C语言程序设计教程 （第4版） 第5章 循环结构 李丽娟 2013年2月.

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1 C语言程序设计教程 （第4版） 第5章 循环结构 李丽娟 2013年2月

2 第5章 循环结构 本章主要内容 1. for循环语句结构 2. while循环语句结构 3. do-while循环结构
4. break和continue语句的作用 5. 循环结构的嵌套 6. 案例分析

3 第5章 循环结构 循环就是重复地执行某些语句。 程序中的循环次数是有限的，由循环条件决定可以确定循环次数。  C语言提供了3种循环结构语句： ① for语句 ② while语句 ③ do_while语句

4 5.1 for语句 for语句是一种计数循环。循环次数由循环变量来控制。  for语句的一般形式为： for (<初始表达式>;<条件表达式>;<循环表达式>) { <循环体语句> } for语句的3个重要的组成部分： 1．初始表达式——初始化循环控制变量。 2．条件表达式——测试循环条件。 3．循环表达式——更新循环控制变量的值。

5 5.1 for语句 for (<初始表达式>;<条件表达式>;<循环表达式>) { <循环体语句> } for语句的语法功能： 1．计算<初始表达式>的值。该表达式是对循环控制变量进行初始化。 2．判断<条件表达式>的值。该表达式就是循环条件，若该表达式的值为“真”，则执行<循环体语句>； 若该表达式的值为“假”，则退出循环，执行循环结构外的语句。 3．计算<循环表达式>的值。该表达式更新循环控制变量的值。 4．转第2步。

6 5.1 for语句 for语句的流程图： 注意： ①若<循环体语句>中有多条语句，则构成复合语句，被包含在一对花括号中。 ②若<循环体语句>只有一条，可以不使用花括号。

7 5.1 for语句 例1：编写程序，求几何级数之和： 分析： 该数学表达式为1＋2＋3＋…＋100。 设：sum为级数的和（初值为零）； i为循环变量； 将i从1按步长为1增加到100，循环计算： sum=sum+i； 求得该级数的和。 程序：example5_1.c

8 5.1 for语句  for语句所具有的特性。 1．<初始表达式>可以省略，但须保留分号（;），同时在for之前必须给循环控制变量赋值，形式为： <初始表达式>; for（;<条件表达式>;<循环表达式>） <循环体语句> 2．<条件表达式>一般不可省略，否则为无限循环。 例如： for（i=1;; i++） sum =sum+i; 相当于条件总为真，程序会一直不停地执行直到“数据溢出”。

9 5.1 for语句 3．<循环表达式>亦可省略，但在循环语句体中必须有语句来修改循环变量，以使条件表达式的值在某一时刻为假，使程序能正常结束循环。 例如： for(sum=0, i=1; i<=100;) { sum = sum +i; i++; } 4．3个表达式均省略，即for(;;)，为无限循环，程序中要避免这种情况的发生。

10 5.1 for语句 5．条件表达式可以是关系表达式、数值表达式。只要表达式的值不等于零，就执行循环体语句。 如： for( i=0; (c=getchar())!='\n';i+=c); 6．初始表达式、循环表达式可以是逗号表达式，用来完成逗号表达式中各表达式的功能。 例如： for (sum=0, i=1; i<=100; i++, i++) 相当于： sum=0; for(i=1; i<=100; i=i+2) 7．for循环也可以嵌套，执行时是先执行最里层的循环，再执行其外一层的循环。

11 5.1 for语句 例2：编写程序，从键盘输入两个不等于零的正整数a、b（a＜b），求它们之间的几何级数的和，数学表达式为 ： 分析： ①所求级数和的初值和终值由键盘任意输入； ②题目要求初值a＜b，并且a>0，b＞0； ③如果a＞b，或者输入的值为负数，则程序提示输入错误，不进行任何计算，直接退出程序。

12 5.1 for语句 程序流程图： 程序：example5_2.c 思考： ①该算法的缺点； ②设计更好的算法。 ③假如输入的数可以为任意整数， 如果a≤b，计算 ； 如果a＞b，则计算 。 请设计算法并编写程序验证。

