C语言拓展第五期：循环

Posted 2021-04-25 Fun趣课堂

C语言循环篇（二）

写在前面：

之前在C语言循环篇（一）中我们初步学习了for、while、do-while的基本语法，那么接下来我们将来更加深入地探索使用循环我们可以办到的事情。

我们现在可以办到的事情其实还是相当有限的，但其实我们已经可以将目前的知识用于解决一些实际问题了。

鸡兔同笼问题

小学的数学课（或者算数课）肯定会讲到一道题，叫做鸡兔同笼问题，问题描述很简单，有一堆兔子和鸡被装在一个笼子里，已知的是它们的总数和脚的总数，最简单的方法是利用一个二元一次方程组来解决问题（设鸡的数量为x只，兔子为y只，总共有59只，总共的脚有172个）：

然后愉快地解出这个方程式就好，那么我们能不能用程序解决这个问题呢？答案自然是肯定的，先让我们看一下这个使用到 循环和判断的程序：

 
   
   
 

  
    
    
  #include<stdio.h>

int main(){
 int chicken_nums = 0;
 int rabbit_nums = 0;
 for(chicken_nums = 0; chicken_nums <= 59; chicken_nums++){ // 第一个chicken_nums可以不写，因为已经在外部初始化了
 rabbit_nums = 59 - chicken_nums;
 if(2 * chicken_nums + 4 * rabbit_nums == 172){ // 一定注意在C语言（或其他绝大多数语言）中“=”是赋值符号，而“==”才是判断是否相等的符号
 printf("鸡的数量为%d，兔子的数量为%d",chicken_nums, rabbit_nums);
 break;
 }
 if(chicken_nums == 59)
 printf("该问题无解");
 }
 return 0;
}

 
   
   
 

在上面那段程序中在一个for循环中还嵌套了两个if语句，整个程序的执行顺序是这样的：

 
   
   
 

  
    
    
  循环开始，初始化chicken_nums = 0，判断是否继续执行的条件为：chicken_nums <= 59，执行完毕后将自加1
|
|-定义rabit_nums的值，保证其与chicken_nums相加为59
|
|-if语句：如果假定的鸡兔数量的脚的总数符合题目要求，则打印答案并跳出循环
|
|-if语句：如果此时chicken_nums的值已经为59（即已经遍历了所有答案但都不对），则此问题无解

 
   
   
 

可以看到通过这样的一次循环我们遍历了所有可能的答案，这也就是“穷举法”，另外在这段程序中多了一个break语句：

 
   
   
 

  
    
    
  for(;;){ // 这里也可以是while或do-while
 ...
 break;
 ...
}

 
   
   
 

这个break可以在任何地方，上面的例子中它就在一个判断语句里（但一定要保证它必须在一个循环的循环体中），它的作用就是 立即跳出当前所在循环体的循环。

也就是如果它在一个 循环嵌套的语句中，那么在下面这种情况下只会跳出嵌套的循环语句（外部循环依旧执行）：

 
   
   
 

  
    
    
  for(;;){
 for(;;){
 break;
 }
}

 
   
   
 

与break相对应的就是continue，他的作用是跳出当前的一次循环，直接进入下一次循环中，下面举个例子：

 
   
   
 

  
    
    
  #include <stdio.h>

int main(){
 for(int i = 0; i <= 10; i++){
 if(i == 5)
 continue;
 printf("%d\n", i);
 }
 return 0;
}

 
   
   
 

可以从结果看到最后打印跳过了5，但如果把continnue换成break，那么结果将变为：

接下来让我们看一个应用循环嵌套的实际例子：

解下列一个三元一次方程

 
   
   
 

  
    
    
  #include <stdio.h>

int main(){
 int x = 0;
 int y = 0;
 int z = 0;
 while(1){
 y = 0;
 while(1){
 z = 0;
 while(1){
 if(2 * x + 3 * y + z == 6 && x - y + 2 * z == 2 && x + 2 * y - z == 2){
 printf("x=%d, y=%d, z=%d", x, y, z);
 return 1;
 }
 if(z == 20)
 break;
 z++;
 }
 if(y == 20)
 break;
 y++;
 }
 if(x == 20)
 break;
 x++;
 }
 printf("该问题无解");
 return 0;

 
   
   
 
 
   
   
 

  
    
    
  }
 
   
   
 

while(1)表示该循环会一直执行下去，包括for也是，判断循环执行的条件只要为真，循环就会执行，而在C语言中0也可以表示假，1（或其他整数）也可以表示真。

上面这个程序可能看起来相当眼晕，但只要分清楚每一层循环在干什么，整个问题也就清晰可见了：

 
   
   
 

  
    
    
  // 第一层循环：
while(1):
 y = 0; // 保证每次当x自增时，y重新从0开始
 ......
 if(x === 20) // 若x到达上限则跳出当前循环，也可以在定义循环时写while(x <= 20)
 break;
 x++;

// 第二层循环和第一层几乎一样：
while(1):
 z = 0; // 保证每次当x自增时，z重新从0开始
 ......
 if(y === 20) // 若x到达上限则跳出当前循环，也可以在定义循环时写while(y <= 20)
 break;
 y++;

// 第三层循环则在此基础上稍加了一个判断条件：
while(1){
 if(2 * x + 3 * y + z == 6 && x - y + 2 * z == 2 && x + 2 * y - z == 2){ // 如果找到答案，则打印并且跳出main函数
 printf("x=%d, y=%d, z=%d", x, y, z);
 return 1;
 }
 if(z == 20)
 break;
 z++;

 
   
   
 

先不谈论遇到的新符号&&和return关键字，通过梳理我们可以理出整个循环遍历所有可能答案时的顺序：

 
   
   
 

  
    
    
  // 第1次循环：
x=0,y=0,z=0
// 第2次循环：
x=0,y=0,z=1
// 第3次循环：
x=0,y=0,z=2
......
// 第21次循环：
x=0,y=0,z=20
// 第22次循环：
x=0,y=1,z=0
// 第23次循环：
x=0,y=1,z=0
......
// 第441次循环：
x=0,y=20,z=20
// 第442次循环：
x=1,y=0,z=0
......
// 第463次循环：
x=1,y=1,z=0
// 第464次循环：
x=1,y=1,z=1
判断条件成功，打印结果并退出

 
   
   
 

接下来说说&&代表的意思，这个符号是“逻辑与”，代表着两边的条件必须同为真才能返回真，比如：

 
   
   
 

  
    
    
  1 < 2 && 2 < 3 // 返回真，因为两边都为真
    1 > 2 && 2 < 3 // 返回假，因为两边不全为真
    1 > 2 && 2 > 3 // 返回假，因为两边不全为真

 
   
   
 

当然还有“逻辑或”以及“逻辑非”等符号，这些符号等我们遇到再做解释。

最后就是return这个关键字了，就像break跳出循环一样，当程序执行遇到它是会直接跳出当前的函数，像我们目前为止写过的所有例子都是在main函数里完成的，当程序执行到return后就会直接中止掉当前函数，因此后面的循环和打印语句就不会再发生了。

C语言规定程序的入口必须为main函数，也就是一个程序中有且只能有一个main函数存在，这也就是我们所有的例子都写在main函数中的原因。

最后，在写循环嵌套结构的时候要注意整个逻辑链的正确，最好能画个NS图或者在纸上写一下流程再着手遍程也不晚。