循环程序设计

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一.循环语句

用while 语句处理循环

在C语言中，while语句是一个循环控制结构，它会在满足条件的情况下重复执行某一段代码。

以下是一些C语言中while语句的使用示例：

基本的while循环：

int i = 0;// 这行代码声明了一个整数变量i并初始化为0。

while(i < 5) {  //当i<5时
   printf("Hello, World! \n");
   i++; //i赋值后自增
}

在这个例子中，"i"是循环变量，循环会一直执行直到"i"大于或等于5。

无限循环：
```
while(1) {
   printf("Hello, World! \n");
}
```
在这个例子中，"1"是一个始终为真的条件，因此，这个while循环会无限执行下去。
使用break语句退出循环：

int i = 0;
while(1) {
   if(i == 5) {
      break;
   }
   printf("Hello, World! \n");
   i++;
}

使用break语句在"i"等于5时退出循环。

使用continue语句跳过当前迭代：

int i = 0;
while(i < 10) {
   i++;
   if(i % 2 == 0) {
      continue;
   }
   printf("Hello, World! \n");
}

使用continue语句在"i"为偶数时跳过当前迭代，即不打印信息。

使用else语句在while循环中：

int i = 0;
while(i < 5) {
   printf("Hello, World! \n");
   i++;
} else {
   printf("i is equal to 5. \n");
}

else语句在while循环正常结束后执行，如果有break语句退出循环，else语句不会执行。

用do-while 语句处理循环

在C语言中，do...while语句是一个循环语句，其特点是先执行循环体，然后判断循环控制条件是否满足，如果满足则继续执行循环，不满足则退出循环。

do...while语句的一般形式为：

do {
   statement;
}while(expression);

其中，statement是循环体，expression是循环控制条件表达式，其值为布尔类型，如果为true，则继续执行循环体，如果为false，则退出循环。

下面是一个使用do...while语句的例子

#include <stdio.h>
 
int main() {
    int i = 0;
    do {
        printf("i = %d\n", i);
        i++;
    } while (i < 5);
 
    return 0;
}

这段代码将打印0到4，因为循环条件是i小于5，当i等于5时，循环条件不满足，循环退出。

用for语句处理循环

for语句是一种常用的循环控制结构，用于在一定条件下重复执行一段代码。‌

for语句的基本语法如下：

for (表达式1; 表达式2; 表达式3) {
    // 循环体
}

‌表达式1‌：在循环开始之前执行一次，通常用于设置循环计数器或定义其他变量。
‌表达式2‌：在每次循环开始时检查，如果为真，执行循环体；如果为假，退出循环。
‌表达式3‌：在每次循环结束后执行，通常用于更新循环计数器。

for语句的执行过程可以概括为以下步骤：

执行初始化语句（表达式1），设置循环计数器或定义其他变量。
检查条件表达式（表达式2）是否为真。如果为真，执行循环体内的代码；如果为假，跳出循环。
执行更新语句（表达式3），更新循环计数器的值。
回到步骤2，重复上述过程，直到条件表达式为假。

代码示例：

100以内的求和问题

#include <stdio.h>
int main() {
    int i, sum = 0;
    for (i = 1; i <= 100; i++) {
        sum += i;
    }
    printf("1+2+3+...+100 = %d\n", sum);
    return 0;
}

for循环打印斐波拉契数列：

#include <stdio.h>
 
int main() {
    int fib[10] = {0, 1};
    for(int i = 2; i < 10; i++) {
        fib[i] = fib[i-1] + fib[i-2];
    }
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        printf("%d ", fib[i]);
    }
    return 0;
}

注意事项和常见错误处理

‌避免在循环体内修改循环变量的值‌，否则可能导致无限循环。例如，for (i = 1; i <= 10; i++) { i = 5; printf("%d", i); }会导致无限输出5。
‌建议将for循环的取值设置为前闭后开区间‌，这样更符合逻辑，代码也更高级。例如，for (i = 1; i < 10; i++)比for (i = 0; i < 9; i++)更直观。
小结：

