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C语言循环结构

循环结构是编程中用于重复执行代码块的控制结构。当需要多次执行相同或类似的操作时，循环可以大大简化代码并提高效率。C语言提供了三种主要的循环结构：for循环、while循环和do-while循环。本文将详细介绍这些循环结构的语法、特点和应用场景。

for循环

for循环是最常用的循环结构，特别适合已知循环次数的情况。

基本语法

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for (初始化; 条件; 更新) {
    // 循环体
}

执行流程

  1. 执行初始化表达式（只执行一次）
  2. 检查条件表达式
  3. 如果条件为真，执行循环体
  4. 执行更新表达式
  5. 返回步骤2，直到条件为假

基本示例

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#include <stdio.h>

int main() {
    // 打印1到10的数字
    printf("1到10的数字：\n");
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    // 计算1到100的和
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        sum += i;
    }
    printf("1到100的和：%d\n", sum);
    
    // 倒序打印
    printf("倒序打印10到1：\n");
    for (int i = 10; i >= 1; i--) {
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

步长变化的for循环

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#include <stdio.h>

int main() {
    // 打印偶数
    printf("0到20的偶数：\n");
    for (int i = 0; i <= 20; i += 2) {
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    // 打印2的幂
    printf("2的幂（小于1000）：\n");
    for (int i = 1; i < 1000; i *= 2) {
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

嵌套for循环

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#include <stdio.h>

int main() {
    // 打印乘法表
    printf("九九乘法表：\n");
    for (int i = 1; i <= 9; i++) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            printf("%d×%d=%d\t", j, i, i * j);
        }
        printf("\n");
    }
    
    // 打印星号图案
    printf("\n星号三角形：\n");
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            printf("* ");
        }
        printf("\n");
    }
    
    return 0;
}

while循环

while循环在条件为真时重复执行循环体，适合循环次数不确定的情况。

基本语法

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while (条件) {
    // 循环体
}

基本示例

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#include <stdio.h>

int main() {
    // 使用while循环计算阶乘
    int n = 5;
    int factorial = 1;
    int i = 1;
    
    printf("%d的阶乘计算过程：\n", n);
    while (i <= n) {
        printf("%d! = %d × %d = ", i, factorial, i);
        factorial *= i;
        printf("%d\n", factorial);
        i++;
    }
    printf("最终结果：%d! = %d\n", n, factorial);
    
    return 0;
}

用户输入验证

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#include <stdio.h>

int main() {
    int number;
    
    // 持续要求用户输入，直到输入有效数字
    printf("请输入一个1到10之间的数字：");
    scanf("%d", &number);
    
    while (number < 1 || number > 10) {
        printf("输入无效！请输入1到10之间的数字：");
        scanf("%d", &number);
    }
    
    printf("你输入的数字是：%d\n", number);
    
    return 0;
}

数字处理示例

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#include <stdio.h>

int main() {
    int number = 12345;
    int digit_count = 0;
    int sum_of_digits = 0;
    int temp = number;
    
    printf("分析数字：%d\n", number);
    
    // 计算位数和各位数字之和
    while (temp > 0) {
        int digit = temp % 10;  // 获取最后一位
        printf("当前位：%d\n", digit);
        sum_of_digits += digit;
        digit_count++;
        temp /= 10;  // 去掉最后一位
    }
    
    printf("位数：%d\n", digit_count);
    printf("各位数字之和：%d\n", sum_of_digits);
    
    return 0;
}

do-while循环

do-while循环至少执行一次循环体，然后检查条件。

基本语法

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do {
    // 循环体
} while (条件);

基本示例

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#include <stdio.h>

int main() {
    int choice;
    
    // 菜单系统
    do {
        printf("\n=== 主菜单 ===\n");
        printf("1. 选项一\n");
        printf("2. 选项二\n");
        printf("3. 选项三\n");
        printf("0. 退出\n");
        printf("请选择：");
        scanf("%d", &choice);
        
        switch (choice) {
            case 1:
                printf("你选择了选项一\n");
                break;
            case 2:
                printf("你选择了选项二\n");
                break;
            case 3:
                printf("你选择了选项三\n");
                break;
            case 0:
                printf("再见！\n");
                break;
            default:
                printf("无效选择，请重试\n");
                break;
        }
    } while (choice != 0);
    
    return 0;
}

猜数字游戏

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main() {
    int secret_number, guess, attempts = 0;
    char play_again;
    
