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🔁 06. 循环 ​

在编程中，我们经常需要重复执行某段代码。比如：

  • 输出 1 到 100 的数字——总不可能写 100 行 cout 吧？
  • 计算一个班级 30 个学生的平均分。
  • 不断询问用户输入，直到用户输入"退出"为止。

这时候，就需要用到循环结构。循环可以让程序重复执行一段代码，直到满足某个条件才停下来。

NOTE

循环结构是程序三大基本结构之一（顺序、分支、循环），它让程序有能力处理大量重复性的工作。

1. 三种循环结构 🏗️ ​

C++ 提供了三种循环语句：

循环类型适用场景特点
for 循环知道明确的循环次数结构紧凑，初始化/条件/步长合一
while 循环不知道具体次数，只知道条件先判断，后执行
do-while 循环至少需要执行一次先执行，后判断

2. for 循环 🔄 ​

语法：

cpp
for (初始化; 条件; 步长) {
    // 循环体
}
  • 初始化：定义循环变量并赋初值（如 int i = 1），只在循环开始时执行一次。
  • 条件：每次循环开始前判断，为 true 就继续执行，为 false 就结束循环。
  • 步长：每次循环体执行完后执行，通常用于改变循环变量（如 i++）。

执行流程：

示例：输出 1 到 5

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        cout << "第 " << i << " 次循环" << endl;
    }
    return 0;
}

输出：

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

示例：计算 1 到 100 的和

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int sum = 0;

    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        sum += i;  // 等价于 sum = sum + i
    }

    cout << "1 + 2 + ... + 100 = " << sum << endl;
    return 0;
}

输出：

1 + 2 + ... + 100 = 5050

TIP

循环变量 i 的常见命名习惯：i、j、k 通常用作循环计数器。 如果只需要循环体内的代码，i 的值不重要，也可以从 0 开始：for (int i = 0; i < n; i++)。

for 循环的变体写法：

for 循环的三个部分都可以省略，但分号 ; 不能少。

cpp
int i = 1;
for (; i <= 5; ) {   // 省略初始化和步长
    cout << i << endl;
    i++;
}

WARNING

如果省略条件，就成了死循环（无限循环）：for (;;) { ... }。程序会一直运行，永不停止。在特定场景（如游戏主循环、服务器监听）会用到，但初学者要避免不小心写出死循环。

3. while 循环 🔄 ​

语法：

cpp
while (条件) {
    // 循环体
}
  • 先判断条件，条件为 true 才执行循环体。
  • 如果一开始条件就是 false，循环体一次都不执行。

示例：用 while 输出 1 到 5

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int i = 1;

    while (i <= 5) {
        cout << "第 " << i << " 次循环" << endl;
        i++;  // 别忘了改变循环变量！
    }

    return 0;
}

示例：不断输入数字，直到输入 0 为止

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int num;
    cout << "请输入数字（输入 0 结束）：";

    cin >> num;
    while (num != 0) {
        cout << "你输入了：" << num << endl;
        cin >> num;
    }

    cout << "程序结束。" << endl;
    return 0;
}

运行示例：

请输入数字（输入 0 结束）：5
你输入了：5
3
你输入了：3
0
程序结束。

WARNING

千万不要忘记在循环体里改变循环变量！ 如果上面的 i++ 忘了写，i 永远都是 1，条件 i <= 5 永远为 true，程序就会陷入死循环，无法结束。

4. do-while 循环 🔄 ​

语法：

cpp
do {
    // 循环体
} while (条件);
  • 先执行一次循环体，再判断条件。
  • 无论条件是否成立，至少执行一次。

示例：用 do-while 输出 1 到 5

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int i = 1;

    do {
        cout << "第 " << i << " 次循环" << endl;
        i++;
    } while (i <= 5);

    return 0;
}

示例：猜数字游戏（至少问一次）

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int secret = 42;
    int guess;

    do {
        cout << "猜猜数字是多少（1-100）：";
        cin >> guess;

        if (guess > secret) {
            cout << "猜大了！" << endl;
        } else if (guess < secret) {
            cout << "猜小了！" << endl;
        } else {
            cout << "恭喜你，猜对了！" << endl;
        }
    } while (guess != secret);

    return 0;
}

NOTE

do-while 和 while 的最大区别：

  • while：先判断，可能一次都不执行。
  • do-while：先执行一次，再判断，至少执行一次。

5. break 和 continue 🛑 ​

5.1 break —— 立即跳出循环 ​

break 用于立即结束当前循环，不管循环条件是否还成立。

示例：找到第一个能被 7 整除的数就停止

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        if (i % 7 == 0) {
            cout << "第一个能被 7 整除的数是：" << i << endl;
            break;  // 找到后就结束循环
        }
    }
    return 0;
}

