Оператор цикла

В языке С, как и в других языках программирования, операторы цикла служат для многократного выполнения последовательности операторов до тех пор, пока выполняется некоторое условие. Условие может быть установленным заранее (как в операторе for ) или меняться при выполнении тела цикла (как в while или do-while ).

Цикл for

Во всех процедурных языках программирования циклы for очень похожи. Однако в С этот цикл особенно гибкий и мощный. Общая форма оператора for следующая:

Цикл for может иметь большое количество вариаций. В наиболее общем виде принцип его работы следующий. Инициализация — это присваивание начального значения переменной, которая называется параметром цикла. Условие представляет собой условное выражение, определяющее, следует ли выполнять оператор цикла (часто его называют телом цикла ) в очередной раз. Оператор приращение осуществляет изменение параметра цикла при каждой итерации. Эти три оператора (они называются также секциями оператора for ) обязательно разделяются точкой с запятой. Цикл for выполняется, если выражение условие принимает значение ИСТИНА. Если оно хотя бы один раз примет значение ЛОЖЬ, то программа выходит из цикла и выполняется оператор, следующий за телом цикла for .

В следующем примере в цикле for выводятся на экран числа от 1 до 100:

В этом примере параметр цикла х инициализирован числом 1, а затем при каждой итерации сравнивается с числом 100. Пока переменная х меньше 100, вызывается функция printf() и цикл повторяется. При этом х увеличивается на 1 и опять проверяется условие цикла х . Процесс повторяется, пока переменная х не станет больше 100. После этого процесс выходит из цикла, а управление передается оператору, следующему за ним. В этом примере параметром цикла является переменная х , при каждой итерации она изменяется и проверяется в секции условия цикла.

В следующем примере в цикле for выполняется блок операторов:

Операции возведения переменной х в квадрат и вызова функции printf() повторяются, пока х не примет значение 65. Обратите внимание на то, что здесь параметр цикла уменьшается, он инициализирован числом 100 и уменьшается на 5 при каждой итерации.

В операторе for условие цикла всегда проверяется перед началом итерации. Это значит, что операторы цикла могут не выполняться ни разу, если перед первой итерацией условие примет значение ЛОЖЬ. Например, в следующем фрагменте программы

цикл не выполнится ни разу, потому что при входе в цикл значения переменных х и у равны. Поэтому условие цикла принимает значение ЛОЖЬ, а тело цикла и оператор приращение не выполняются. Переменная у остается равной 10, единственный результат работы этой программы — вывод на экран числа 10 в результате вызова функции printf() , расположенной вне цикла.

Варианты цикла for

В предыдущем разделе рассмотрена наиболее общая форма цикла for . Однако в языке С допускаются некоторые его варианты, позволяющие во многих случаях увеличить мощность и гибкость программы.

Один из распространенных способов усиления мощности цикла for — применение оператора «запятая» для создания двух параметров цикла. Оператор «запятая» связывает несколько выражений, заставляя их выполняться вместе (см. главу 2). В следующем примере обе переменные ( х и у ) являются параметрами цикла for и обе инициализируются в этом цикле:

Здесь запятая разделяет два оператора инициализации. При каждой итерации значение переменной х увеличивается, а значение у вводится с клавиатуры. Для выполнения итерации как х , так и у должны иметь определенное значение. Несмотря на то что значение у вводится с клавиатуры, оно должно быть инициализировано таким образом, чтобы выполнилось условие цикла при первой итерации. Если у не инициализировать, то оно может случайно оказаться таким, что условие цикла примет значение ЛОЖЬ, тело цикла не будет выполнено ни разу.

Следующий пример демонстрирует использование двух параметров цикла. Функция converge() копирует содержимое одной строки в другую, начиная с обоих концов строки и кончая в ее середине.

Программа выводит на экран следующее:

В функции convergence() цикл for использует два параметра цикла ( i и j ) для индексации строки с противоположных концов. Параметр i в цикле увеличивается, а j — уменьшается. Итерации прекращаются, когда i становится больше j . Это обеспечивает копирование всех символов.

