第6章　循环控制

（视频讲解：61分钟）

在日常的生活中会有许多简单和重复的工作，为完成这些必要的工作会花费很多时间，而编写程序就是为了使工作变得简单，使用计算机来解决这些重复的工作是非常好的选择。

本章致力于使读者了解循环语句的特点，分别介绍3种循环结构：while语句结构、do-while语句结构和for语句结构，并且对这3种结构进行区分讲解，使读者掌握转移语句的有关内容。

学习摘要：

　循环语句的概念

　while循环语句的使用方式

　do-while循环语句的使用方式

　for循环语句

　区分3种循环语句的各自特点和嵌套使用方式

　使用转移语句控制程序的流程

6.1　循环语句

视频讲解

在第5章的介绍中可以了解到，程序在运行时可以通过判断、检验条件做出选择。程序除了可以做出抉择外，还必须能够重复，也就是反复执行一段指令，直到满足某个条件为止。例如，要计算一个公司所有项目的消费总额，就要将所有的消费加起来。

这种重复的过程就称为循环。C语言中有3种循环语句：while、do-while和for循环语句。循环结构是结构化程序设计的基本结构之一，因此熟练掌握循环结构是程序设计的基本要求。

6.2　while语句

视频讲解

动图演示

使用while语句可以执行循环结构，其一般形式如下：

while （表达式） 语句

其语句执行流程图如图6.1所示。

while语句首先检验一个条件，也就是括号中的表达式。当条件为真时，就执行紧跟其后的语句或者语句块。每执行一遍循环，程序都将回到while语句处，重新进行检验是否满足条件。如果一开始就不满足条件的话，则跳过循环体里的语句，直接执行后面的程序代码。如果第一次检验时满足条件，那么在第一次或其后的循环过程中，必须有不满足条件的操作，否则，循环无法终止。

图6.1　while语句执行流程

例如，下面的代码：

在这段代码中，while语句首先进行判断iSum变量是否小于常量100，如果iSum变量小于100为真，那么执行紧跟着后面的语句块。如果iSum变量小于100为假，那么跳过语句块中的内容直接执行下面的程序代码。在语句块中，可以看到对其中的变量进行加1的运算，这里的加1运算就是循环结构中使条件为假的操作，也就是使得iSum不小于100，否则程序会一直循环下去。

【例6.1】　计算1累加到100的结果。（实例位置：资源包\源码\06\6.1）

本实例计算1~100所有数字的总和，使用循环语句可以将1~100的数字进行逐次加运算，直到while判断的条件不满足为止。

运行程序，显示效果如图6.2所示。

程序代码如下：

代码分析：

（1）在程序代码中，因为要计算1~100的累加结果，所以要定义两个变量，iSum表示计算的结果，iNumber表示1~100的数字。为iSum赋值为0，iNumber赋值为1。

（2）使用while语句判断iNumber是否小于等于100，如果条件为真，则执行下面语句块中的内容；如果条件为假，则跳过语句块执行后面的内容。初始iNumber的值为1，判断的条件为真，所以执行语句块。

（3）在语句块中，总和iSum等于之前计算的总和加上现在iNumber表示的数字，完成累加操作。iNumber++表示自身加1操作，语句块执行结束，while再次判断新的iNumber值。也就是说，iNumber++这条语句是可以使循环停止的操作。

（4）当iNumber大于100时，循环操作结束，将结果iSum进行输出。

【例6.2】　使用while为用户提供菜单显示。（实例位置：资源包\源码\06\6.2）

在使用程序时，根据程序的功能会有许多选项，为了使用户可以方便地观察到菜单的选项，要将菜单进行输出。在本实例中，利用while将菜单进行循环输出，这样可以使用户更为清楚地知道每一个选项所对应的操作。