13 5.1 for语句 例3：编写程序，从键盘输入m和n的值，用符号“*”在屏幕上打印出如下所示具有m行n列的矩形图案。 * * * * * * * 分析： ①图案有规律，共有m行，每行有n个*号。 ②可采用循环嵌套的方式： 第1层(外层)控制行数，用i来表示，输出m行“*” ； 第2层(内层)控制列数，用j来表示，输出n列“*” 。

14 5.1 for语句 算法流程图如图所示： 虚线框内是内层循环，用来输出每一行的n个*号。 程序： example5_3.c 思考： 怎样利用for循环的嵌套，输出更多有规律的平面图案。 关键：找出图案的规律。

15 5.1 for语句 例4：编写一个可以为小学生提供加法、减法和乘法的二元算术运算练习的程序，计算100以内的两个数的和、两个数的差和两个数得的积，每次测试10 个题目，依次由学生输入答案，并由计算机判断输入的答案是否正确，最后由计算机给出简单评价。 分析： ①根据题意，组成算术表达式的操作符有3种形式： +、−、*，分别用1、2、3来代表。 ②用ops表示操作符，a，b分别代表两个操作数； ③ a，b和ops由计算机随机生成，并计算表达式的值result ； ④用户输入表达式的结果input； ⑤将input与result进行比较； ⑥通过比较的结果，给出对计算结果的评价。

16 5.1 for语句 程序算法流程图如图所示： 程序：example5_4.c 程序特别处理：如果(a>b)， 计算(a−b)；否则计算(b−a)。 思考： 1．如果每次测试的题目不止10个，需要怎样修改算法和程序？ 2．如果要求程序在结束了一组测试之后，可以继续进行测试，需要怎样修改算法和程序？ 3．如果要加入两位数的除法计算，需要怎样修改算法和程序？

17 5.2 while语句 while语句的一般形式为： while（<循环表达式>） { 循环语句； 循环变量表达式； } <循环语句>和<循环变量表达式>一起构成循环体语句。 while语句的语法功能： 1．计算<循环表达式>的值，若该值为“假”，则跳出循环，执行循环体后面的语句；若该值为“真”，则执行循环体语句。 2．重复步骤1的操作。 while语句的流程图如图所示

18 5.2 while语句 while（<循环表达式>） { 循环语句； 循环变量表达式； } 关于while语句的几点说明。 1．<循环变量表达式>不可缺少，其作用是更新计算循环变量的值，使循环能正常结束。 2．若没有<循环变量表达式>，则有可能会使程序出现无限循环而发生错误。 3．由于while循环是先判断<循环表达式>的值，后决定是否执行<循环体语句>，因此，<循环体语句>有可能一次也没有执行。

19 5.2 while语句 例5：改写程序，将例5-1所示的简单几何级数求和问题用while语句来实现。 (阅读、思考、比较)

20 5.2 while语句 例6：编写程序，从键盘输入一个正整数n，求n!。 分析：n!=n*(n−1)*(n−2)*…*2*1 （约定：n≥0，0!=1） 计算机在计算阶乘时，是从1开始计算直到n为止。 用i代表循环变量，s代表n!的结果值，则循环计算表达式：s=s*i，即可求得n！。 算法流程图如图所示。 程序： example5_6.c 思考：能否用for循环实现？

21 5.2 while语句 例7：编写程序，统计从键盘输入的字符个数（回车换行符也是一个字符），当遇到结束标志时程序结束。 分析：关键是循环计数。 设置一个累加器count（初值为0），每次从键盘输入一个字符，只要该字符的值不等于结束标志，累加器的值就增1：count=count+1； 算法流程图如图所示。 程序： example5_7.c

22 5.2 while语句 例8：阅读练习： 【例5-8】 编写程序，进行学生某门课程成绩的分类统计。从键盘输入每位学生的成绩等级，以大小写的A、B、C、D和E表示成绩等级，A为最高，D为最低。统计出总人数及各成绩段的人数，忽略回车键和空格键，以EOF作为输入结束。 思考：算法流程图的其他表示方法。

23 5.3 do-while语句 do_while语句的一般形式为： do { <循环体语句> }while(<条件表达式>); do_while语句的语法功能： 1．执行<循环体语句>， 2．计算<条件表达式>； 若该表达式的值为“真”，则执行步骤1； 若该表达式的值为“假”，则退出循环语句结构。 do_while语句的流程图如图所示 注意：要避免出现无限循环而发生错误。

