C程序设计课件_第3章 C语言程序的控制结构(2)

第3章C语言程序的控制结构3.6循环程序控制结构循环是重复执行某些语句（循环体）的一种结构。循环结构是C程序设计中的三种基本结构之一，灵活掌握循环结构对于编写高效简洁的程序至关重要。循环程序设计的特点是程序的执行顺序与程序书写的顺序相一致，而且在循环体上重复执行多次。在C语言中有while、do…while和for三种循环结构。循环结构有两种类型：①当型循环结构，流程图如图3－14所示，表示当P成立（为真）时，反复执行A语句块，直到条件P不成立（为假）时结束循环。②直到型循环结构，流程图如图3－15所示，表示先执行A语句块，再判断条件P是否成立（为真），若条件P成立（为真），则反复执行A语句块，直到条件P不成立（为假）时结束循环。当型循环结构当型循环结构直到型循环结构直到型循环结构3.6.1while语句一般形式为:while（表达式）循环体执行过程：先求表达式的值，当表达式值为非零（为真）时，则执行循环体中的语句（为清楚起见，循环体语句通常用一对花括号括起来，构成复合语句），接着再次判定表达式……，先判定表达式，再执行循环体，这个过程持续进行直到表达式的值为0时，结束循环。特点是：先判断表达式，后执行循环体语句。例3.19用while语句，求1+2+3+……+99+100分析：本题的关键是定义循环的判断条件，实现100个自然数求和。定义一个变量i，从1开始，每循环一次加上1，直到i100为止；再定义一个变量sum存放总和，将其清零，然后，每循环一次加上一个自然数到总和中。流程图如图所示。程序代码如下：#includestdio.hmain(){inti=1,sum=0;while(i=100){sum=sum+i;i++;}printf(“%d\n”,sum);}例3.20从键盘输入一个正整数，计算其阶乘。分析：本题的题意是要求n!，其中n从键盘输入。利用while语句实现循环时，关键是定义循环终止的条件，可以定义一个循环变量i，i从1开始，每循环一次加上1，直到in终止，while语句的表达式为i=n；再定义一个变量sum存放阶乘积，令sum的初值为1（思考：为什么不能为0？），每循环一次乘以一个i。程序代码如下：#includestdio.hmain(){inti=1,sum=1,n;printf(Pleaseinputn:);scanf(%d,&n);while(i=n){sum=sum*i;i++;}printf(sum=%d\n,sum);}关于while语句的说明：①循环体有可能一次也不执行；②循环体语句可以是任意类型语句；③遇到下列情况退出循环：条件表达式不成立（为0）；循环体内遇break，return，goto；④无限循环：当条件表达式始终是非零时，while语句将无法停止。事实上，C语言程序员有时故意用非零常量作为条件表达式来构造无限循环。惯用形式为：while（1）循环体除非循环体含有跳出循环控制的语句（break、return、goto）或者调用了导致程序终止的函数，否则上述这种形式的while语句永远执行下去。3.6.2do…while语句一般形式为：do循环体while（表达式）；分号不能少！执行过程：与while语句不同，do…while语句不管条件如何，至少先执行一次循环体内的语句，然后判断while后括号内表达式的值是否为真，若表达式的值非0，即为真，则继续重复执行循环体语句，然后再次计算表达式的值……，当循环体执行后，条件表达式的值变为0时，循环结束。特点：先执行循环体，然后判断循环条件是否成立。例3.21用do…while语句，求1+2+3+……+99+100分析：本题的关键是定义循环的终止判断条件，实现100个自然数求和。定义一个变量i，从1开始，每循环一次加上1，直到i100为止；再定义一个变量sum存放总和，将其清零，然后，每循环一次加上一个自然数到总和中#includestdio.hmain(){inti=1,sum=0;do{sum=sum+i;i++;}while(i=100);printf(sum=%d\n,sum);}可以看出，例3.19和例3.21程序运行的结果相同，但如果将循环变量i的初值改为101，例3.19的结果为0，而例3.21的结果为101。思考：为什么结果不同？例3.22用户任意从键盘输入一个整数，计算其数字的位数。分析：此题的算法是把输入的整数反复除以10，直到结果变为0停止，除法的次数就是这个整数的位数。因为不知道需要多少次除法运算才能达到0，所以程序中需要执行某种循环，用while语句还是do…while语句？显然do…while更合适，因为每个整数，甚至是0，都至少有一位数字。程序代码如下：#includestdio.hmain(){intdigits=0,n;/*digits为数字位数，n为输入的整数*/printf(Enteranonnegativeinteger:);scanf(%d,&n);do{n/=10;digits++;}while(n0);printf(Thenumberhas%ddigit(s).\n,digits);}程序运行时，输出结果为：Enteranonnegativeinteger:60↙Thenumberhas2digit(s).思考：如果用相似的while循环替换do…while循环会发生什么？当n初始值为0时，结果会一样吗？3.6.3for语句for语句是C语言循环结构中功能最为强大、应用最为灵活、最为广泛的一种形式，它不仅适用于循环次数确定的情况，也适用于循环次数未知的情况。while语句和do…while语句循环均可转换成for循环的形式。一般形式为：for（表达式1；表达式2；表达式3）循环体说明①for是关键字。②for之后的圆括号内一共有三个表达式，以分号隔开。