C语言循环结构程序设计详解

晚霞的不甘

发布于 2025-12-23 10:17:21

2080

一、C语言循环结构概述

C语言提供了三种循环结构：for、while、do-while，用于重复执行代码块直到满足特定条件。

二、for循环

基本语法

for (初始化表达式; 条件表达式; 更新表达式) {
    // 循环体
}

示例代码

#include <stdio.h>

int main() {
    // 示例1：打印1-10
    printf("1-10的数字：");
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    // 示例2：计算1-100的和
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        sum += i;
    }
    printf("1-100的和：%d\n", sum);
    
    return 0;
}

for循环的变体

#include <stdio.h>

int main() {
    // 省略初始化表达式
    int i = 1;
    for (; i <= 5; i++) {
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    // 省略更新表达式
    int j = 1;
    for (; j <= 3;) {
        printf("%d ", j);
        j++;
    }
    printf("\n");
    
    // 无限循环
    /*
    for (;;) {
        printf("无限循环\n");
    }
    */
    
    return 0;
}

三、while循环

基本语法

while (条件表达式) {
    // 循环体
}

示例代码

#include <stdio.h>

int main() {
    // 示例1：计算1-100的和
    int sum = 0, i = 1;
    while (i <= 100) {
        sum += i;
        i++;
    }
    printf("1-100的和：%d\n", sum);
    
    // 示例2：用户输入验证
    int password;
    printf("请输入密码（123456）：");
    scanf("%d", &password);
    
    while (password != 123456) {
        printf("密码错误，请重新输入：");
        scanf("%d", &password);
    }
    printf("登录成功！\n");
    
    return 0;
}

四、do-while循环

基本语法

do {
    // 循环体
} while (条件表达式);

示例代码

#include <stdio.h>

int main() {
    // 示例1：至少执行一次
    int count = 0;
    do {
        printf("这是第%d次执行\n", ++count);
    } while (count < 3);
    
    // 示例2：菜单选择
    int choice;
    do {
        printf("\n=== 菜单 ===\n");
        printf("1. 开始游戏\n");
        printf("2. 设置\n");
        printf("3. 退出\n");
        printf("请选择：");
        scanf("%d", &choice);
        
        switch (choice) {
            case 1:
                printf("开始游戏...\n");
                break;
            case 2:
                printf("进入设置...\n");
                break;
            case 3:
                printf("退出程序\n");
                break;
            default:
                printf("无效选择，请重新输入！\n");
        }
    } while (choice != 3);
    
    return 0;
}

五、循环控制语句

break语句

#include <stdio.h>

int main() {
    // 在循环中找到第一个满足条件的数
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        if (i % 7 == 0 && i % 5 == 0) {
            printf("找到第一个能被7和5整除的数：%d\n", i);
            break;
        }
    }
    
    // 在switch中使用break
    int num = 2;
    switch (num) {
        case 1:
            printf("数字1\n");
            break;
        case 2:
            printf("数字2\n");
            break;
        default:
            printf("其他数字\n");
    }
    
    return 0;
}

continue语句

#include <stdio.h>

int main() {
    // 打印1-10中的奇数
    printf("1-10中的奇数：");
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i % 2 == 0) {
            continue;  // 跳过偶数
        }
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    // 跳过特定数字
    printf("跳过数字5：");
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i == 5) {
            continue;
        }
        printf("%d ", i);
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

六、嵌套循环

示例代码

#include <stdio.h>

int main() {
    // 打印九九乘法表
    printf("=== 九九乘法表 ===\n");
    for (int i = 1; i <= 9; i++) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            printf("%d×%d=%-2d ", j, i, i * j);
        }
        printf("\n");
    }
    
    // 打印直角三角形
    printf("\n=== 直角三角形 ===\n");
    int rows = 5;
    for (int i = 1; i <= rows; i++) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            printf("* ");
        }
        printf("\n");
    }
    
    // 打印等腰三角形
    printf("\n=== 等腰三角形 ===\n");
    for (int i = 1; i <= rows; i++) {
        // 打印空格
        for (int j = 1; j <= rows - i; j++) {
            printf(" ");
        }
        // 打印星号
        for (int k = 1; k <= 2 * i - 1; k++) {
            printf("*");
        }
        printf("\n");
    }
    
    return 0;
}

七、经典例题讲解

例题1：斐波那契数列

#include <stdio.h>

int main() {
    int n;
    printf("请输入要生成的斐波那契数列项数：");
    scanf("%d", &n);
    
    long long a = 0, b = 1, next;
    
    printf("斐波那契数列前%d项：\n", n);
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        if (i == 1) {
            printf("%lld ", a);
        } else if (i == 2) {
            printf("%lld ", b);
        } else {
            next = a + b;
            printf("%lld ", next);
            a = b;
            b = next;
        }
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

例题2：判断质数

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

int isPrime(int n) {
    if (n < 2) return 0;
    if (n == 2) return 1;
    if (n % 2 == 0) return 0;
    
    for (int i = 3; i <= sqrt(n); i += 2) {
        if (n % i == 0) {
            return 0;
        }
    }
    return 1;
}

int main() {
    int num;
    printf("请输入一个整数：");
    scanf("%d", &num);
    
    if (isPrime(num)) {
        printf("%d是质数\n", num);
    } else {
        printf("%d不是质数\n", num);
    }
    