Проверка параметра цикла на соответствие некоторому условию не обязательна. Условие может быть любым логическим оператором или оператором отношения. Это значит, что условие выполнения цикла может состоять из нескольких условий, или операторов отношения. Следующий пример демонстрирует применение составного условия цикла для проверки пароля, вводимого пользователем. Пользователю предоставляются три попытки ввода пароля. Программа выходит из цикла, когда использованы все три попытки или когда введен верный пароль.

Функция sign_on() использует стандартную библиотечную функцию strcmp() , которая сравнивает две строки и возвращает 0, если они совпадают.

Следует помнить, что каждая из трех секций оператора for может быть любым синтаксически правильным выражением. Эти выражения не всегда каким-либо образом отображают назначение секции. Рассмотрим следующий пример:

Здесь в main() каждая секция цикла for состоит из вызовов функций, которые предлагают пользователю ввести число и считывают его. Если пользователь ввел 0, то цикл прекращается, потому что тогда условие цикла принимает значение ЛОЖЬ. В противном случае число возводится в квадрат. Таким образом, в этом примере цикла for секции инициализации и приращения используются весьма необычно, но совершенно правильно.

Другая интересная особенность цикла for состоит в том, что его секции могут быть вообще пустыми, присутствие в них какого-либо выражения не обязательно. В следующем примере цикл выполняется, пока пользователь не введет число 123:

Секция приращения оператора for здесь оставлена пустой. Это значит, что перед каждой итерацией значение переменной х проверяется на неравенство числу 123, а приращения не происходит, оно здесь ненужно. Если с клавиатуры ввести число 123, то условие принимает значение ЛОЖЬ и программа выходит из цикла.

Инициализацию параметра цикла for можно сделать за пределами этого цикла, но, конечно, до него. Это особенно уместно, если начальное значение параметра цикла вычисляется достаточно сложно, например:

В этом примере секция инициализации оставлена пустой, а переменная х инициализируется до входа в цикл.

Бесконечный цикл

Для создания бесконечного цикла можно использовать любой оператор цикла, но чаще всего для этого выбирают оператор for . Так как в операторе for может отсутствовать любая секция, бесконечный цикл проще всего сделать, оставив пустыми все секции. Это хорошо показано в следующем примере:

Если условие цикла for отсутствует, то предполагается, что его значение — ИСТИНА. В оператор for можно добавить выражения инициализации и приращения, хотя обычно для создания бесконечного цикла используют конструкцию for( ; ; ) .

Фактически конструкция for( ; ; ) не гарантирует бесконечность итераций, потому что в нем может встретиться оператор break , вызывающий немедленный выход из цикла. (Подробно оператор break рассмотрен в этой главе далее.) В этом случае выполнение программы продолжается с оператора, следующего за закрывающейся фигурной скобкой цикла for :

В данном примере цикл выполняется до тех пор, пока пользователь не введет с клавиатуры символ А .

Цикл for без тела цикла

Следует учесть, что оператор может быть пустым. Это значит, что тело цикла for (или любого другого цикла) также может быть пустым. Такую особенность цикла for можно использовать для упрощения некоторых программ, а также в циклах, предназначенных для того, чтобы отложить выполнение последующей части программы на некоторое время.

Программисту иногда приходится решать задачу удаления пробелов из входного потока. Допустим, программа, работающая с базой данных, обрабатывает запрос «показать все балансы меньше 400». База данных требует представления каждого слова отдельно, без пробелов, т.е. обработчик распознает слово «показать», но не » показать». В следующем примере цикл for удаляет начальные пробелы в строке str :

В этом примере указатель str переставляется на первый символ, не являющийся пробелом. Цикл не имеет тела, так как в нем нет необходимости. [1]

Иногда возникает необходимость отложить выполнение последующей части программы на определенное время. Это можно сделать с помощью цикла for следующим образом:

Единственное назначение этого цикла — задержка выполнения последующей части программы. Однако следует иметь в виду, что компилятор может оптимизировать объектный код таким образом, что пропустит этот цикл вообще, поскольку он не выполняет никаких действий, тогда желаемой задержки выполнения последующей части программы не произойдет.