    srand(time(NULL));  // 初始化随机数种子
    
    do {
        secret_number = rand() % 100 + 1;  // 1-100的随机数
        attempts = 0;
        
        printf("\n=== 猜数字游戏 ===\n");
        printf("我想了一个1到100之间的数字，你能猜到吗？\n");
        
        do {
            printf("请输入你的猜测：");
            scanf("%d", &guess);
            attempts++;
            
            if (guess > secret_number) {
                printf("太大了！\n");
            } else if (guess < secret_number) {
                printf("太小了！\n");
            } else {
                printf("恭喜！你猜对了！\n");
                printf("你用了%d次尝试。\n", attempts);
            }
        } while (guess != secret_number);
        
        printf("\n想再玩一次吗？(y/n)：");
        scanf(" %c", &play_again);
        
    } while (play_again == 'y' || play_again == 'Y');
    
    printf("谢谢游戏！\n");
    return 0;
}

循环控制语句

break语句

break语句用于立即退出循环。

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#include <stdio.h>

int main() {
    // 查找第一个能被7整除的三位数
    printf("查找第一个能被7整除的三位数：\n");
    for (int i = 100; i <= 999; i++) {
        if (i % 7 == 0) {
            printf("找到了：%d\n", i);
            break;  // 找到后立即退出循环
        }
    }
    
    // 在嵌套循环中使用break
    printf("\n在矩阵中查找数字5：\n");
    int matrix[3][3] = {{1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}};
    int found = 0;
    
    for (int i = 0; i < 3 && !found; i++) {
        for (int j = 0; j < 3; j++) {
            printf("检查位置[%d][%d] = %d\n", i, j, matrix[i][j]);
            if (matrix[i][j] == 5) {
                printf("在位置[%d][%d]找到数字5\n", i, j);
                found = 1;
                break;
            }
        }
    }
    
    return 0;
}

continue语句

continue语句跳过当前迭代的剩余部分，直接进入下一次迭代。

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#include <stdio.h>

int main() {
    // 打印1到20中的奇数
    printf("1到20中的奇数：\n");
    for (int i = 1; i <= 20; i++) {
        if (i % 2 == 0) {
            continue;  // 跳过偶数
        }
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    // 计算正数的平均值
    int numbers[] = {10, -5, 8, -3, 15, -7, 20};
    int count = sizeof(numbers) / sizeof(numbers[0]);
    int sum = 0, positive_count = 0;
    
    printf("\n处理数组中的正数：\n");
    for (int i = 0; i < count; i++) {
        if (numbers[i] <= 0) {
            printf("跳过负数或零：%d\n", numbers[i]);
            continue;
        }
        printf("处理正数：%d\n", numbers[i]);
        sum += numbers[i];
        positive_count++;
    }
    
    if (positive_count > 0) {
        printf("正数平均值：%.2f\n", (float)sum / positive_count);
    }
    
    return 0;
}

无限循环

创建无限循环

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#include <stdio.h>

int main() {
    int counter = 0;
    
    // 方法1：for循环创建无限循环
    /*
    for (;;) {
        printf("无限循环 %d\n", ++counter);
        if (counter >= 5) break;
    }
    */
    
    // 方法2：while循环创建无限循环
    while (1) {
        printf("无限循环 %d\n", ++counter);
        if (counter >= 5) {
            printf("达到限制，退出循环\n");
            break;
        }
    }
    
    return 0;
}

服务器模拟程序

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#include <stdio.h>

int main() {
    int command;
    int server_running = 1;
    
    printf("服务器启动...\n");
    
    while (server_running) {
        printf("\n=== 服务器控制台 ===\n");
        printf("1. 查看状态\n");
        printf("2. 重启服务\n");
        printf("3. 查看日志\n");
        printf("0. 关闭服务器\n");
        printf("请输入命令：");
        scanf("%d", &command);
        
        switch (command) {
            case 1:
                printf("服务器状态：运行中\n");
                break;
            case 2:
                printf("重启服务...完成\n");
                break;
            case 3:
                printf("显示最近日志...\n");
                break;
            case 0:
                printf("正在关闭服务器...\n");
                server_running = 0;
                break;
            default:
                printf("未知命令\n");
                break;
        }
    }
    
    printf("服务器已关闭\n");
    return 0;
}

循环的选择指南

何时使用for循环

  • 已知循环次数
  • 需要计数器变量
  • 遍历数组或集合
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// 遍历数组
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
int size = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);

for (int i = 0; i < size; i++) {
    printf("%d ", arr[i]);
}

何时使用while循环

  • 循环次数不确定
  • 基于条件的循环
  • 处理用户输入
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// 读取文件直到结束
char ch;
while ((ch = getchar()) != EOF) {
    putchar(ch);
}

