【c++】【基础】【primer_plus】【第五章】循环语句

前言

顺序、选择、循环，是无论任何语言都必须要实现的机制，有了这三种语句，我们才有可能实现比较复杂的逻辑。本章便是对c++语言的循环语句进行简单的介绍。

循环语句的意思就是可以重复执行某些语句。比如，我们要计算一个整型数组所有元素的和，或者我们想计算10的阶乘等，这都需要重复相同的逻辑，只不过输入的值不同罢了。

c++主要有for循环、while循环、do_while循环等最为常用。c++11标准增加了foreach循环使其运用更加灵活。

for循环

for循环的一般格式如下。

for(init; test; update) {       // 初始化; 测试条件; 更新(步长)
    statement;
}

下面是一些例子。

for(int i = 0; i < 10; ++i) {
    cout << i << endl;
}

for(int i = 0; i <= 10; i += 2) cout << i << endl;

for(int i = vi.size()-1;  i >= 0; --i) cout << vi[i] << endl;

可以看出，for循环的初始化语句可以用来声明变量，而测试条件则是一个逻辑表达式，最后一个步长表示变量在每一步的变化。其执行过程大致如下。

先执行初始化语句。

再执行判断语句。此时如果判断语句为真，则执行循环体内代码，否则结束，跳出循环。

当循环体执行完后，执行步长更新语句，更新相关变量。

步长更新语句执行完后回到第二步，重新执行判断语句，依次循环，直到跳出。

需要注意的是，for循环中的三条表达式都是可以省略的，即下面的语句也是合法的，它会一直输出hello world，即死循环。也可以看出省略的判断语句默认为true。

for( ; ; ) { cout << "hello world"; }

递增与递减

int a = 5;
int b = ++a;        // b = 6, a = 6

a = 5;
int c = a++;        // c = 5, a = 6

int a = 5;
int b = --a;        // b = 4, a = 4

a = 5;
int c = a--;        // c = 5, a = 4

如上代码所示，递增运算符++和递减运算符--都用来表示一个变量递增或者递减一个单位。但是结果却有一些区别，这里以递增++为例。

递增++分为两类，一类为前缀++，一类为后缀++。其区别如下。

前缀++表示先进行加一操作，再以当前值计算表达式，形如++a。

后缀++表示先以当前值计算表达式，再进行加一操作，形如a++。

上述代码中，b = ++a等价于如下代码。

a = a + 1;
b = a;

而b = a++则等价于如下代码。

b = a;
a = a + 1;

注意，同一条语句尽量不要使用多个++，容易引起在不同的系统上(不同的编译与汇编原理)将会有不同的结果。

x = 2 * x++ * (3 - ++x);    // 在我的系统上输出为0

从效率上来讲，推荐使用前缀++，因为后缀++的实现需要复制一个副本进行加一操作后再返回副本。

foreach循环

foreach循环是c++11标准增加的新的循环方式，它在一定程度上是对for循环的一种升级。其一般格式如下。

for(type element_name : array_name) {       // 元素类型 元素名称 : 数组名称
    statement;
}

具体实例如下。

int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
for(int i : a) cout << i << endl;

其中int为数组中元素的类型，i为数组的某个元素，它会遍历数组(或其他stl容器)的每一个元素，而冒号:后面的便是想要遍历的数组或容器。

若要修改原始数据的话可以使用引用(后面章节会讲到引用)。

for(int& i : a) i += 1;

也可结合初始化表使用。

for(int i : {1, 2, 3}) cout << i << endl;

while循环

init;                   // 初始条件
while (test) {          // 测试条件
    statement;
    update;             // 更新(步长)
}

如上代码为while循环的一般格式，其中init、test、update语句分别与for循环的相对应。其执行过程大致如下。

首先执行初始化语句。

然后执行测试条件语句。如果测试条件为true，则进入循环体，循环体内大多时候都包含有步长更新语句(不一定在尾部)。如果测试条件为false，则不进入循环体。

一遍循环体执行结束之后，将继续执行测试条件，然后循环执行，直至跳出。

具体实例如下。

int i = 0;
while (i < 5) {
    cout << i << endl;
    ++i;
}

再来举一个复杂一点的例子，我们使用while循环配合<ctime>头文件提供的api来编写带有延迟功能的循环。

#include <iostream>
#include <ctime>
using namespace std;

int main() {
    float secs;
    cin >> secs;

    clock_t delay = secs * CLOCKS_PER_SEC;      // 延迟时间

    clock_t start = clock();                    // 开始时间
    cout << start << endl;
    while (clock() - start < delay);            
    // 当前时间 - 开始时间 < 延迟时间时 等待

    cout << "done\n";

    return 0;
}

这段代码会在开始之后御延迟delay时间才会输出done。

do_while循环

与while循环不同的是，do_while循环是一种出口条件循环，即它会先执行循环体，再进行测试语句判断。其一般格式如下所示。

init;
do {
    statement;
    update;
} while (test);

具体实例如下。

int i = 0;
do {
    cout << i <<< endl;
    ++i;
} while (i < 5);

可以看出，无论如何，do_while循环的循环体至少都要执行一遍，这也是它与while循环最大的区别，有时候能够合理地利用这一特征可以帮助简化某些特定的问题，尤其是某种至少需要执行一遍的重复操作。

跳出循环

我们使用break关键字和continue关键字跳出循环。

break直接跳出循环体。

continue跳出当前执行的这一轮循环体，重新开始下一轮。

循环和文本输入

我们经常使用while循环来持续输入文本，尤其是在打acm竞赛的时候。但是接下来的格式与acm的输入不同，主要解释一般的输入问题。

那么最重要的便是如何判断输入结束。一般我们会使用某种哨兵字符，即当输入该字符时结束输入。如下代码所示。

char ch;
cin.get(ch);            // 不用cin>>ch是为了读取空格
while(ch != '#') {
    cout << ch; 
    cin.get(ch);
}

当然，cin也自带了用于检测输入是否结束的标记，我们可以使用cin.eof()或者cin.fail()来判断输入是否已经结束，如下代码所示。

char ch;
cin.get(ch);            
while(cin.fail() == false) {
    cout << ch;
    cin.get(ch);
}

除此之外，cin本身也可转为bool值作为判断输入是否结束的依据。

char ch;
while(cin.get(ch)) {
    cout << ch;
}

这也是打acm或者刷题时经常使用的输入多组样例的方法，如下所示。

while(cin >> a >> b) {
    cout << a + b << endl;
}

嵌套循环和二维数组

顺序、分支、循环这三种语句组成了复杂的逻辑，当然可以相互嵌套，所以循环可以嵌套也很容易理解。下面举一个嵌套二层循环以输出二维数组的例子。

int a[2][3] = {             // 二行三列
    {1, 2, 3},
    {4, 5, 6}
};
// 二层for循环输出
for(int i = 0; i < 2; ++i) {
    for(int j = 0; j < 3; ++j) cout << a[i][j] << " ";
    cout << endl;
}

输出结果如下。

1 2 3
4 5 6