(xiàn)直到型循環(huán)結(jié)構(gòu)的語句。

do_while語句的一般形式為

do

循環(huán)體語句；

while(表達(dá)式)

其中，表達(dá)式的作用和循環(huán)體語句的組成形式同while語句。只是循環(huán)控制流程與while語句有所差別。其執(zhí)行流程如圖5.3所示。do_while語句是先執(zhí)行循環(huán)體語句，然后計算表達(dá)式的值，其值為“真”時執(zhí)行循環(huán)體語句，為“假”則結(jié)束循環(huán)。也就是說，循環(huán)體語句至少要被執(zhí)行一次。圖5.3do_while語句的執(zhí)行流程

例5.2

用do_while語句實現(xiàn)求

的值。

編程思路：該例的編程思路基本與例5.1相同。其算法流程如圖5.4所示。

圖5.4例5.2算法流程分析：本例的執(zhí)行結(jié)果同例5.1。先執(zhí)行循環(huán)體語句，對i的當(dāng)前值累加，再使i加1，當(dāng)i的值增加到101時結(jié)束循環(huán)。

思考：與例5.1比較，程序結(jié)構(gòu)有何異同？程序執(zhí)行時的循環(huán)控制過程相同嗎？循環(huán)結(jié)束時，變量i的值應(yīng)是多少？

5.3for語句

5.3.1for語句的形式與執(zhí)行流程

for語句的一般形式為

for(表達(dá)式1；表達(dá)式2；表達(dá)式3)

循環(huán)體語句；

其執(zhí)行流程如圖5.5所示。從流程圖可以看出，for語句的執(zhí)行步驟如下：

(1)求解表達(dá)式1的值。

(2)求解表達(dá)式2的值，若其值為非0(“真”)，則執(zhí)行for語句中的循環(huán)體語句，然后執(zhí)行下面第(3)步。若值為0(“假”)，則結(jié)束循環(huán)。

(3)求解表達(dá)式3的值。

(4)轉(zhuǎn)回上面第(2)步繼續(xù)執(zhí)行。

for語句中三個表達(dá)式分別有不同的作用：

表達(dá)式1有給循環(huán)提供初值的作用，可以是算術(shù)表達(dá)式、賦值表達(dá)式和逗號表達(dá)式。

表達(dá)式2起控制循環(huán)的作用，可以是C語言中的各種表達(dá)式，只要表達(dá)式的值為“非0”，即為邏輯“真”，控制循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行；表達(dá)式的值為“0”，即為邏輯“假”，立即結(jié)束循環(huán)。表達(dá)式3起改變循環(huán)控制條件的作用，使循環(huán)向結(jié)束靠近。如果沒有表達(dá)式3，或表達(dá)式不合適，就可能導(dǎo)致死循環(huán)。在一些規(guī)律明顯的循環(huán)中，可以把表達(dá)式3稱為步長表達(dá)式。

需注意的是，三個表達(dá)式之間必須用“；”作為分隔符。

圖5.5for語句執(zhí)行流程

例5.3

為了便于三種循環(huán)語句的比較，仍以求值為

例，用for循環(huán)來實現(xiàn)。

編程思路：同前。

源程序：

分析：運行結(jié)果同前。與while、do_while實現(xiàn)程序相比，本例的程序結(jié)構(gòu)簡單緊湊。i賦初值可用for語句的表達(dá)式1來實現(xiàn)，變量i的值增1可用表達(dá)式3來實現(xiàn)。

5.3.2for語句中三個表達(dá)式的靈活使用

for語句靈活運用的關(guān)鍵是三個表達(dá)式的設(shè)置。

(1)三個表達(dá)式都可以采用多種表達(dá)式。如for(i=1,sum=0;i<=100;i++，j++)中，表達(dá)式1和表達(dá)式2是逗號表達(dá)式。

(2)表達(dá)式1可以省略，但應(yīng)在循環(huán)體外給循環(huán)控制變量賦初值，否則會導(dǎo)致死循環(huán)。如例5.3中，在循環(huán)體外給變量賦初值，則循環(huán)語句可改為

for(;i<=100;i++)sum=sum+i;

(3)從語言規(guī)則來說，表達(dá)式2也可以缺省，例如：

for(i=1;;i++)sum=sum+i;

但執(zhí)行時將變?yōu)樗姥h(huán)，因此是不正確的循環(huán)。

5.4用循環(huán)嵌套實現(xiàn)多重循環(huán)