‌while循环通常在以下几种情况下使用‌：
‌当你不确定循环需要执行多少次时‌：如果你事先不知道循环需要执行多少次，或者循环次数依赖于某些运行时条件，那么使用while循环是合适的。例如，当需要读取用户输入直到满足特定条件时，可以使用while循环‌。
‌当循环次数依赖于某些运行时条件时‌：如果循环的次数取决于某些条件是否满足，使用while循环可以更灵活地处理这种情况。例如，当需要读取文件直到文件结束时，可以使用while循环‌。
‌在不确定循环结束条件的情况下‌：如果无法提前确定循环的结束条件，或者结束条件需要在循环过程中动态确定，那么使用while循环更为合适。例如，在处理网络请求直到获取到所有数据时，可以使用while循环‌。
do—while循环通常在以下几种情况下使用‌：
‌至少执行一次循环体‌：当需要确保循环体至少执行一次，无论条件是否满足时，可以使用do-while循环。例如，在初始化某些变量或进行一些必要的设置操作时，即使条件不满足，也需要执行一次循环体‌。
‌循环次数不确定‌：当循环次数不确定，但需要至少执行一次循环体时，do-while循环是一个不错的选择。由于do-while循环至少执行一次循环体，然后再根据条件判断是否继续执行，这使得它在某些情况下比while循环更灵活‌。
for循环主要用于遍历已知循环次数的场景‌。
当你知道需要重复执行某段代码的次数时，使用for循环是最合适的选择。例如，遍历数组、打印数字序列等‌。

循环嵌套的使用

在C语言中，可以使用嵌套循环来处理一些复杂的问题。嵌套循环是一种控制结构，它允许你在一个循环中创建另一个循环。这种方式可以用于处理二维数组，生成斐波那契数列等。

二.控制转移语句

break语句

‌C语言中的一个控制流语句，用于退出当前执行的循环或switch语句，并立即将控制权转移到包含它的代码块之后的语句‌。Break语句通常用于在满足特定条件时提前退出循环或switch语句，以避免执行不必要的代码‌。

Break语句的基本用法

Break语句可以单独使用，也可以在if语句、for循环、while循环和C语言中使用。当执行break语句时，程序指针将跳出当前循环或switch语句，不再执行该循环或switch语句中的剩余代码，而是继续执行循环或switch语句后的下一条语句‌。

Break语句的使用场景

‌退出无限循环‌：在检测到某个条件满足时，可以使用break语句提前退出无限循环。
‌退出switch语句‌：在switch语句中，break语句可以用来从特定case中退出，并继续执行switch语句后的代码。
‌有条件地退出循环‌：break语句可以与条件语句一起使用，以根据某个条件提前退出循环‌。

Break语句的注意事项

‌只能在循环或switch语句内部使用‌：Break语句不能用于退出嵌套的循环或switch语句。
‌不返回任何值‌：Break语句执行后，不会返回任何值，只是简单地跳出当前代码块‌。

continue语句

用于跳过当前循环的剩余语句，并直接进入下一轮循环。‌

continue语句只能在循环体内使用，通常用于在特定条件下终止当前迭代，而无需完全退出循环。例如，在打印奇数时，可以使用continue语句跳过偶数迭代。其语法形式为continue;，当执行时，它会跳过当前循环中剩余的语句，并立即进入下一次循环迭代‌。

使用场景和示例

在C语言中，continue语句常用于以下场景：

‌跳过特定条件的迭代‌：例如，在打印1到10的奇数时，可以使用continue语句跳过偶数迭代。
‌提高程序效率‌：在满足特定条件时，跳过某些代码的执行，从而提高程序的效率和灵活性。

goto语句

是一种非结构化的控制流语句，允许程序在没有任何条件的情况下跳转到指定的位置‌。其基本语法为：goto label;，其中label是程序中定义的标签，表示goto语句的目标位置‌。

goto语句主要用于以下场景：

‌处理错误或异常情况‌：在检测到错误时，可以使用goto跳转到错误处理代码。
‌跳过代码块并执行特定任务‌：在某些情况下，可以跳过某些代码块直接执行特定的任务。
‌创建无条件循环‌：在某些特殊情况下，可以使用goto实现无条件循环。