Объявление переменных внутри цикла

В стандартах С99 и C++ (но не С89!) допускается объявление переменных в секции инициализации цикла for . Объявленная таким образом переменная является локальной переменной цикла и ее область действия распространяется на тело цикла.

Рассмотрим следующий пример:

В данном примере переменная i объявлена в секции инициализации цикла for и служит параметром цикла. Вне цикла переменная i невидима.

Поскольку параметр цикла чаше всего необходим только внутри цикла, его объявление в секции инициализации очень удобно и входит в широкую практику [2] . Однако необходимо помнить, что это не поддерживается стандартом С89.

Цикл while

Обшая форма цикла while имеет следующий вид:

Здесь оператор (тело цикла) может быть пустым оператором, единственным оператором или блоком. Условие (управляющее выражение) может быть любым допустимым в языке выражением. Условие считается истинным, если значение выражения не равно нулю, а оператор выполняется, если условие принимает значение ИСТИНА. Если условие принимает значение ЛОЖЬ, программа выходит из цикла и выполняется следующий за циклом оператор.

В следующем примере ввод с клавиатуры происходит до тех пор, пока пользователь не введет символ А :

Переменная ch является локальной, ее значение при входе в функцию произвольно, поэтому сначала значение ch инициализируется нулем. Условие цикла while истинно, если ch не равно А . Поскольку ch инициализировано нулем, условие истинно и цикл начинает выполняться. Условие проверяется при каждом нажатии клавиши пользователем. При вводе символа А условие становится ложным и выполнение цикла прекращается.

Как и в цикле for , в цикле while условие проверяется перед началом итерации. Это значит, что если условие ложно, тело цикла не будет выполнено. Благодаря этому нет необходимости вводить в программу отдельное условие перед циклом. Рассмотрим это на примере функции pad() , которая добавляет пробелы в конец строки и делает ее длину равной предварительно заданной величине. Если строка уже имеет необходимую длину, то пробелы не добавляются:

Аргументами функции pad() являются s (указатель на исходную строку) и length (требуемое количество символов в строке). Если длина строки s при входе в функцию равна или больше length , то цикл while не выполняется. В противном случае pad() добавляет требуемое количество пробелов, а библиотечная функция strlen() возвращает длину строки.

Если выполнение цикла должно зависеть от нескольких условий, можно создать так называемую управляющую переменную, значения которой присваиваются разными операторами тела цикла. Рассмотрим следующий пример:

В этом примере переменная working является управляющей. Любая из трех функций может возвратить значение 0 и этим прервать выполнение цикла. Тело цикла while может быть пустым. Например, цикл

выполняется до тех пор, пока пользователь не введет символ ‘А’. Напоминаем, что оператор присваивания выполняет две задачи: присваивает значение выражения справа переменной слева и возвращает это значение как свое собственное.

Цикл do-while

В отличие от циклов for и while , которые проверяют свое условие перед итерацией, do-while делает это после нее. Поэтому цикл do-while всегда выполняется как минимум один раз. Общая форма цикла do-while следующая:

Если оператор не является блоком, фигурные скобки не обязательны, но их почти всегда ставят, чтобы оператор достаточно наглядно отделялся от условия. Итерации оператора do-while выполняются, пока условие не примет значение ЛОЖЬ.

В следующем примере в цикле do-while числа считываются с клавиатуры, пока не встретится число, меньшее или равное 100:

Цикл do-while часто используется в функциях выбора пунктов меню. Если пользователь вводит допустимое значение, оно возвращается в качестве значения функции. В противном случае цикл требует повторить ввод. Следующий пример демонстрирует усовершенствованную версию программы для выбора пункта меню проверки грамматики:

В этом примере применение цикла do-while весьма уместно, потому что итерация, как уже упоминалось, всегда должна выполниться как минимум один раз. Цикл повторяется, пока его условие не станет ложным, т.е. пока пользователь не введет один из допустимых ответов.