运行程序，显示效果如图6.3所示。

图6.2　计算1累加到100的结果

图6.3　使用while为用户提供菜单显示

程序代码如下：

代码分析：

（1）在程序代码中，定义的变量iSelect是用来保存菜单的输入选项的变量。使用while语句检验iSelect变量，语句“iSelect!=0”表示如果iSelect不等于0。当条件为真时，执行其后的语句块中的内容；当条件为假时，执行后面的代码return 0程序结束。

（2）因为设定iSelect变量的值为1，所以while语句检验条件为真，执行其中的语句块。在语句块中首先显示菜单，将每一项的操作都进行说明。

（3）使用scanf语句，将用户要选择的项目输入。之后使用switch语句判断变量，根据变量中保存的数据，按检验出的结果进行对应的操作，其中每一个case会输出不同的菜单功能提示信息。default默认情况为，当用户输入的选项为菜单所列以外选项时的操作。

（4）显示的菜单中有4项功能，其中的选项0为退出。那么输入0时，iSelect保存0值。这样在执行完case为0的情况后，当while再检验iSelect的值时，判断的结果为假，那么不执行循环操作，执行后面的代码后，程序结束。

6.3　do-while语句

视频讲解

动图演示

有些情况下，不论条件是否满足，循环过程必须至少执行一次，这时可以采用do-while语句。do-while语句的特点就是先执行循环体语句的内容，然后再判别循环条件是否成立。其一般形式如下：

其语句执行流程图如图6.4所示。

do-while语句是这样执行的，首先执行一次循环体语句中的内容，然后判别表达式，当表达式的值为真时，返回继续执行循环体语句，直到表达式的判断为假时为止，此时循环结束。

图6.4　do-while语句执行流程

例如，下面代码所示：

代码分析：

在上面的代码中，首先执行iNumber++的操作，也就是说不管iNumber是否小于100都会执行一次循环体中的内容。然后判断while后的括号中的内容，如果iNumber小于100，则再次执行循环语句块中的内容，条件为假时执行下面的程序操作。

【例6.3】　使用do-while语句计算1到100之间的累加结果。（实例位置：资源包\源码\06\6.3）

在6.2节中，计算1到100之间所有数字的累加结果使用的是while语句，在本实例中使用do-while语句可以实现相同的功能，在程序运行的过程中，虽然两者的结果是相同的，但是要了解其中操作过程的不同之处。

运行程序，显示效果如图6.5所示。

图6.5　使用do-while语句计算1到100之间的累加结果

程序代码如下：

代码分析：

（1）在程序中，同样定义iNumber表示1到100间的数字，iSum表示计算的总和。

（2）do关键字之后是循环语句，语句块中进行累加操作，并对iNumber变量进行自加操作。语句块的下面是while语句检验条件，如果检验为真，继续执行上面的语句块操作；如果检验为假，程序执行下面的代码。

（3）在循环操作完成之后，将结果输出。

6.4　for语句

视频讲解

动图演示

在C语言中，使用for语句也可以用来控制一个循环，并且在每一次循环时修改循环变量。在循环语句中，for语句使用最为灵活，不仅可以用于循环次数已经确定的情况，还可以用于只给出循环结束条件而循环次数不确定的情况。下面将对for语句的循环结构进行详细的介绍。

6.4.1　for语句使用

for语句的一般形式如下：

for(表达式1;表达式2;表达式3;)

每条for语句包含3个用分号隔开的表达式。这3个表达式用一个对圆括号括起来，其后紧跟着循环语句或语句块。当执行到for语句时，程序首先计算第一个表达式的值，接着计算第二个表达式的值。如果第二个表达式的值为真，程序就执行循环体的内容，并计算第三个表达式。得到结果然后再检验第二个表达式，执行循环，如此反复，直到第二个表达式的值为假，则退出循环。

