C语言循环结构详解

在C语言中，循环结构是一种重要的控制结构，它允许我们重复执行一段代码，以达到特定的目的。循环结构可以帮助我们简化重复性的任务，提高代码的效率。本篇文章将深入探讨C语言中的循环结构，包括 while 循环、for 循环、do-while 循环以及循环中的控制语句。

1. while 循环

1.1 while 循环的基本语法

while 循环是C语言中最基本的循环结构之一。它的基本语法如下：

while (条件) {
    // 循环体代码
}

在这个语法结构中，条件是一个布尔表达式，当条件为真时，循环体中的代码将被执行。如果条件为假，则跳过循环体，继续执行后续的代码。

1.2 while 循环的执行流程

首先，计算条件的值。
如果条件为真，则执行循环体中的代码。
执行完循环体后，再次计算条件的值。
如果条件仍为真，则继续执行循环体，重复步骤3。
如果条件为假，则跳出循环，继续执行后续的代码。

1.3 if 和 while的混淆处

在使用 while 循环时，有时候容易与if语句混淆。尤其是当条件的判断较为复杂时，我们需要仔细区分两者的使用场景。

if 语句用于在特定条件下执行一段代码，而 while 循环用于重复执行一段代码，直到条件不满足为止。

在使用 while 循环时，需要确保循环体内部的代码能够改变条件的值，以免陷入无限循环的情况。

2. for 循环

2.1 for 循环的基本语法

for 循环是C语言中常用的循环结构，它的基本语法如下：

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

在这个语法结构中，初始化表达式用于初始化循环变量，条件表达式用于判断循环是否继续执行，更新表达式用于更新循环变量的值。

2.2 for 循环的执行流程

首先，执行初始化表达式，初始化循环变量。
然后，计算条件表达式的值。
如果条件为真，则执行循环体中的代码。
执行完循环体后，执行更新表达式，更新循环变量的值。
再次计算条件表达式的值。
如果条件仍为真，则继续执行循环体和更新表达式，重复步骤5。
如果条件为假，则跳出循环，继续执行后续的代码。

2.3 for 循环的易错之处

首先，需要确保循环变量在循环体内部被更新，以免陷入无限循环的情况。

其次，循环变量的作用范围仅限于for循环内部，如果在循环外部使用循环变量，可能会导致编译错误。

另外，初始化表达式、条件表达式和更新表达式都可以为空，但分号必须保留。

2.4 while 循环和 for 循环对比

	while循环	for循环
语法	while (条件) { // 循环体代码 }	for (初始化表达式; 条件表达式; 更新表达式) { // 循环体代码 }
使用场景	循环次数不确定时	循环次数已知或可计算时
循环变量	需要在循环体内部手动更新	在循环结构中自动更新
作用范围	循环外部无法访问循环变量	仅限于for循环内部

3 do-while 循环

3.1 do-while 循环的基本语法

do-while循环是C语言中另一种常用的循环结构，它的基本语法如下：

do {
    // 循环体代码
} while (条件);

在这个语法结构中，先执行循环体中的代码，然后再计算条件的值。如果条件为真，则继续执行循环体，重复以上步骤。如果条件为假，则跳出循环，继续执行后续的代码。

3.2 do-while 的执行流程

首先，执行循环体中的代码。
然后，计算条件的值。
如果条件为真，则继续执行循环体，重复步骤1和2。
如果条件为假，则跳出循环，继续执行后续的代码。

与 while 循环和 for 循环不同的是，do-while 循环保证循环体至少执行一次，即使条件一开始就为假。

3.3 3 种循环如何选择？

在选择使用 while 循环、for 循环还是 do-while 循环时，还是需要根据具体的需求和情况进行判断，以下我列出一个比较常规的判断方式，仅供参考。

如果循环次数不确定且至少要执行一次循环体，可以使用 do-while 循环。
如果循环次数已知或可计算，并且需要在循环结构中自动更新循环变量，可以使用 for 循环。
如果仅需要根据条件判断是否执行循环体，可以使用 while 循环。

4 循环中跳出

4.1 break 语句

在循环结构中，使用 break 语句可以提前跳出循环，即使条件仍然满足。

下面是一个使用 break 语句打印1~4范围数字的示例：

int i;

for (i = 1; i <= 10; i++) {
    if (i == 5) {
        break;
    }
    printf("%d ", i);
}

// 输出结果：1 2 3 4

在这个示例中，当循环变量i等于5时，执行 break 语句，跳出循环。

4.2 continue 语句

在循环结构中，使用 continue 语句可以提前结束当前循环的迭代，直接进入下一次迭代。

下面是一个使用 continue 语句只打印10以内奇数的示例：

int i;

for (i = 1; i <= 10; i++) {
    if (i % 2 == 0) {
        continue;
    }
    printf("%d ", i);
}

// 输出结果：1 3 5 7 9

在这个示例中，当循环变量 i 为偶数时，执行 continue 语句，跳过当前迭代，直接进入下一次迭代。

使用 break 和 continue 语句可以灵活地控制循环的执行流程，以满足特定的需求。

5 循环嵌套

循环嵌套是指在一个循环结构内部嵌套另一个循环结构。通过循环嵌套，我们可以实现更复杂的循环逻辑。

下面是一个使用循环嵌套打印乘法表的示例：

int i, j;

for (i = 1; i <= 9; i++) {
    for (j = 1; j <= i; j++) {
        printf("%d * %d = %d\\t", j, i, i * j);
    }
    printf("\\n");
}

在这个示例中，外层循环控制乘法表的行数，内层循环控制每行的列数。通过嵌套循环，我们可以逐行逐列地打印乘法表的内容。

循环嵌套可以实现更复杂的循环逻辑，但需要注意循环变量的作用范围和循环条件的控制，以避免陷入无限循环的情况。

循环嵌套如果不做出一定的优化，性能上是有很严重的问题的哦，特别是多重嵌套的循环，学过数据结构与算法的朋友应该是明白的。

6 goto 语句

6.1 基本使用

在C语言中，goto 语句可以用于无条件地跳转到程序中的标记位置。它可以在一定程度上改变程序的执行流程，但过度使用 goto 语句可能会导致代码难以理解和维护。

下面是一个使用 goto 语句实现循环打印数字1~10的示例：

int i = 1;

loop:
    printf("%d ", i);
    i++;

    if (i <= 10) {
        goto loop;
    }

在这个示例中，使用 goto 语句将程序跳转到标记位置 loop，实现了循环的效果。

6.2 注意事项

应该避免过度使用 goto 语句，以保持代码的可读性和可维护性。
确保跳转的目标位置在当前作用域内，以避免跨作用域的问题。
注意避免形成死循环或无限循环，以免程序无法正常结束。