何时使用do-while循环

  • 至少需要执行一次
  • 菜单驱动程序
  • 输入验证
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// 输入验证
int age;
do {
    printf("请输入年龄（1-120）：");
    scanf("%d", &age);
} while (age < 1 || age > 120);

实际应用示例

示例1：素数判断和生成

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

int is_prime(int n) {
    if (n <= 1) return 0;
    if (n <= 3) return 1;
    if (n % 2 == 0 || n % 3 == 0) return 0;
    
    for (int i = 5; i * i <= n; i += 6) {
        if (n % i == 0 || n % (i + 2) == 0) {
            return 0;
        }
    }
    return 1;
}

int main() {
    int limit = 100;
    
    printf("100以内的素数：\n");
    for (int i = 2; i <= limit; i++) {
        if (is_prime(i)) {
            printf("%d ", i);
        }
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

示例2：简单的银行账户系统

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#include <stdio.h>

int main() {
    float balance = 1000.0;
    int choice;
    float amount;
    int transaction_count = 0;
    
    printf("欢迎使用银行系统\n");
    printf("初始余额：%.2f元\n", balance);
    
    do {
        printf("\n=== 银行操作菜单 ===\n");
        printf("1. 查询余额\n");
        printf("2. 存款\n");
        printf("3. 取款\n");
        printf("4. 查看交易次数\n");
        printf("0. 退出\n");
        printf("请选择操作：");
        scanf("%d", &choice);
        
        switch (choice) {
            case 1:
                printf("当前余额：%.2f元\n", balance);
                break;
            case 2:
                printf("请输入存款金额：");
                scanf("%f", &amount);
                if (amount > 0) {
                    balance += amount;
                    transaction_count++;
                    printf("存款成功！当前余额：%.2f元\n", balance);
                } else {
                    printf("存款金额必须大于0\n");
                }
                break;
            case 3:
                printf("请输入取款金额：");
                scanf("%f", &amount);
                if (amount > 0) {
                    if (amount <= balance) {
                        balance -= amount;
                        transaction_count++;
                        printf("取款成功！当前余额：%.2f元\n", balance);
                    } else {
                        printf("余额不足！当前余额：%.2f元\n", balance);
                    }
                } else {
                    printf("取款金额必须大于0\n");
                }
                break;
            case 4:
                printf("总交易次数：%d次\n", transaction_count);
                break;
            case 0:
                printf("谢谢使用，再见！\n");
                break;
            default:
                printf("无效选择，请重试\n");
                break;
        }
    } while (choice != 0);
    
    return 0;
}

常见错误和注意事项

1. 无限循环

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// 错误：忘记更新循环变量
int i = 0;
while (i < 10) {
    printf("%d\n", i);
    // 忘记 i++，导致无限循环
}

// 正确：
int i = 0;
while (i < 10) {
    printf("%d\n", i);
    i++;  // 记住更新循环变量
}

2. 循环边界错误

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// 错误：数组越界
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i <= 5; i++) {  // 应该是 i < 5
    printf("%d\n", arr[i]);
}

// 正确：
for (int i = 0; i < 5; i++) {
    printf("%d\n", arr[i]);
}

3. 浮点数比较

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// 错误：直接比较浮点数
for (float f = 0.0; f != 1.0; f += 0.1) {
    printf("%.1f\n", f);
    // 可能因为精度问题导致无限循环
}

// 正确：使用整数计数
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    float f = i * 0.1;
    printf("%.1f\n", f);
}

总结

循环结构是编程中的重要概念，通过本文的学习，你应该掌握：

  1. for循环：适合已知次数的循环
  2. while循环：适合条件驱动的循环
  3. do-while循环：适合至少执行一次的循环
  4. 循环控制：break和continue的使用
  5. 嵌套循环：处理多维问题
  6. 循环选择：根据场景选择合适的循环类型

在实际编程中，要注意：

  • 避免无限循环
  • 正确处理循环边界
  • 合理使用循环控制语句
  • 选择最适合的循环类型

掌握循环结构将大大提高你的编程效率，为处理重复性任务和复杂算法打下坚实的基础。

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