其语句执行流程图如图6.6所示。

通过上面的流程图和对for语句的介绍，总结其执行过程如下：

（1）先求解表达式1。

（2）求解表达式2，若其值为真，则执行for语句中的循环语句块，然后执行第（3）步。若为假，则结束循环，转到第（5）步。

（3）求解表达式3。

（4）回到上面的第（2）步骤继续执行。

（5）循环结束，执行for语句下面的一个语句。

for语句简单的应用形式如下：

图6.6　for语句执行流程

for（循环变量赋初值;循环条件;循环变量） 语句块;

例如，实现一个循环操作：

在上面的代码中，表达式1处是对循环变量i进行赋值操作，然后表达式2处是进行判断循环条件是否为真。因为i的初值为1，所以小于100，执行语句块中的内容。表达式3处是每一个次循环后，对循环变量的操作，然后再判断表达式2处的状态。为真时，继续执行语句块；为假时，循环结束，执行后面的程序代码。

【例6.4】　使用for语句显示随机数。（实例位置：资源包\源码\06\6.4）

在本实例中，要求使用for循环语句显示10个随机数字，其中产生随机数要使用到srand函数和rand函数，这两个函数都包括在stdio.h头文件中。

运行程序，显示效果如图6.7所示。

图6.7　使用for语句显示随机数

程序代码如下：

代码分析：

（1）在程序代码中，定义变量counter。在for语句中先对counter进行赋值，之后判断counter<10的条件是否为真，然后根据判断的结果选择是否执行循环语句。

（2）srand和rand函数都包含在stdio.h头文件中，srand函数的功能是设定一个随机发生数的种子，rand函数是根据设定的随即发生数种子产生特定的随机数。

（3）循环语句中使用srand函数设定counter+1为设定的种子，然后使用rand函数产生特定的随机发生数。使用printf函数将产生的随机数进行输出。

对于for语句的一般形式也可以使用while循环的形式进行表示：

上面就是使用while语句表示for语句的一般形式，其中的表达式对应着for语句括号中的表达式，下面通过一个实例来看一下这两种操作。

【例6.5】　使用while语句模仿for语句的一般形式。（实例位置：资源包\源码\06\6.5）

在本实例中，使用for语句先实现一个由循环功能完成的操作，之后再使用while语句实现相同的功能。在实例中要注意的是，for语句中的表达式与while语句中的表达式所对应的位置。

运行程序，显示效果如图6.8所示。

图6.8　使用while语句模仿for语句的一般形式

程序代码如下：

代码分析：

（1）在程序中，还是定义变量iNumber表示1~100的数字，不过刚开始没有为其赋值，iSum表示计算的结果。

（2）使用for语句执行循环操作，在括号中第一个表达式位置处，为循环变量进行赋值。第二个表达式判断条件。条件为真，执行语句块中内容；条件为假，不进行循环操作。

（3）在循环语句块中，进行累加运算。之后执行for括号中的第三个表达式，对循环变量进行自增操作。循环操作后，将保存有计算结果的变量iSum进行输出。

（4）在使用while之前要将变量恢复的值。iNumber=1就相当于for语句中第一个表达式的作用，为变量设置初值。之后在while括号中的表达式iNumber<=100与for语句中第二个表达式相对应。最后iNumber++自加操作与for语句括号中的最后一个表达式相对应。

6.4.2　for循环的变体

通过上面的学习知道，for语句一般形式中有3个表达式。在实际程序的编写过程中，这3个表达式可以根据情况进行省略，接下来分别进行讲解。

　for语句中省略表达式1

for语句中第一个表达式的作用是对循环变量设置初值。因此，如果省略了表达式1的话，就会跳过这一步操作，则应在for语句之前给循环变量赋值。例如：

for(;iNumber<10;iNumber++)