24 5.3 do-while语句 集中循环的特点比较： ① do_while与while和for循环的区别：
② for循环和while循环的算法流程图描述是一致的。 ③ for循环适合于循环次数确定的情况。 ④ 对大多数问题，do_while、while和for循环是可以互换的。

25 5.3 do-while语句 例9：求几何级数的和： 用do_while语句的形式实现。 分析：循环变量i的值从1～100递增，i的初值为1、终值为100， 累加器sum的初值为0 循环计算：sum=sum+i。 算法流程图如图所示。 程序：exam5_9.c

26 5.3 do-while语句 例10：编写程序，从键盘输入x的值，求 ，直到最后一项绝对值小于le−7（即10−7）为止（注：x为弧度值）。 分析：关键是对多项式进行分解计算。 ① 第1项为x； ②从第2项开始，每一项都是前一项乘以一个因子： (n=3,5,7,9……) ③用s代表sin x的值，s的初值为0； 用t代表每一项的值，t的初值为x； 从第2项开始，后面每1项的值为： (n=3,5,7,9……) ④循环计算表达式：s=s+t；直到t的值满足精度要求为止。

27 5.3 do-while语句 算法流程图如图所示。 程序： example5_10.c 思考： ① 程序怎样控制计算的精度？ ② 可否用while和for循环来实现？ ③ 其他算法。

28 5.4 用于循环中的break语句和continue语句
1．break语句 break语句可用于分支结构和循环语句结构。 break语句的作用： 跳出当前的控制结构。  在循环语句中，要谨慎使用break语句。 常用于循环语句体内某一个if条件分支的语句中，用来表示在循环过程中满足某一条件时，结束循环。

29 5.4 用于循环中的break语句和continue语句
例11：编写程序，求圆面积在100平方米为以内的半径，输出所有满足条件的半径值和圆面积的值，并输出第1个大于100的圆半径和圆面积。 分析：计算圆面积的表达式为：r2。 ① 依次取半径为1，2，3…，循环计算圆的面积area； ② 当area>100时结束。 算法流程图如图所示，外层虚线框为循环结构，内层虚线框为if结构。 程序： example5_11

30 5.4 用于循环中的break语句和continue语句
提示 ①循环结构中若采用了break语句，其算法结构属于非结构化的设计。 ②用于结束当前循环语句的break语句都可以修改成不使用break语句的形式。 ③应尽量避免使用break语句，满足结构化的要求。 思考： 怎样修改例11的程序，使其成为结构化的程序。

31 5.4 用于循环中的break语句和continue语句
2．continue语句 continue语句的一般形式为： continue; continue的语法规则： 结束本次循环，提前进入下一轮循环。 注意： ① continue语句不会跳出循环结构，而是提前进行下一个循环。 ②while语句和do_while语句遇到continue时，程序会立刻转到条件表达式，开始下一轮循环；而在for语句中遇到continue时，程序会立刻转到〈循环表达式〉，更新循环变量，开始下一轮循环。

32 5.4 用于循环中的break语句和continue语句
例12：编写程序，输出在50～100中不能被3整除的数。 分析：对任意正整数n，若n%3≠0，则输出该数n； 如果n%3＝0，则不输出该数n。 算法流程图如图所示： 程序：example5_12.c 思考： 不使用continue语句，怎样修改程序？

33 5.4 用于循环中的break语句和continue语句
提示 continue语句同break语句一样，也有可能会破坏程序的结构化，使程序成为非结构化的程序，因此，应当尽量避免使用continue语句。

34 5.4 用于循环中的break语句和continue语句
例13：编写程序，循环地从键盘输入整数，计算并输出数的个数、总和以及算术平均值，若输入了数字0，则不计入总数，以结束标志作为输入的结束。 分析：假设从键盘输入的整数为n，数据的个数为count，数据的总和为sum，算术平均值为average。 ①如果n=0，则计数count的值不增加，不计入总和； 否则count的值增1，总合sum=sum+n。 ②最后的算术平均值为average=sum/n。 算法流程图如图所示： 程序：example5_ 13.c 思考： 不使用continue语句，怎样修改程序？