何謂多重循環(huán)？怎樣實現(xiàn)多重循環(huán)？

C語言中把循環(huán)結(jié)構(gòu)作為一個語句。既然循環(huán)結(jié)構(gòu)是一個語句，當(dāng)然可以出現(xiàn)在循環(huán)體語句中。這樣，在循環(huán)體中就包含了一個完整的循環(huán)結(jié)構(gòu)語句，稱為循環(huán)嵌套，即循環(huán)中套循環(huán)。如此，可以形成多重循環(huán)。C語言中對循環(huán)嵌套層數(shù)沒有限制，但實際上，循環(huán)嵌套層數(shù)越多，程序越不容易理解，出錯的機會也就越多。實際應(yīng)用中，兩層以上的循環(huán)嵌套不多見。下面只對兩重循環(huán)嵌套的情況作一介紹。

三種循環(huán)結(jié)構(gòu)語句可以相互嵌套，形成如下6種嵌套關(guān)系。

通常，把外層循環(huán)稱為外循環(huán)，內(nèi)層循環(huán)稱為內(nèi)循環(huán)。兩重循環(huán)嵌套中，內(nèi)循環(huán)作為外循環(huán)的一個語句，外循環(huán)每循環(huán)一次，內(nèi)循環(huán)要循環(huán)一遍。設(shè)外循環(huán)執(zhí)行i次，內(nèi)循環(huán)執(zhí)行j次，則內(nèi)循環(huán)體要被執(zhí)行i?×?j次。

程序中，循環(huán)嵌套要求內(nèi)循環(huán)必須被完全包含在外層循環(huán)的循環(huán)體中，不允許出現(xiàn)內(nèi)外層循環(huán)體交叉的情況。如圖5.6所示，在do_while循環(huán)體內(nèi)開始while()循環(huán)，但是do-while循環(huán)結(jié)束在while()循環(huán)體內(nèi)，它們互相交叉，這是非法結(jié)構(gòu)。

圖5.6循環(huán)交叉為非法結(jié)構(gòu)

5.5改變循環(huán)控制的語句

5.5.1break語句

break語句的一般形式為

break；

前面已經(jīng)介紹，break語句可用在switch結(jié)構(gòu)中，使執(zhí)行流跳出switch結(jié)構(gòu)。break語句也可用在循環(huán)結(jié)構(gòu)中，使執(zhí)行流跳出所在的循環(huán)，即提前結(jié)束循環(huán)。

例5.5

使用break語句來改變循環(huán)控制。

運行結(jié)果：

分析：for循環(huán)中缺省了三個表達(dá)式，應(yīng)該是一個死循環(huán)。但在程序中使用了“if(i>100)break;”語句，使i達(dá)到101時就結(jié)束循環(huán)。這也是循環(huán)程序設(shè)計中，巧用break語句的一種方法。

5.5.2continue語句

continue語句的一般形式為

continue;

其功能是結(jié)束本次循環(huán)，即跳過循環(huán)體中continue語句后面尚未執(zhí)行的循環(huán)體語句，轉(zhuǎn)向循環(huán)頭部，檢測是否進(jìn)行下一次循環(huán)。

例5.6

輸出100以內(nèi)能被9整除的數(shù)。

編程思路：逐一檢測9～100的整數(shù)能否被9整除，如能整除則輸出該數(shù)，不能整除則不輸出。

分析：“if(n%9!=0)continue;”語句判斷當(dāng)前數(shù)是否能被9整除，若能整除，不執(zhí)行“continue;”語句，則執(zhí)行printf函數(shù)調(diào)用，輸出該數(shù)；若不能整除，則執(zhí)“continue;”語句而跳過printf函數(shù)調(diào)用，不輸出該數(shù)，結(jié)束本次循環(huán)，返回循環(huán)頭部，開始下一次循環(huán)，直到滿足循環(huán)結(jié)束條件。

例5.7

編寫程序，從鍵盤輸入字符后顯示，按Enter鍵，則結(jié)束字符輸入；按Esc鍵，則放棄當(dāng)前輸入的字符。運行結(jié)果：

分析：程序中使用字符輸入/輸出庫函數(shù)，程序開頭要使用預(yù)處理命令#include<conio.h>。for(;;)不控制循環(huán)，是通過兩個if語句來實現(xiàn)對循環(huán)的控制。當(dāng)按Enter鍵時，執(zhí)行“break;”語句，立即結(jié)束字符輸入；當(dāng)按Esc鍵時，執(zhí)行“continue;”語句，跳過“putchar(ch);”語句，返回循環(huán)頭部，輸入下一個字符。

5.6循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計

循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計時應(yīng)考慮哪些問題？如何準(zhǔn)確地設(shè)計循環(huán)結(jié)構(gòu)程序？