一般情况下，表达式1的作用是赋初值；表达式2的作用是控制循环，即循环条件；表达式3的作用是修改循环变量的值，一般是赋值。③循环体语句如果只有一条，可以不加花括号；如果循环语句超过一条，则必须加花括号组成复合语句。④圆括号内的三个表达式在语法上都可以省，但两个“；”不能省。执行过程：先执行表达式1；再判断表达式2是否为0，若不为0，则执行循环体语句，执行表达式3，再重新计算表达式2；若表达式2为0，则退出for循环。图3－19for循环流程图for语句和while语句关系密切。事实上，除极少数情况外，for语句总可以用等价的while语句替换：表达式1；while（表达式2）{循环体语句；表达式3；}图3－19for循环流程图例3.23用for语句，求1+2+3+……+99+100分析：本题用for循环，关键是定义三个表达式，根据题意，要求100个自然数之和，所以定义循环变量i，i初值为1（表达式1：i=1），每循环一次循环变量加1（表达式3：i++），循环一共执行100次，（表达式2：i=100），循环体语句就是累加循环变量的当前值（sum+=i）。程序代码如下：#includestdio.hmain(){intsum,i;sum=0;for(i=1;i=100;i++)sum+=i;printf(sum=%d\n,sum);}说明：在整个for循环的执行过程中，表达式1只计算一次，表达式2和表达式3则可能计算多次，循环体可能多次执行，也可能一次都不执行，要视条件而定。其中：①表达式1可省略，此时应在for语句前给循环变量赋初值。如：i=1;for(;i=100;i++)sum+=i;②表达式2可省略，即不判断循环条件，循环将无终止的进行下去，需要在循环体中用break语句退出循环。如：for(i=1;;i++){if(i100)break;sum=sum+i;}③表达式3也可省略，但应在循环体中让循环变量产生变化，保证循环能正常结束。如：for(i=1;i=100;){sum+=i;i++;}④表达式1和3可同时省略，只给出表达式2（循环条件）。如i=1;for(;i=100;){s=s+i;i++;}⑤三个表达式都可省略，但分号不能少。此时在循环体中需要使用相关语句保证循环结束。如：i=1;for(;;){if(i100)break;sum+=i;i++;}⑥循环体可以是空语句，空语句用于延时。for(s=0,i=1;i=100;s=s+i,i++);例3.24打印Fibonacci数列。Fibonacci数列为：1，1，2，3，5，8，13，21，34，…它的规律是：从第3项开始，每一项都是其前两项之和。分析：根据上述规律，假设c为所求的项，a为其前二项（a的初值为1），b为其前一项（b的初值为1），则c=a+b（从第3项开始）。因此，迭代公式为：c=a+b;a=b;/*为下一次迭代作准备*/b=c;然后通过循环不断迭代，得出所求数列。#includestdio.hmain(){inta,b,c,n,i;a=1;b=1;printf(Entern:);scanf(%d,&n);/*输入数列的打印项数*/printf(%10d%10d,a,b);/*打印第1项和第2项*/for(i=3;i=n;i++)/*求数列的第3～n项*/{c=a+b;/*求第i项*/a=b;/*为下一次迭代作准备*/b=c;printf(%10d,c);/*输出第i项，右对齐*/if(i%5==0)printf(\n);/*每行输出5项*/}printf(\n);}程序运行时，输入：40↙输出结果如下图:3.6.4循环结构的嵌套循环结构中的循环体语句可以是任何合法的C语句，while、do…while、for语句是合法的C语句，当然也能出现在循环体中，这种循环体中又包含了另一个完整的循环结构，称为循环的嵌套。内嵌的循环还可以嵌套循环，这就是多层循环。while、do…while、for三种循环可以相互嵌套，层数不限。但最常用的是二重循环或三重循环，如果嵌套的层数更多，会增加程序阅读、理解的困难，给程序调试带来麻烦。嵌套循环时，外循环必须完整地包含内循环，不能相互交叉。外层循环内层循环内层循环内层循环合法的嵌套循环嵌套循环的执行过程：首先执行外循环，然后执行内循环，外循环每执行一次，内循环就完整地执行一遍。若内循环中还存在嵌套的循环，则进入下一层嵌套循环结构中，顺序执行有关的循环结构。若在某层循环结构中嵌套了两个或多个并列的循环结构，则从外循环进入时，顺次执行这些并列的循环结构。例如：输出如下图所示图形，可以用单层循环实现：#includestdio.hmain()*****{*****inti;*****for(i=1;i=5;i++)*****printf(“*****\n”);*****}语句“printf(“*****\n”);”的功能等价于以下的循环结构：for(j=1;j=5;j++)printf(“*”);printf(“\n”);进行一个等价替换，就可以得到以下的嵌套循环：#includestdio.hmain(){inti,j;for(i=1;i=5;i++){for(j=1;j=5;j++)printf(“*”);printf(“\n”);}}例3.25整元换零钱问题。把1元兑换成1分、2分和5分的硬币，共有多少种不同换法？（每种至少一个）分析：本题是一个穷举法问题。穷举是一种重复型算法。它的基本思想是，对问题的所有可能状态一一测试，直到找到解或者将全部可能状态都测试过为止。设5分硬币的可能个数为i，则i的取值范围应为1～19；设2分硬币的可能个数为j，则j的取值范围应为1～(100-i*5)/2-1；而1分的硬币个数应是100-5*i-2*j。设共有m种换法。为了方便阅读和计数，每10种换法中间空一行。#includestdio.hmain(){inti,j,m;m=0;for(i=1;i=19;i++)for(j=1;j=(100