第 5 讲：让计算机做复杂的事情——循环结构

一、循环结构概述

1. 为什么需要循环结构

• 用于处理规律性的重复计算或操作。
• 避免代码冗余，提高代码简洁性和功能性。
• 例如：输入1000名学生的身高并计算平均身高。

2. 循环结构的四要素

1. 循环体：重复执行的核心操作。
2. 循环初始条件：循环控制变量的初始化。
3. 循环控制条件：决定是否继续循环的表达式。
4. 循环控制变量的修改：使循环能正常退出，避免死循环。

二、三种循环语句

1. while 循环

• 语法形式：

  while (表达式) {
      循环体;
  }
  

• 执行流程：

  1. 判断表达式是否为真（非0）。
  2. 若为真，执行循环体，返回步骤1；否则退出循环。

• 特点：

  • 先判断后执行。
  • 循环体执行次数：0到多次。
  • 循环体可以是空语句、表达式语句、函数调用、控制语句或复合语句。

• 注意事项：

  • 必须有修改循环控制变量的语句。
  • 避免死循环。

2. do-while 循环

• 语法形式：

  do {
      循环体;
  } while (表达式);
  

• 执行流程：

  1. 先执行一次循环体。
  2. 判断表达式是否为真。
  3. 若为真，继续执行；否则退出。

• 特点：

  • 先执行后判断。
  • 循环体至少执行1次。

• 适用场景：适用于初始条件不易确定，且至少需执行一次的情况。

3. for 循环

• 语法形式：

  for (表达式1; 表达式2; 表达式3) {
      循环体;
  }
  

• 执行流程：

  1. 执行表达式1（初始化）。
  2. 判断表达式2（控制条件）。
  3. 若为真，执行循环体，再执行表达式3（更新），返回步骤2；否则退出。

• 特点：

  • 结构紧凑，适合已知循环次数的情况。
  • 循环体执行次数：0到多次。

• 灵活用法：

  • 可以省略表达式1、表达式2或表达式3（但分号不能省略）。
  • 表达式1和表达式3可以是逗号表达式。
  • 循环体可为空语句，操作可移至表达式3中。

三、循环嵌套

1. 概念

• 一个循环体内包含另一个循环，称为循环嵌套。
• 外层循环每执行一次，内层循环从头执行一遍。
• 常见有二重循环、三重循环等。

2. 嵌套类型

• 控制变量无交叉：内层循环次数固定。
• 控制变量有交叉：内层循环次数依赖于外层循环变量。

3. 示例：打印图形

• 打印5×5星号矩阵：

  for (i = 0; i < 5; i++) {
      for (j = 0; j < 5; j++) {
          printf("* ");
      }
      printf("\n");
  }
  

• 打印右三角形星号：

  for (i = 1; i <= 5; i++) {
      for (j = 1; j <= i; j++) {
          printf("*");
      }
      printf("\n");
  }
  

四、循环应用实例

1. 累加求和（1到1/100）

• 使用 while、do-while 或 for 实现。

• 核心代码：

  sum = 0;
  for (n = 1; n <= 100; n++) {
      sum += 1.0 / n;
  }
  

2. 求最大值与最小值

• 思路：将第一个输入的数作为初始最大值和最小值，后续输入逐一比较更新。

• 代码示例：

  max = min = d;  // d为第一个输入的数
  for (i = 2; i <= 10; i++) {
      scanf("%d", &d);
      if (d > max) max = d;
      if (d < min) min = d;
  }
  

3. 计算平均分

• 循环输入多个成绩并累加，最后计算平均值。

五、重点与难点

重点

• 循环结构的构建方法。
• while、do-while、for 语句的使用。
• 循环嵌套的程序设计。

难点

• 循环条件的正确设置与更新，避免死循环。
• 嵌套循环的逻辑理解与编写。
• 循环与选择结构的结合使用。

六、思考题

1. 选择结构与循环结构的区别是什么？
2. while 与 do-while 如何等价转换？