C语言第五讲——循环语句

在之前的课程中，我们学了条件语句。在数学中，流程图是一种图形化表示算法或过程的方式，通常用于展示计算步骤和决策流程。流程图以图形符号和箭头表示不同的操作和控制流程，帮助人们更容易理解算法的结构和逻辑。

与流程图相比，C语言是一种编程语言，用于编写计算机程序。C语言是一种结构化的编程语言，它允许程序员使用变量、条件语句、循环和函数等元素来构建程序。C语言的语法和结构很好地反映了计算机程序的执行流程。

流程图与C语言代码之间存在一定的关系，因为它们都描述了一系列的操作和流程。具体而言，流程图可以用来设计算法或解决问题的基本思路，并在高层次上表示控制流程、条件语句和循环结构。一旦算法的基本逻辑被设计好并用流程图表示，程序员可以使用C语言来实现这些逻辑，将流程图中的各个步骤翻译成相应的C语句。

举例来说，如果流程图中有一个条件判断，C语言代码中就会对应一个if语句。如果流程图中有一个循环，C语言代码中就会使用for或while循环结构。变量在C语言中的使用可以对应流程图中的数据存储和传递。

总体而言，流程图和C语言代码都是表达计算过程的工具，但在不同的层次上。流程图更抽象、直观，用于设计算法的逻辑结构；而C语言代码更具体、可执行，用于实现这些逻辑。在软件开发中，程序员通常会先设计流程图，然后再用C语言等编程语言来实现算法。所以我们在写代码的时候，可以先画流程图的方式再写代码。

流程图中的循环

流程图中包含循环结构时，通常会展现一些特征，这些特征有助于清晰地表达循环的执行过程和条件。以下是一些常见的特征：

1. 「循环符号：」 流程图中会使用特定的符号表示循环结构。最常见的是"圆形"或称为"圆角矩形"，其中包含有关循环的描述，例如“for”或“while”。
   
2. 「循环起点和结束点：」 流程图会明确标明循环的起始点和结束点。起始点通常位于循环符号的顶部，而结束点位于底部。
   
3. 「循环条件：」 流程图中的循环结构通常包含一个条件，这个条件决定了循环是否继续执行。条件一般用菱形表示，其中包含一个判断表达式，例如，如果条件为真，则执行循环体，否则退出循环。
   
4. 「循环体：」 循环体是循环中实际执行的操作步骤。它们位于循环符号内部，从循环的起始点延伸到结束点。
   
5. 「连接线：」 连接线表示控制流的方向，指示程序在何处继续执行。在循环图中，连接线将循环体连接到循环条件，以及从循环条件返回到循环体或流程图的其他部分。
   
6. 「计数器或迭代控制：」 对于某些循环，特别是计数控制的循环（例如for循环），流程图可能包含一个表示迭代次数的计数器。
   
7. 「退出条件：」 流程图可能包含一个表示循环何时结束的条件，这通常是在循环体内部的某个位置。
   
8. 「并行处理标记：」 在一些情况下，流程图中的循环结构可能包含并行处理的标记，表示循环中的某些步骤可以同时执行。
   

C语言中实现循环的方式

C语言中实现循环的方式有多种，例如：goto语句，while循环，do while循环和for循环，对于这四个方面分别有自己的使用方式和注意事项。

goto语句

在C语言中，goto 语句可以用来实现类似循环的结构。虽然大多数编程规范强烈不推荐使用 goto，因为它可能导致代码可读性和维护性的降低，但了解其使用方式和注意事项仍然是有用的。

以下是一个使用 goto 语句实现简单循环的示例：

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 0;

loop_start:
    if (i < 5) {
        printf("%d ", i);
        i++;
        goto loop_start; // 跳转到 loop_start 标签处
    }

    return 0;
}

在上述示例中，通过使用 goto 和标签（loop_start），我们实现了一个类似于循环的结构。然而，使用 goto 时需要特别小心，因为它可能导致代码变得难以理解和维护。以下是一些关于使用 goto 的注意事项：

1. 「可读性差：」 使用 goto 语句可能会使代码的逻辑更加难以理解，因为它允许程序在不按照自然控制流程的顺序执行的情况下跳转。
   
2. 「易引起错误：」 不正确使用 goto 可能导致错误，例如无限循环或跳过某些必要的操作。
   
3. 「不同编程风格：」 大多数现代编程语言和开发实践强烈反对使用 goto，因为它破坏了结构化编程的原则。
   
4. 「其他替代方案：」 大多数情况下，可以使用更结构化的循环语句（如 for 或 while）来替代 goto，使代码更清晰易读。
   

虽然 goto 在某些特殊情况下可能是一种有效的解决方案，但在正常情况下，最好避免使用它，以提高代码的可读性和可维护性。

while循环

while 循环是C语言中的一种迭代结构，用于重复执行一段代码，直到指定的条件不再满足为止。以下是 while 循环的基本使用方式以及一些注意事项：

使用方式：

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 0;

    while (i < 5) {
        printf("%d ", i);
        i++;
    }

    return 0;
}

在上述示例中，while 循环的语法为 while (condition) { /* code */ }，其中 condition 是循环的条件。只要条件为真，循环内的代码就会一直执行。