输出：

第一个能被 7 整除的数是：7

5.2 continue —— 跳过本次循环 ​

continue 用于跳过当前这一次循环，直接进入下一次循环。

示例：输出 1 到 10 中所有不是 3 的倍数的数

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        if (i % 3 == 0) {
            continue;  // 跳过 3 的倍数
        }
        cout << i << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

输出：

1 2 4 5 7 8 10

TIP

break vs continue 的区别：

  • break：结束整个循环，跑到循环外面去。
  • continue：结束本次循环，回到循环开头进行下一次。

6. 嵌套循环 🎯 ​

循环里面还可以再套循环，这叫嵌套循环。外层循环每执行一次，内层循环会完整地执行一整遍。

示例：打印九九乘法表

cpp
#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    for (int i = 1; i <= 9; i++) {        // 外层循环：行
        for (int j = 1; j <= i; j++) {    // 内层循环：列
            cout << j << "x" << i << "=" << i * j << "\t";
        }
        cout << endl;  // 每行结束后换行
    }
    return 0;
}

输出：

1x1=1
1x2=2	2x2=4
1x3=3	2x3=6	3x3=9
1x4=4	2x4=8	3x4=12	4x4=16
1x5=5	2x5=10	3x5=15	4x5=20	5x5=25
...

执行过程分析：

当 i = 1 时，内层循环 j 从 1 到 1，输出第 1 行。 当 i = 2 时，内层循环 j 从 1 到 2，输出第 2 行。 ... 当 i = 9 时，内层循环 j 从 1 到 9，输出第 9 行。

TIP

嵌套循环的关键：

  • 外层循环控制"大节奏"（比如行数）。
  • 内层循环控制"小节奏"（比如每行输出几个数）。
  • 总执行次数 = 外层次数 × 内层次数。

7. 三种循环的对比 📊 ​

特性forwhiledo-while
适用场景已知循环次数未知次数，已知条件至少执行一次
判断时机先判断先判断先执行，后判断
最少执行次数0 次0 次1 次
典型用途遍历数组、固定次数输入直到满足条件菜单选择、猜数字等
语法特点初始化/条件/步长合一只有条件条件在最后

TIP

初学阶段，建议先熟练掌握 for 循环，它结构清晰、使用最广泛。遇到"不知道要循环多少次"的情况时，改用 while；遇到"至少要做一次"的情况时，考虑 do-while。

8. 常见错误 🐛 ​

错误 1：忘记写循环变量的变化 → 死循环

cpp
int i = 1;
while (i <= 5) {
    cout << i << endl;
    // 忘了写 i++，i 永远等于 1，循环永远不结束
}

错误 2：条件写反 → 一次都不执行

cpp
int i = 1;
while (i > 5) {   // 条件一开始就是 false，循环体一次都不执行
    cout << i << endl;
    i++;
}

错误 3：for 循环多写分号 → 空循环体

cpp
for (int i = 1; i <= 5; i++); {   // 分号结束了 for 语句
    cout << i << endl;             // 这行已经在循环外面了
}

WARNING

分号 ; 在 C++ 中表示一条语句结束。for(...); 意味着循环体是空语句，后面的大括号只是单独的代码块，与循环无关。

9. 小结 🎯 ​

  • for 循环：适合知道循环次数的场景，结构清晰。
  • while 循环：适合不知道次数、只知道条件的场景。
  • do-while 循环：适合至少需要执行一次的场景。
  • break：立即跳出整个循环。
  • continue：跳过本次循环，进入下一次。
  • 嵌套循环：外层循环控制大节奏，内层循环控制小节奏。
  • 注意避免死循环和逻辑错误。

10. 练习 📝 ​

  1. 输出数列：用 for 循环输出 1 到 20 之间的所有偶数。

  2. 累加求和：输入一个整数 n，用循环计算 1 + 2 + 3 + ... + n 的值。

  3. 阶乘计算：输入一个整数 n，计算 n!（n 的阶乘，即 1 × 2 × 3 × ... × n）。

  4. 统计正负数个数：输入 10 个整数，统计其中正数和负数的个数（0 不算正数也不算负数）。

  5. 猜数字：用 do-while 实现一个猜数字游戏（数字范围 1~100），每次提示"猜大了"或"猜小了"，直到猜对为止。最后输出猜的次数。

  6. 打印图形：用嵌套循环输出以下图案：

    *
**
***
****
*****

  7. 水仙花数：找出所有三位数中的水仙花数。

    水仙花数是指一个三位数，其各位数字的立方和等于该数本身。例如：153 = 1³ + 5³ + 3³。

  8. 挑战题：百钱百鸡：公鸡 5 元一只，母鸡 3 元一只，小鸡 1 元三只。用 100 元买 100 只鸡，问公鸡、母鸡、小鸡各多少只？（提示：用嵌套循环枚举所有可能）

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