C++语言教程

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C++ 循环 ​

循环用于重复执行一段代码，直到满足特定条件。C++ 提供了三种循环语句：for循环、while循环和do-while循环。

1. for 循环 ​

for循环是最常用的循环结构，适用于已知循环次数的情况。

1.1 基本语法 ​

cpp
for (初始化; 条件; 更新) {
    // 循环体
}

1.2 示例 ​

cpp
#include <iostream>

int main() {
    // 打印 1 到 10
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    
    // 计算 1 到 100 的和
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        sum += i;
    }
    std::cout << "1 到 100 的和: " << sum << std::endl;
    
    return 0;
}

1.3 范围 for 循环（C++11） ​

范围 for 循环用于遍历容器或数组：

cpp
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    // 遍历数组
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int x : arr) {
        std::cout << x << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    
    // 遍历 vector
    std::vector<int> vec = {10, 20, 30, 40, 50};
    for (int x : vec) {
        std::cout << x << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    
    // 使用引用修改元素
    for (int& x : vec) {
        x *= 2;
    }
    for (int x : vec) {
        std::cout << x << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

2. while 循环 ​

while循环在条件为真时重复执行循环体，适用于不知道循环次数的情况。

2.1 基本语法 ​

cpp
while (条件) {
    // 循环体
}

2.2 示例 ​

cpp
#include <iostream>

int main() {
    // 打印 1 到 10
    int i = 1;
    while (i <= 10) {
        std::cout << i << " ";
        i++;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    // 计算 1 到 100 的和
    int sum = 0;
    i = 1;
    while (i <= 100) {
        sum += i;
        i++;
    }
    std::cout << "1 到 100 的和: " << sum << std::endl;
    
    return 0;
}

3. do-while 循环 ​

do-while循环先执行一次循环体，然后检查条件。即使条件为假，循环体也会至少执行一次。

3.1 基本语法 ​

cpp
do {
    // 循环体
} while (条件);

3.2 示例 ​

cpp
#include <iostream>

int main() {
    // 打印 1 到 10
    int i = 1;
    do {
        std::cout << i << " ";
        i++;
    } while (i <= 10);
    std::cout << std::endl;
    
    // 至少执行一次
    int count = 0;
    do {
        std::cout << "这个循环至少执行一次" << std::endl;
        count++;
    } while (count > 10);
    
    return 0;
}

4. 循环控制语句 ​

4.1 break 语句 ​

break语句用于立即退出循环：

cpp
#include <iostream>

int main() {
    // 找到第一个大于 100 的数
    for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
        if (i > 100) {
            std::cout << "第一个大于 100 的数: " << i << std::endl;
            break;
        }
    }
    
    return 0;
}

4.2 continue 语句 ​

continue语句用于跳过当前迭代，继续下一次迭代：

cpp
#include <iostream>

int main() {
    // 打印 1 到 10 中的偶数
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i % 2 != 0) {
            continue;  // 跳过奇数
        }
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

4.3 goto 语句 ​

goto语句用于无条件跳转到指定的标签，但通常不推荐使用：

cpp
#include <iostream>

int main() {
    int i = 0;
    
    start:
    std::cout << i << " ";
    i++;
    
    if (i <= 10) {
        goto start;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

5. 嵌套循环 ​

循环可以嵌套使用，即在一个循环内部再使用另一个循环。

5.1 示例 ​

cpp
#include <iostream>

int main() {
    // 打印乘法表
    for (int i = 1; i <= 9; i++) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            std::cout << j << " × " << i << " = " << i * j << "\t";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
    
    return 0;
}

6. 无限循环 ​

无限循环是指永远不会结束的循环，通常用于需要持续运行程序的情况。

6.1 示例 ​

cpp
#include <iostream>

int main() {
    // 无限循环（需要手动终止）
    while (true) {
        std::cout << "这是一个无限循环" << std::endl;
        break;  // 添加 break 来终止循环
    }
    
    // 另一种无限循环
    for (;;) {
        std::cout << "这也是一个无限循环" << std::endl;
        break;  // 添加 break 来终止循环
    }
    
    return 0;
}

7. 循环的应用示例 ​

7.1 计算阶乘 ​

cpp
#include <iostream>

int main() {
    int n = 5;
    int factorial = 1;
    
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        factorial *= i;
    }
    
    std::cout << n << "! = " << factorial << std::endl;
    
    return 0;
}

7.2 斐波那契数列 ​

cpp
#include <iostream>

int main() {
    int n = 10;
    int first = 0, second = 1;
    
    std::cout << "斐波那契数列前 " << n << " 项: ";
    for (int i = 0; i < n; i++) {
        std::cout << first << " ";
        int next = first + second;
        first = second;
        second = next;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    return 0;
}