    // 找出100以内的所有质数
    printf("\n100以内的质数：\n");
    for (int i = 2; i <= 100; i++) {
        if (isPrime(i)) {
            printf("%d ", i);
        }
    }
    printf("\n");
    
    return 0;
}

例题3：水仙花数

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

int main() {
    printf("水仙花数（三位数）：\n");
    
    for (int num = 100; num < 1000; num++) {
        int hundreds = num / 100;
        int tens = (num % 100) / 10;
        int units = num % 10;
        
        int sum = pow(hundreds, 3) + pow(tens, 3) + pow(units, 3);
        
        if (sum == num) {
            printf("%d = %d³ + %d³ + %d³\n", 
                   num, hundreds, tens, units);
        }
    }
    
    return 0;
}

例题4：冒泡排序

#include <stdio.h>

void bubbleSort(int arr[], int n) {
    for (int i = 0; i < n - 1; i++) {
        for (int j = 0; j < n - i - 1; j++) {
            if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                // 交换元素
                int temp = arr[j];
                arr[j] = arr[j + 1];
                arr[j + 1] = temp;
            }
        }
    }
}

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

int main() {
    int arr[] = {64, 34, 25, 12, 22, 11, 90};
    int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]);
    
    printf("排序前：");
    printArray(arr, n);
    
    bubbleSort(arr, n);
    
    printf("排序后：");
    printArray(arr, n);
    
    return 0;
}

例题5：数字金字塔

#include <stdio.h>

int main() {
    int rows;
    printf("请输入金字塔的行数：");
    scanf("%d", &rows);
    
    for (int i = 1; i <= rows; i++) {
        // 打印前导空格
        for (int j = 1; j <= rows - i; j++) {
            printf(" ");
        }
        
        // 打印递增数字
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            printf("%d", j);
        }
        
        // 打印递减数字
        for (int j = i - 1; j >= 1; j--) {
            printf("%d", j);
        }
        
        printf("\n");
    }
    
    return 0;
}

八、综合练习题

练习1：阶乘计算

#include <stdio.h>

int main() {
    int n;
    long long factorial = 1;
    
    printf("请输入一个正整数：");
    scanf("%d", &n);
    
    if (n < 0) {
        printf("错误：负数没有阶乘！\n");
    } else {
        for (int i = 1; i <= n; i++) {
            factorial *= i;
        }
        printf("%d! = %lld\n", n, factorial);
    }
    
    return 0;
}

练习2：最大公约数和最小公倍数

#include <stdio.h>

int main() {
    int a, b, gcd, lcm;
    
    printf("请输入两个正整数：");
    scanf("%d %d", &a, &b);
    
    // 计算最大公约数
    int x = a, y = b;
    while (y != 0) {
        int temp = y;
        y = x % y;
        x = temp;
    }
    gcd = x;
    
    // 计算最小公倍数
    lcm = (a * b) / gcd;
    
    printf("%d和%d的最大公约数是：%d\n", a, b, gcd);
    printf("%d和%d的最小公倍数是：%d\n", a, b, lcm);
    
    return 0;
}

练习3：素数筛法（埃拉托斯特尼筛法）

#include <stdio.h>
#include <string.h>

#define MAX 1000

int main() {
    int isPrime[MAX + 1];
    memset(isPrime, 1, sizeof(isPrime));  // 初始化为都是素数
    
    isPrime[0] = isPrime[1] = 0;  // 0和1不是素数
    
    // 埃拉托斯特尼筛法
    for (int i = 2; i * i <= MAX; i++) {
        if (isPrime[i]) {
            for (int j = i * i; j <= MAX; j += i) {
                isPrime[j] = 0;
            }
        }
    }
    
    printf("1-%d之间的素数：\n", MAX);
    int count = 0;
    for (int i = 2; i <= MAX; i++) {
        if (isPrime[i]) {
            printf("%d ", i);
            count++;
            if (count % 10 == 0) printf("\n");
        }
    }
    printf("\n总共%d个素数\n", count);
    
    return 0;
}

九、循环优化技巧

1. 减少循环内部计算

// 优化前
for (int i = 0; i < strlen(str); i++) {
    // ...
}

// 优化后
int len = strlen(str);
for (int i = 0; i < len; i++) {
    // ...
}

1. 使用寄存器变量

register int i;
for (i = 0; i < 1000; i++) {
    // 频繁使用的变量
}

1. 循环展开

// 普通循环
for (int i = 0; i < 100; i++) {
    process(i);
}

// 循环展开
for (int i = 0; i < 100; i += 4) {
    process(i);
    process(i + 1);
    process(i + 2);
    process(i + 3);
}

十、常见错误和注意事项

1. 无限循环

// 错误示例
int i = 0;
while (i < 10) {
    printf("%d ", i);
    // 忘记 i++ 会导致无限循环
}

// 正确写法
int i = 0;
while (i < 10) {
    printf("%d ", i);
    i++;
}

1. 数组越界

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};

// 错误：数组越界
for (int i = 0; i <= 5; i++) {
    printf("%d ", arr[i]);
}

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

通过以上详细讲解和丰富的例题，相信你已经掌握了C语言循环结构的核心概念和应用技巧。建议多加练习，逐步提高编程能力。

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