第 5 章 循环

本章目标

让程序“重复做事”: 求和、计数、遍历、打印表格。学会 while、for、do-while 与 break / continue, 并知道怎么避免死循环。

5.1 while: 条件为真就一直做

function main() -> int {
    int n = 5
    while (n > 0) {
        print(n + " ")
        n--              // 千万别忘了改条件变量, 否则死循环
    }
    println("发射!")
    return 0
}

5 4 3 2 1 发射!

while 适合“不知道要循环几次”的场景, 例如“一直读到某个条件满足”。

5.2 for: 知道次数时最好用

语法: for (初始化; 条件; 每轮结束后执行) { 循环体 }

function main() -> int {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        println("第 " + i + " 次循环")
    }
    return 0
}

第 1 次循环
第 2 次循环
第 3 次循环
第 4 次循环
第 5 次循环

三段都可以省略:

写法	含义
for (int i = 0; i < n; i++)	从 0 数到 n-1 (最常见)
for (int i = 1; i <= n; i++)	从 1 数到 n
for (int i = n - 1; i >= 0; i--)	倒着数
for (int i = 0; i < n; i += 2)	每次加 2 (偶数步长)
for (;;) { ... break ... }	无限循环, 靠 break 退出

初始化那一段既可以是声明 (int i = 0), 也可以给已有变量赋值 (for (i = 0; i < n; i = i + 1))。

范围 for: 直接遍历定长数组

数组元素挨个处理时, 不用自己维护下标:

function main() -> int {
    int scores[4] = {90, 75, 88, 60}
    int total = 0
    for (int s : scores) {
        total = total + s
    }
    println("总分: " + total)          // 总分: 313
    return 0
}

总分: 313

• 冒号左边写元素类型 + 变量名, 右边是定长数组 (长度写在类型里, 如 int scores[4]);
• int[] 这种指针形式参数与多维数组不能遍历, 会报 range-for requires a fixed-size array, 这时改用下标循环;
• 循环变量是元素的拷贝, 改它不会改动原数组; break / continue 照常可用。

5.3 do-while: 至少执行一次

function main() -> int {
    int i = 10
    do {
        println("循环体至少执行一次, i = " + i)
        i++
    } while (i < 3)
    return 0
}

循环体至少执行一次, i = 10

区别: while 先判断再执行 (可能一次都不执行); do-while 先执行再判断 (至少执行一次)。适合“先做一次、再看要不要继续”的场景, 例如菜单。

5.4 break 与 continue

• break: 立刻结束当前这一层循环;
• continue: 跳过本轮剩下的代码, 直接进入下一轮。

function main() -> int {
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i % 5 == 0) continue      // 跳过 5 和 10
        if (i > 7) break              // 到 8 就整体结束
        print(i + " ")
    }
    println("")
    return 0
}

1 2 3 4 6 7

5.5 两个万能模式

累加 (求和、求积)

function main() -> int {
    int sum = 0
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        sum += i
    }
    println("1+2+...+100 = " + sum)
    return 0
}

1+2+...+100 = 5050

计数 (满足条件的有几个)

function main() -> int {
    int count = 0
    for (int i = 1; i <= 30; i++) {
        if (i % 3 == 0) {
            count++
        }
    }
    println("1..30 中 3 的倍数有 " + count + " 个")
    return 0
}

1..30 中 3 的倍数有 10 个

写循环的四步法

1. 初始化累加/计数变量 (sum = 0);
2. 想清楚循环变量从哪开始、到哪结束 (i = 1; i <= 100);
3. 写循环体 (累加/判断/打印);
4. 检查边界: 第一次和最后一次是否都正确? 这就是“差一错误”的高发区。

5.6 嵌套循环

function main() -> int {
    for (int i = 1; i <= 3; i++) {
        for (int j = 1; j <= 3; j++) {
            print((i * j) + " ")
        }
        println("")            // 内层跑完换行
    }
    return 0
}

1 2 3 
2 4 6 
3 6 9

内层循环每跑完一轮, 外层才前进一步。break 只跳出离它最近的那一层。

5.7 例子: 判断质数

function main() -> int {
    int n = 29
    bool is_prime = n > 1
    for (int d = 2; d * d <= n; d++) {
        if (n % d == 0) {
            is_prime = false
            break                  // 找到因子就不用再找了
        }
    }
    println(n + (is_prime ? " 是质数" : " 不是质数"))
    return 0
}

29 是质数

把 n 改成 91 (= 7 × 13), 输出会变成 91 不是质数。

5.8 例子: 反转数字

function main() -> int {
    int n = 12345
    int rev = 0
    while (n > 0) {
        rev = rev * 10 + n % 10     // 取出末位, 接到结果后面
        n = idiv(n, 10)             // 去掉末位 (整数除法)
    }
    println("反转结果 = " + rev)
    return 0
}

反转结果 = 54321

5.9 死循环与保护

如果循环条件永远为真, 程序会一直跑。运行时默认不限制指令数, 需要中断请直接 Ctrl+C。早期版本提供的 --max-instructions 已弃用 (参数仍被接受但不再出现在 --help 中), 新代码不要依赖它。

codecin prog.cin        # 默认无指令数上限; 死循环用 Ctrl+C 结束

三种典型死循环

1. while (n > 0) { ... } 但循环体里忘了 n--;
2. for (int i = 0; i < n; i--) 方向写反;
3. while (i < 10) 里 i 只在 if 分支里自增, 某些情况下不增。

调试手段: 在循环体里打印 i, 或把循环次数改成小值试跑 (见 第 12 章)。

5.10 常见错误

现象	原因	解决
程序卡住不返回	死循环	检查循环变量是否变化; Ctrl+C 中断
结果少算/多算 1	差一错误 (< 与 <= 混用)	想清楚“数到几”, 必要时打印首末轮
break 没生效	它在更内层的循环里	检查嵌套层级
continue 后条件变量没变	把自增写在了 continue 之后	把 i++ 放进 for 的第三段
内层循环次数不对	内层用了和外层相同的循环变量	内层换名 (j)

5.11 练习

1. 计算 1 到 20 中所有偶数的和。
2. 打印 5 的乘法表 (5 x 1 = 5 … 5 x 9 = 45)。
3. 求 1 到 100 中能同时被 3 和 5 整除的数的个数。
4. 用 while 计算一个整数有多少位 (提示: 不断 idiv(n, 10) 直到 0)。
5. 打印 1 到 50 之间的所有质数 (提示: 把 5.7 的质数判断放进 for)。

参考实现见 习题与答案 · 第 5 章。

5.12 本章小结

• while 先判断后执行, do-while 先执行后判断, for 适合已知次数;
• break 结束本层循环, continue 跳过本轮;
• 累加用 sum += x, 计数用 count++, 循环变量从哪到哪要想清楚;
• 嵌套循环里 break 只影响最近一层;
• 死循环默认不会被指令数上限截断, 用 Ctrl+C 中断, 排查时打印循环变量最有效。

下一章: 函数与递归。