7.3 判断素数 ​

cpp
#include <iostream>
#include <cmath>

bool is_prime(int n) {
    if (n <= 1) {
        return false;
    }
    for (int i = 2; i <= sqrt(n); i++) {
        if (n % i == 0) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

int main() {
    int n = 17;
    if (is_prime(n)) {
        std::cout << n << " 是素数" << std::endl;
    } else {
        std::cout << n << " 不是素数" << std::endl;
    }
    
    return 0;
}

8. 示例：综合运用 ​

现在，让我们看一个综合运用各种循环的例子：

cpp
#include <iostream>
#include <vector>
#include <cmath>

// 判断素数
bool is_prime(int n) {
    if (n <= 1) {
        return false;
    }
    for (int i = 2; i <= sqrt(n); i++) {
        if (n % i == 0) {
            return false;
        }
    }
    return true;
}

int main() {
    // for 循环：打印 1 到 10
    std::cout << "for 循环：打印 1 到 10" << std::endl;
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << "\n\n";
    
    // while 循环：计算 1 到 100 的和
    std::cout << "while 循环：计算 1 到 100 的和" << std::endl;
    int sum = 0;
    int i = 1;
    while (i <= 100) {
        sum += i;
        i++;
    }
    std::cout << "和: " << sum << "\n\n";
    
    // do-while 循环：至少执行一次
    std::cout << "do-while 循环：至少执行一次" << std::endl;
    int count = 0;
    do {
        std::cout << "这个循环至少执行一次" << std::endl;
        count++;
    } while (count > 10);
    std::cout << std::endl;
    
    // 范围 for 循环：遍历 vector
    std::cout << "范围 for 循环：遍历 vector" << std::endl;
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int x : vec) {
        std::cout << x << " ";
    }
    std::cout << "\n\n";
    
    // break 语句：找到第一个大于 100 的数
    std::cout << "break 语句：找到第一个大于 100 的数" << std::endl;
    for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
        if (i > 100) {
            std::cout << "第一个大于 100 的数: " << i << "\n\n";
            break;
        }
    }
    
    // continue 语句：打印偶数
    std::cout << "continue 语句：打印 1 到 10 中的偶数" << std::endl;
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i % 2 != 0) {
            continue;
        }
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << "\n\n";
    
    // 嵌套循环：打印乘法表
    std::cout << "嵌套循环：打印乘法表" << std::endl;
    for (int i = 1; i <= 9; i++) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            std::cout << j << " × " << i << " = " << i * j << "\t";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
    std::cout << std::endl;
    
    // 计算阶乘
    std::cout << "计算阶乘" << std::endl;
    int n = 5;
    int factorial = 1;
    for (int i = 1; i <= n; i++) {
        factorial *= i;
    }
    std::cout << n << "! = " << factorial << "\n\n";
    
    // 斐波那契数列
    std::cout << "斐波那契数列" << std::endl;
    int fib_n = 10;
    int first = 0, second = 1;
    std::cout << "前 " << fib_n << " 项: ";
    for (int i = 0; i < fib_n; i++) {
        std::cout << first << " ";
        int next = first + second;
        first = second;
        second = next;
    }
    std::cout << "\n\n";
    
    // 判断素数
    std::cout << "判断素数" << std::endl;
    int prime_n = 17;
    if (is_prime(prime_n)) {
        std::cout << prime_n << " 是素数" << std::endl;
    } else {
        std::cout << prime_n << " 不是素数" << std::endl;
    }
    
    return 0;
}

小结 ​

C++ 循环包括：

  1. for 循环：

    • 基本语法：for (初始化; 条件; 更新) { 循环体 }
    • 范围 for 循环（C++11）：for (元素 : 容器) { 循环体 }

  2. while 循环：

    • 基本语法：while (条件) { 循环体 }

  3. do-while 循环：

    • 基本语法：do { 循环体 } while (条件);

  4. 循环控制语句：

    • break：立即退出循环
    • continue：跳过当前迭代，继续下一次迭代
    • goto：无条件跳转（不推荐使用）

  5. 嵌套循环：在一个循环内部再使用另一个循环

  6. 无限循环：永远不会结束的循环

关键概念：

  • 循环条件：决定循环是否继续执行
  • 循环变量：用于控制循环次数
  • 循环体：需要重复执行的代码

掌握循环是编写 C++ 程序的基础，在后续章节中，我们将学习 C++ 的判断语句。

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