【例6.6】　省略for语句中的表达式1。（实例位置：资源包\源码\06\6.6）

在本实例中，同样实现1到100间数字的累加计算，不过将for中的表达式1省略。

运行程序，显示效果如图6.9所示。

程序代码如下：

图6.9　省略for语句中的表达式1

代码分析：

在代码中可以看到for语句中将表达式1省略，而在定义iNumber变量时直接为其赋初值。这样在使用for语句循环时就不用为iNumber赋初值，从而省略了表达式1。

　for语句中省略表达式2

如果表达式2省略，即不判断循环条件，循环无终止地进行下去。也就是默认为表达式2始终为真。例如：

在括号中，表达式1为赋值表达式，而表达式2是空缺的，这样就相当于使用while语句：

　for语句中省略表达式3

表达式3也可以省略，但此时程序设计人员应该另外设法保证循环能正常结束，否则程序会无终止地循环下去。例如：

　3个表达式都省略

这种情况既不设置初值，也不判断条件，也没有改变循环变量的操作，则会无终止地执行循环体，例如：

这种情况相当于while永远为真的情况：

　表达式1为与循环变量赋值无关的表达式

表达式1可以是设置循环变量初值的赋值表达式，也可以是与循环无关的其他表达式。例如：

6.4.3　for语句中的逗号应用

在for语句中的表达式1和表达式3处，除了可以使用简单的表达式外，还可以使用逗号表达式。即包含一个以上的简单表达式，中间用逗号间隔。例如在表达式1处为变量iCount和iSum设置初始值：

或者执行两次循环变量的自加操作：

表达式1和表达式3都是逗号表达式，在逗号表达式内按照自左至右顺序求解，整个逗号表达式的值为其中最右边的表达式的值。例如上面：

for(iCount=1;iCount<100;iCount++,iCount++)

相当于：

for(iCount=1;iCount<100;iCount=iCount+2)

【例6.7】　计算1到100间所有偶数的累加结果。（实例位置：资源包\源码\06\6.7）

在本实例中，为变量赋初值的操作都放在for语句中，并且对循环变量进行两次自加操作，这样所求出的结果就是所有的偶数和。

运行程序，显示效果如图6.10所示。

程序代码如下：

图6.10　计算1到100间所有偶数的累加和

代码分析：

在程序代码中，for语句首先对变量iSum、iCount进行初始化赋值。每次循环语句执行完后进行两次iCount++操作，最后将结果输出。

6.5　3种循环语句的比较

视频讲解

前面介绍了3种可以执行循环操作的语句，这3种循环都可以用来处理同一问题。一般情况下它们可以相互代替。下面是这3种循环语句的比较。

　while和do-while循环，只在while后面指定循环条件，在循环体中应包含使循环趋于结束的语句（如i++或者i=i+1等）。for循环可以在表达式3中包含使循环趋于结束的操作，可以将循环体中的操作全部放在表达式3中。因此for语句的功能更强，只要用while循环能完成的，都能用for循环实现。

　用while和do-while循环时，循环变量初始化的操作应在while和do-while语句之前完成。而for语句可以在表达式1中实现循环变量的初始化。

　while循环、do-while循环和for循环，都可以用break语句跳出循环，用continue语句结束本次循环（break和coutinue语句在本章后面进行介绍）。