一般來說，循環(huán)結(jié)構(gòu)程序在設(shè)計時需考慮以下幾方面的問題：

(1)循環(huán)初始化問題。循環(huán)初始化包括對循環(huán)控制變量設(shè)置初值和對循環(huán)體中相關(guān)變量設(shè)置初值。循環(huán)控制變量初值設(shè)置得恰當(dāng)與否，關(guān)系到循環(huán)規(guī)律能否實現(xiàn)。如例5.1～例5.3中，如果循環(huán)控制變量i的初值設(shè)置為0，則要循環(huán)101次，第一次循環(huán)累加和變量加0，毫無意義。如果設(shè)置為大于1的數(shù)，循環(huán)次數(shù)不到100次，造成累加和不正確。給循環(huán)體中操作變量設(shè)置初值，需要根據(jù)具體問題具體分析。一般來說，要給加法和變量清零，乘積變量置1，以防未知數(shù)據(jù)帶入，導(dǎo)致結(jié)果不正確。

(2)循環(huán)控制條件設(shè)置問題。按循環(huán)控制方式，循環(huán)可有計數(shù)控制和條件控制。計數(shù)控制循環(huán)是循環(huán)次數(shù)已知，一般用關(guān)系表達(dá)式作循環(huán)控制條件。對于循環(huán)次數(shù)未知的循環(huán)，一般要認(rèn)真分析循環(huán)控制過程，找出規(guī)律，列出邏輯表達(dá)式。

(3)循環(huán)控制量改變問題。循環(huán)控制變量要在循環(huán)過程中加以改變，使循環(huán)控制條件向循環(huán)結(jié)束方面轉(zhuǎn)變。循環(huán)控制變量的改變方式要依據(jù)循環(huán)規(guī)律來確定。

(4)循環(huán)體結(jié)構(gòu)問題。循環(huán)體語句是循環(huán)問題的重復(fù)執(zhí)行部分，可包含三種結(jié)構(gòu)語句。復(fù)雜循環(huán)體語句一定要注意結(jié)構(gòu)語句的嵌套層次，嵌套層次之間不能相互交叉，即一個結(jié)構(gòu)語句必須完全包含在另一個結(jié)構(gòu)語句中。

(5)循環(huán)控制變量的引用問題。循環(huán)控制量可以在循環(huán)結(jié)束后引用，但要注意量值的準(zhǔn)確性。如例5.1～例5.3中，循環(huán)控制變量i在循環(huán)結(jié)束時值是101，而不是100。

循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計要比順序結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計復(fù)雜一些，一定要認(rèn)真分析規(guī)律和算法，然后選擇便于實現(xiàn)的循環(huán)語句。

例5.8

編寫程序，計算s=1-3+5-7…-99+101。

編程思路：這個問題可看成數(shù)的累加，相加數(shù)是1～101之間的質(zhì)數(shù)，且一個為正數(shù)，一個為負(fù)數(shù)，即累加數(shù)的符號在交替變化。找出這個規(guī)律，可以設(shè)置一個符號變量flag，初值設(shè)置為1，在循環(huán)中使用flag=-flag，即可實現(xiàn)符號的交替變換。算法可依照數(shù)的累加。

例5.9

用for循環(huán)語句求n!。

編程思路：可用迭代公式n!=n*(n-1)!。利用循環(huán)很容易實現(xiàn)迭代計算問題。設(shè)置變量i，既作循環(huán)控制變量i(1≤i≤n)，又作本次循環(huán)求階乘的數(shù)，用變量fac存放i!，初始化為fac=1。第i次循環(huán)前，fac中存放(i-1)!，第i次循環(huán)后，fac中存放i!，實現(xiàn)了相繼兩次的迭代。可用for語句實現(xiàn)。

運行結(jié)果：

分析：fac作為循環(huán)中的乘積變量，在循環(huán)外賦初值1，在循環(huán)中實現(xiàn)1?×?2?×?…?×?n求值運算，即求得n的階乘值。

例5.10

編寫程序求1～1000之間滿足“用3除余2，用5除余3，用7除余2”的數(shù)，且一行只打印5個數(shù)。

編程思路：求余數(shù)用取模運算符%。3個條件是“與”的關(guān)系。一行打印5個數(shù)，可以通過計數(shù)到5再回車換行。用do_while循環(huán)來實現(xiàn)。

運行結(jié)果：

分析：變量i既作循環(huán)控制變量，又是當(dāng)前要檢測的數(shù)，取1～1000之間的整數(shù)。變量j用于輸出數(shù)據(jù)的計數(shù)，控制一行輸出5個數(shù)。

例5.11

編程實現(xiàn)電文加密。電文加密規(guī)律為：將字母變成其后面的第4個字母，其他字符保持不變。例如，a→e，A→E，W→A。編寫一個程序，輸入一行字符，要求轉(zhuǎn)換成加密電文輸出。