然而，使用goto语句也存在一些限制和缺点：

‌可读性差‌：使用goto会使代码结构混乱，难以跟踪程序的执行流程。
‌维护困难‌：增加代码的复杂性，使得维护和调试变得更加困难。
‌可移植性问题‌：不同的编译器对goto的处理方式可能不同，可能导致代码在不同环境中表现不一致‌。

三.循环程序设计的应用

穷举

穷举法‌，也称为枚举法，是一种通过列举所有可能的情况来寻找问题的解决方案的方法。其基本思想是根据题目的部分条件确定答案的大致范围，并在此范围内对所有可能的情况逐一验证，直到全部情况验证完毕。如果某个情况验证符合题目的全部条件，则该情况为一个解；如果全部情况验证后都不符合题目的全部条件，则本题无解‌。

穷举法的应用场景

穷举法适用于那些问题范围较小、解空间有限的情况。例如：

‌数学问题‌：如求解方程的解、排列组合问题等。
‌编程问题‌：如密码破解、简单的逻辑问题等。
‌游戏编程‌：在游戏中，穷举法可以用来遍历所有可能的操作或状态，找到最优解或满足特定条件的解。

穷举法的优缺点

‌优点‌：

‌简单直观‌：算法逻辑简单，容易理解和实现。
‌适用范围广‌：适用于任何可以通过穷举法解决的问题。

‌缺点‌：

‌效率低下‌：当问题的解空间非常大时，穷举法会消耗大量的计算资源和时间。
‌不适用大规模问题‌：对于大规模问题，穷举法可能无法在合理的时间内找到解。

穷举法的实现方法

在C语言中实现穷举法通常使用循环语句和选择语句。循环语句用于穷举所有可能的情况，选择语句用于判定当前情况是否满足条件。例如，在解决一个简单的数学问题时，可以通过嵌套循环来遍历所有可能的输入值，然后通过条件判断语句来检查是否满足特定条件‌3。

实际应用示例

假设有一个简单的数学问题：求解方程 x+y=10 ，且x,y 为非负整数，且 x≤5。可以使用穷举法如下：

#include <stdio.h>
int main() 
{
    for (int x = 0; x <= 5; x++)
 {
        for (int y = 0; y <= 10 - x; y++) 
     {
            if (x + y == 10) 
         {
                printf("x = %d, y = %d\n", x, y);
           
                                    }
        
                            }
    
                       }
 return 0;                  
}

迭代

迭代‌是指在循环过程中重复执行一段代码，直到达到特定的条件为止。迭代可以通过几种不同的循环结构来实现，例如for循环、while循环和do-while循环‌。

迭代的基本概念和特点

‌定义‌：迭代是指在循环中重复执行一段代码，直到满足某个条件为止。
‌特点‌：迭代通过多次循环逐步逼近某个条件，通常包含一个循环表达式，通过不断更新变量值来逼近目标值‌12。

迭代在C语言中的应用场景

‌数值计算‌：迭代法是一种数值计算方法，通过不断更新近似值来逼近解。例如，在求解方程时，可以从一个初始近似值开始，通过迭代公式逐步逼近真实解‌。
‌函数展开‌：在数学和物理问题中，经常需要计算函数的展开式。

迭代在C语言中的实现方式

‌for循环‌：适用于已知循环次数的情况。
‌while循环‌：适用于未知循环次数，但有结束条件的情况。
‌do-while循环‌：至少执行一次循环体，适用于至少需要执行一次的情况。

示例代码

使用while循环进行迭代的代码以求得π的近似值：

#include<stdio.h>
#include<math.h>

int main() {
    double x, sum, pi, eps;
    int i = 1;
    scanf("%lf %lf", &x, &eps);
    pi = x;
    sum = 1; // 初始化sum为第一项的值
    while(fabs(pi) >= eps) {
        sum = sum + pi;
        i = i + 1;
        pi = pi * x / i; // 更新pi的值
    }
    sum = sum + pi; // 处理最后一次迭代的结果
    printf("%.6f\n", sum); // 输出结果
    return 0;
}