6.6　循环嵌套

一个循环体内又包含另一个完整的循环结构，就称之为循环的嵌套。内嵌的循环中还可以嵌套循环，这就是多层循环。不管在什么语言中关于循环嵌套的概念都是一样的。

6.6.1　循环嵌套的结构

while循环、do-while循环和for循环之间可以互相嵌套。例如，下面几种嵌套方式都是正确的。

　while结构中嵌套while结构

　do-while结构中嵌套do-while结构

　for结构中嵌套for结构

　do-while结构中嵌套while结构

　do-while结构中嵌套for结构

以上是关于一些嵌套的结构方式，当然还有不同结构的循环嵌套，在此就不一一列举，读者只要将每种循环结构的使用方式把握好，就可以正确地写出循环嵌套。

6.6.2　循环嵌套实例

在本节中会讲解循环嵌套的实例，使读者了解循环嵌套的使用方法。

【例6.8】　使用嵌套语句输出金字塔形状。（实例位置：资源包\源码\06\6.8）

在本实例中，利用嵌套循环输出金字塔形状。那么显示一个三角形要考虑这样三点，首先要控制输出三角形的行数，其次控制三角形的空白处，最后是三角形的显示输出。

运行程序，效果如图6.11所示。

图6.11　使用嵌套语句输出金字塔形状

程序代码如下：

代码分析：

在代码中可以看到，首先通过一个循环控制三角形的行数，也就是三角形的高度。然后在循环中嵌套循环语句，控制每一行输出的空白和输出*号的数量，这样就可以将整个金字塔的形状进行输出。

6.7　转移语句

视频讲解

转移语句包括goto语句、break语句、continue语句。这3种语句使得程序的流程按照这3种转移语句的使用方式进行改变。下面将对这3种语句的使用方式进行详细的介绍。

6.7.1　goto语句

goto语句为无条件转移语句，可以使程序立即跳转到函数内部的任意一条可执行语句。goto关键字后面带一个标识符，该标识符是同一个函数内某条语句的标号。标号可以出现在任何可执行语句的前面，并且以一个冒号“:”作为后缀。一般形式如下：

goto标识符;

goto后的标识符就是要跳转的位置，当然这个标识符要在程序的其他地方给出，但是要在函数内部。函数的内容将会在后面章节介绍，在此有个印象即可。例如：

上面代码中，goto后的Show为跳转的标识符，而下面的“Show:”代码表示goto语句要跳转的位置。这样在上面的语句中第一个printf函数不会执行，而会执行第二个printf函数。

【例6.9】　使用goto语句从循环内部跳出。（实例位置：资源包\源码\06\6.9）

本程序要求在执行循环操作的过程中，当用户输入退出指令后，程序跳转到循环外部显示退出提示的语句之前。

运行程序，显示效果如图6.12所示。

程序代码如下：

图6.12　使用goto语句从循环内部跳出

代码分析：

（1）程序运行时，for循环控制程序步骤。此时循环步骤为1。信息提示用户输入数字，其中0表示退出，99表示下一个步骤。

（2）在for循环中使用do-while判断用户输入，当条件为假时，循环结束，执行for循环的下一步。假如用户输入数字为3，既不退出也不进行下一步骤，程序提示用户继续输入数字。当输入数字为99时，进行下一步，程序显示提示信息“The step is 2”。

（3）如果用户输入的是0，那么通过if语句进行判断为真，此时goto语句将执行跳转操作。其中exit为跳转的标识符。循环的外部使用“exit:”表示goto跳转的位置。程序输出提示信息表示运行结束。

6.7.2　break语句

有时会遇到这样的情况，不考虑表达式检验的结果而强行终止循环，这时可以使用break语句。break语句终止并跳出循环，继续执行后面的代码。break语句的一般形式如下：

break;

break语句不能用于循环语句和switch语句之外的任何语句中。例如在循环语句中使用break语句：

在代码中，虽然while语句是一个条件永远为真的循环，但是在其中使用break语句会使得程序流程跳出循环。

【例6.10】　使用break语句跳出循环。（实例位置：资源包\源码\06\6.10）

使用for语句执行10次循环输出的操作，在循环体中判断输出的次数。当循环变量为5次时，使用break语句跳出循环，终止循环输出操作。

运行程序，显示效果如图6.13所示。

程序代码如下：

图6.13　使用break语句跳出循环

代码分析：

变量iCount在for语句中被赋值为0，因为iCount<10，则执行10次循环。在循环语句中使用if语句判断当前iCount的值。当iCount值为5时，if判断为真，使用break语句跳出循环。

6.7.3　continue语句

在某些情况下，程序需要返回到循环头部继续执行，而不是跳出循环。continue语句的一般形式如下：

continue;