編程思路：電文的加密規(guī)律如圖5.7所示。輸入字符賦給變量ch，如果是字符，則其ASCII碼值加4，即ch?=?ch+4。加密后判斷ch的值是否超出字母的范圍，如果超過，則

ch?=?ch-26。如輸入x，其ASCII碼值是120，加4得124，大于z的ASCII碼值122，減26后得98，是b的ASCII碼值，即把x轉(zhuǎn)換成b。從鍵盤輸入字符并轉(zhuǎn)換為循環(huán)實現(xiàn)，循環(huán)控制條件為ch!＝'\n'。

圖5.7例5.11的電文加密規(guī)律運行結(jié)果：

分析：用while循環(huán)實現(xiàn)從鍵盤上輸入一個電文字符序列，每輸入一個字符按加密規(guī)律進(jìn)行加密轉(zhuǎn)換，一直到輸入“回車”鍵結(jié)束。第1層if語句中的條件表達(dá)式“ch>='a'&&ch<='z'||(ch>='A')&&ch<='Z'”判斷輸入的字符是否是26個大寫或小寫字母，是則進(jìn)行ASCII碼加4轉(zhuǎn)換，不是則不轉(zhuǎn)換。第2層if語句中的條件表達(dá)式“(ch>'Z'&&ch<'a')||(ch>'z')”判斷字母ASCII碼加4轉(zhuǎn)換后是否越界，如果越界則按加密循環(huán)規(guī)律，將其減26。

例5.12

編寫程序，求出100～1000之間各位數(shù)字之和是5的數(shù)，一行輸出5個數(shù)，并統(tǒng)計個數(shù)。

編程思路：該問題要對100～1000中的每一數(shù)逐一進(jìn)行判定，而且每一數(shù)要進(jìn)行逐位求和，是一個雙重循環(huán)問題。取遍100～1000之間的所有數(shù)可選用for循環(huán)結(jié)構(gòu)語句來解決。但在判定100～1000之間的每一個數(shù)其各位數(shù)字之和是否為5時，由于循環(huán)次數(shù)隨數(shù)位的變化而不同，宜選用while循環(huán)結(jié)構(gòu)語句。

運行結(jié)果：

分析：程序采用雙重循環(huán)，外循環(huán)用for語句,內(nèi)循環(huán)用while語句。在內(nèi)循環(huán)實現(xiàn)對每位數(shù)字分離并累加。“s=s+k%10;”語句的作用是分離出當(dāng)前數(shù)的低位并累加，“k=k/10;”語句的作用是截取當(dāng)前數(shù)的高位部分,作為下一次要分離的數(shù)。例如123，第1次循環(huán)分離出低位數(shù)字3，截取高位部分12；第2次循環(huán)分離出低位數(shù)字2,截取高位部分1；第3次循環(huán)分離出低位數(shù)字1,截取高位部分0，循環(huán)結(jié)束。外循環(huán)利用變量i依次產(chǎn)生100～1000之間的一個整數(shù)，根據(jù)內(nèi)循環(huán)計算各位數(shù)字之和是否為5，確定是否輸出,并進(jìn)行計數(shù)。

例5.13

編寫程序，找出3～500之間的全部素數(shù)并輸出，在一行輸出15個數(shù)。

編程思路：

(1)素數(shù)是除1和它本身之外不能被任何一個整數(shù)整除的自然數(shù)(1除外)。如2，3，5，7是素數(shù)，1，4，6，8，10不是素數(shù)。判斷某數(shù)i是否為素數(shù)的一個簡單辦法是用2，3，4，…，i-1這些數(shù)據(jù)逐個去除i，只要被其中的一個數(shù)整除了，則i就不是素數(shù)。數(shù)學(xué)上已證明，對于自然數(shù)i只需用2，3，4，…，i1/2測試。

(2)需要判定3～500之間的每一數(shù)是否為素數(shù)。判定一個數(shù)是否是素數(shù)，又要用2，3，4，…，i1/2逐一進(jìn)行測試，測試到被其中的某一個數(shù)整除，則可判定不是素數(shù)，就不需要再進(jìn)行測試了。顯然這是一個雙重循環(huán)問題。為了結(jié)束內(nèi)循環(huán)時能方便識別當(dāng)前判定的數(shù)是否為素數(shù)，設(shè)置一個標(biāo)志變量flag，在內(nèi)循環(huán)外設(shè)初值0，在內(nèi)循環(huán)中遇到能被整除的測試，使flag賦值1。程序流程如圖5.8所示。

圖5.8