注意事项：

1. 「初始化和更新条件：」 在使用 while 循环之前，确保初始化循环变量，并在循环体内更新变量，以防止无限循环。
   

int i = 0; // 初始化循环变量

while (i < 5) {
    // 循环体
    printf("%d ", i);
    i++; // 更新循环变量
}

2.「谨防无限循环：」 确保循环条件能够在某个时刻变为假，否则会导致无限循环。在循环内部，确保有逻辑将循环变量推向退出条件。

3.「避免死代码：」 确保循环内的代码段执行后，循环变量或条件会发生变化，以避免死代码（永远不会执行的代码）。

4.「循环条件的布尔值：」 while 循环的条件必须是一个布尔表达式，如果条件不是布尔值，C语言会将非零值视为真，零视为假。

int condition = 1;

while (condition) {
    // 循环体
}

5.「避免嵌套死循环：」 当使用嵌套循环时，确保内层循环的退出条件能够在一定条件下被满足，以防止死循环。

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 0;
    int j = 0;

    while (i < 5) {
        while (j < 3) {
            // 循环体
            printf("(%d, %d) ", i, j);
            j++;
        }
        i++;
        j = 0; // 重置内层循环的变量
    }

    return 0;
}

while 循环是一个强大的迭代结构，但在使用时需要小心，确保适当地初始化、更新循环变量，以及正确设置退出条件，以防止无限循环和其他问题。

do while循环

do while 循环是C语言中的一种迭代结构，与 while 循环类似，但它保证循环体至少执行一次。以下是 do while 循环的基本使用方式以及一些注意事项：

使用方式：

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 0;

    do {
        printf("%d ", i);
        i++;
    } while (i < 5);

    return 0;
}

在上述示例中，do while 循环的语法为 do { /* code */ } while (condition);。循环体中的代码会先执行一次，然后检查循环条件，只要条件为真，就会继续执行。

注意事项：

1. 「至少执行一次：」 do while 循环保证循环体至少执行一次，因为条件在循环体之后进行检查。
   
2. 「初始化和更新条件：」 与 while 循环一样，确保在循环之前初始化循环变量，并在循环体内更新变量。
   

int i = 0;

do {
    // 循环体
    printf("%d ", i);
    i++; // 更新循环变量
} while (i < 5);

3.「避免死代码：」 确保循环内的代码段执行后，循环变量或条件会发生变化，以避免死代码（永远不会执行的代码）。

4.「循环条件的布尔值：」 do while 循环的条件必须是一个布尔表达式，如果条件不是布尔值，C语言会将非零值视为真，零视为假。

int condition = 1;

do {
    // 循环体
} while (condition);

5.「避免嵌套死循环：」 当使用嵌套循环时，确保内层循环的退出条件能够在一定条件下被满足，以防止死循环。

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 0;
    int j = 0;

    do {
        do {
            // 循环体
            printf("(%d, %d) ", i, j);
            j++;
        } while (j < 3);

        i++;
        j = 0; // 重置内层循环的变量
    } while (i < 5);

    return 0;
}

do while 循环是一种在循环体至少执行一次时很有用的结构。在使用时，同样需要小心确保适当地初始化、更新循环变量，并正确设置退出条件，以防止无限循环和其他问题。

for循环语句

for 循环是C语言中常用的迭代结构，用于重复执行一段代码一定次数。以下是 for 循环的基本使用方式以及一些注意事项：

使用方式：

#include <stdio.h>

int main() {
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("%d ", i);
    }

    return 0;
}

在上述示例中，for 循环的语法为 for (初始化; 条件; 更新) { /* code */ }。循环开始时，初始化部分执行一次，然后检查条件，如果条件为真，则执行循环体内的代码，接着执行更新部分，再次检查条件，如此循环进行。

注意事项：

1. 「初始化、条件和更新：」 for 循环的三个部分（初始化、条件、更新）都是可选的，但分号必须保留。可以在初始化部分声明循环变量，设定循环条件，以及定义更新规则。
   

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    // 循环体
}

2.「循环条件的布尔值：」 循环条件必须是一个布尔表达式，如果条件不是布尔值，C语言会将非零值视为真，零视为假。

int condition = 1;

for (; condition; ) {
    // 循环体
}

3.「避免死代码：」 确保循环内的代码段执行后，循环变量或条件会发生变化，以避免死代码（永远不会执行的代码）。

4.「控制流程清晰：」 for 循环的结构使得循环的初始化、条件和更新都在一行内，使得控制流程更清晰。

5.「循环变量的作用域：」 在 for 循环中声明的循环变量（例如上述的 int i）的作用域仅限于该循环内。在循环体之外无法访问该变量。

6.「嵌套循环：」 for 循环适用于嵌套结构，可以在一个 for 循环内嵌套另一个 for 循环。

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    for (int j = 0; j < 3; j++) {
        // 嵌套循环体
    }
}

总体而言，for 循环是一个强大而灵活的迭代结构，但在使用时需要确保正确设置初始化、条件和更新，以及避免死代码的问题。