其作用就是结束本次循环，即跳过循环体中下面尚未执行的部分，接着执行下一次的循环操作。

【例6.11】　使用continue结束本次的循环操作。（实例位置：资源包\源码\06\6.11）

本实例与使用break语句结束循环的实例相似，不同之处在于将使用break语句的地方改写成了continue，因为continue语句是结束一次循环，所以剩下的循环还是会继续执行。

运行程序，显示效果如图6.14所示。

程序的代码如下：

图6.14　使用continue结束本次的循环操作

代码分析：

通过程序的显示结果可以看到，在iCount等于5时通过调用continue语句，使得当次的循环结束。但是循环本身还没有结束，所以会继续执行。

6.8　实战

视频讲解

6.8.1　爱因斯坦阶梯问题

爱因斯坦著名的阶梯问题是这样的：有一条长长的阶梯。如果你每步跨2阶，那么最后剩1阶；如果你每步跨3阶，那么最后剩2阶；如果你每步跨5阶，那么最后剩4阶；如果你每步跨6阶，那么最后剩5阶；只有当你每步跨7阶时，最后才正好走完，一阶也不剩。请问这条阶梯至少有多少阶？（求所有3位阶梯数）运行结果如图6.15所示。（实例位置：资源包\源码\06\实战\01）

本实例关键是如何来写if语句中的条件，如果这个条件大家能够顺利地写出，那整个程序也基本上完成了。条件如何来写，这主要是根据题意来分析，“每步跨2阶，那么最后剩1阶……当每步跨7阶时，最后才正好走完，一阶也不剩”从这几句可以看出题目的规律就是：总的阶梯数对每步跨的阶梯数取余，得到的结果就是剩余阶梯数，这5种情况是&&的关系，也就说必须同时满足。

图6.15　阶梯问题

6.8.2　斐波那契数列

斐波那契数列的特点是：第一、二两个数为1、1。从第3个数开始，该数是前两个数之和。求这个数列的前30个元素。运行结果如图6.16所示。（实例位置：资源包\源码\06\实战\02）

分析题目中数列的规律，可以用如下等式来表示斐波那契数列：

图6.16　斐波那契数列

这里面将F的下标看成数组的下标即可完成该程序的设计。

6.8.3　银行存款问题

假设银行当前整存零取五年期的年利息为2.5%，现在某人手里有一笔钱，预计在今后的五年当中每年年底取出1000元，到第五年的时候刚好取完，计算在最开始存钱的时候要存多少钱？（实例位置：资源包\源码\06\实战\03）

在分析这个取钱和存钱的过程时，可以采用倒推的方法。如果第五年年底连本带利取出1000元，则要先求出第五年年初的存款，然后再递推第四年、第三年……的年初银行存款数：

第五年年初存款=1000/(1+0.025)

第四年年初存款=(第五年年初存款+1000)/(1+0.025)

第三年年初存款=(第四年年初存款+1000)/(1+0.025)

第二年年初存款=(第三年年初存款+1000)/(1+0.025)

第一年年初存款=(第二年年初存款+1000)/(1+0.025)

运行程序，得到效果如图6.17所示。

图6.17　银行存款问题

6.8.4　计算学生的最高分

假设一个班中有20个学生，输入某科考试的成绩，然后统计出最高分。程序的运行效果如图6.18所示。（实例位置：资源包\源码\06\实战\04）

本程序的解决方法就是首先设置一个初始最大值，然后每次输入一个学生的成绩，与这个最大值进行比较，如果大于初值，则将当前值赋给这个最大值，一直到所有的成绩都读取结束。

图6.18　计算学生的最高分

6.8.5　统计不及格的人数

结合前面的例子，假设一个班中有20个学生，输入某科考试的成绩，然后统计出该班不及格的学生人数。程序的运行效果如图6.19所示。（实例位置：资源包\源码\06\实战\05）

图6.19　统计不及格的人数