35 5.4 用于循环中的break语句和continue语句
比较break语句和continue语句的区别： 例14：阅读程序： example5_14.c 和example5_14a.c。比较break语句和continue语句在程序中的区别。 注意： 为确保算法的结构化，清尽量不用或少用break和continue语句。

36 5.5 循环结构的嵌套 循环结构的嵌套，指的是在某一种循环结构的语句中包含有另一个循环结构。 理论上，循环嵌套的深度不受限制，但实际中不提倡使用嵌套层次太多的循环结构。 循环结构嵌套时，要注意： ①嵌套的层次不能交叉； ② 嵌套的内外层循环不能使用同名的循环变量； ③并列结构的内外层循环允许使用同名的循环变量。

37 5.5 循环结构的嵌套 例15：编写程序，在屏幕上输出阶梯形式的乘法口诀表。 分析；乘法口诀表可以由9行9列来表示，其中第i行有i列。 利用循环嵌套，算法流程图如图所示： 程序： example5_15.c

38 5.6 goto语句 goto语句是一种无条件转向语句，可以用在程序的任何地方。 goto语句的一般形式为： goto <语句标号>; goto语句的作用：转到标号语句所在的地方继续执行。 说明： ① <语句标号>为任何合法的标识符； ② <语句标号>放在某个语句前面并加上冒号“:”作为语句的标号； ③ <语句标号>只对goto 语句有意义，带有标号的语句被称作标号语句。 例如：error:、end:、exp:等均为合法的语句的标号。

39 5.6 goto语句 特别提示  goto语句是一种非结构化的语句。 goto语句会破坏结构化程序的逻辑结构，严重时会造成程序错误，因此，在程序设计中应尽量少用或不用goto语句。  goto语句常用于在深层嵌套的情况下从里层完全退出到嵌套的最外层。 如： for() { ……; if (mistake) goto error; } error: ……;

40 5.6 goto语句 例16：阅读【例5-16】，用 goto语句计算简单几何级数的和。 回顾该问题的其他解决方案。 例17：编写程序，输出40以内的能同时被3和4整除的数。 分别给出两种算法： ①使用goto语句。

41 5.6 goto语句 算法流程图： 或： 算法为非结构化的 程序：example5_17.c

42 5.6 goto语句 ②不使用goto语句来实现。 算法流程图： 程序： example5_18.c 比较例5-17和例5-18的算法。 思考结构化算法的思想。

43 5.7 程 序 范 例 【例5-19】 编写程序，输出ASCⅡ序列中从33～127（十进制）的字符对照表。 算法核心：简单的循环输出。 【例5-20】 设公鸡每只5元，母鸡每只3元，小鸡每元3只，现用100元钱买100只鸡，编写一个程序，算出可以各买多少只鸡？ 算法核心：循环嵌套。

44 5.7 程 序 范 例 【例5-21】 编写程序，在屏幕上输出下面的结果，输出数据的行数通过键盘输入，要求在5～20行之间。 算法核心：分析输出数据的规律，简单循环结构。

45 5.7 程 序 范 例 算法核心：分析输出数据的规律，用循环嵌套。
5.7 程 序 范 例 【例5-22】 输出如图5-19所示的图案，图案的最大宽度值（水平方向*号的个数）由键盘输入。要求最大的宽度值必须为奇数。 算法核心：分析输出数据的规律，用循环嵌套。

46 5.8 本 章 小 结 1.主要讨论了3种循环语句：for、while和do_while循环。 2.了解了break 语句、 continue 语句和goto语句的作用。 3.3种循环可互相嵌套以构成各种混合嵌套结构。 4.while循环和for循环都要先判断条件再执行循环体语句，因此，有可能一次也不执行循环体语句，而do_while循环不论怎样都会先执行一次循环体语句。 5.使用循环结构时要注意避免以下几个方面的问题。 ①循环体语句为复合语句，但没有使用花括号。 ②程序发生无限循环。 ③混淆break 语句与continue语句的功能。

47 本 章 习 题 一、填空题。 【题5.1】——【题5.10】 二、单选题。 【题5.11】——【题5.18】 三、编程题。 【题5.22】 【题5.23】 【题5.26】 【题5.227】 【题5.29】 【题5.39】 【题5.43】 附加：编写程序输出下面7种图案。