[1] Этот пример, конечно, учебный. На практике так поступать со строкой не рекомендуется, потому что начало строки str , «напрасно висящее» в памяти, впоследствии может создать некоторые трудности. Например, если вы захотите освободить память, занимаемую данной строкой, вам потребуется указать на начало строки, а не на первый отличный от пробела символ в этой строке.

[2] В некоторых языках (например АЛГОЛ 68) локализация параметра цикла выполняется автоматически.

Источник

Операторы цикла в языке Си

Рассмотрим третью алгоритмическую структуру — цикл.
Циклом называется блок кода, который для решения задачи требуется повторить несколько раз.

Каждый цикл состоит из

• блока проверки условия повторения цикла
• тела цикла

Цикл выполняется до тех пор, пока блок проверки условия возвращает истинное значение.
Тело цикла содержит последовательность операций, которая выполняется в случае истинного условия повторения цикла. После выполнения последней операции тела цикла снова выполняется операция проверки условия повторения цикла. Если это условие не выполняется, то будет выполнена операция, стоящая непосредственно после цикла в коде программы.

В языке Си следующие виды циклов:

• while — цикл с предусловием;
• do…while — цикл с постусловием;
• for — параметрический цикл (цикл с заданным числом повторений).

Цикл с предусловием while

Общая форма записи

Если Условие выполняется (выражение, проверяющее Условие , не равно нулю), то выполняется БлокОпераций , заключенный в фигурные скобки, затем Условие проверяется снова.
Последовательность действий, состоящая из проверки Условия и выполнения БлокаОпераций , повторяется до тех пор, пока выражение, проверяющее Условие , не станет ложным (равным нулю). При этом происходит выход из цикла, и производится выполнение операции, стоящей после оператора цикла.

Пример на Си : Посчитать сумму чисел от 1 до введенного k

Результат выполнения

При построении цикла while , в него необходимо включить конструкции, изменяющие величину проверяемого выражения так, чтобы в конце концов оно стало ложным (равным нулю). Иначе выполнение цикла будет осуществляться бесконечно (бесконечный цикл).

Пример бесконечного цикла

while — цикл с предусловием, поэтому вполне возможно, что тело цикла не будет выполнено ни разу если в момент первой проверки проверяемое условие окажется ложным.

Например, если в приведенном выше коде программы ввести k=-1, то получим результат

Цикл с постусловием do. while

Общая форма записи

Цикл do. while — это цикл с постусловием, где истинность выражения, проверяющего Условие проверяется после выполнения Блока Операций , заключенного в фигурные скобки. Тело цикла выполняется до тех пор, пока выражение, проверяющее Условие , не станет ложным, то есть тело цикла с постусловием выполнится хотя бы один раз.

Использовать цикл do. while лучше в тех случаях, когда должна быть выполнена хотя бы одна итерация, либо когда инициализация объектов, участвующих в проверке условия, происходит внутри тела цикла.

Пример на Си . Проверка, что пользователь ввел число от 0 до 10

Результат выполнения:

Параметрический цикл for

Общая форма записи

for — параметрический цикл (цикл с фиксированным числом повторений). Для организации такого цикла необходимо осуществить три операции:

• Инициализация — присваивание параметру цикла начального значения;
• Условие — проверка условия повторения цикла, чаще всего — сравнение величины параметра с некоторым граничным значением;
• Модификация — изменение значения параметра для следующего прохождения тела цикла.

Эти три операции записываются в скобках и разделяются точкой с запятой ; ;. Как правило, параметром цикла является целочисленная переменная.
Инициализация параметра осуществляется только один раз — когда цикл for начинает выполняться.
Проверка Условия повторения цикла осуществляется перед каждым возможным выполнением тела цикла. Когда выражение, проверяющее Условие становится ложным (равным нулю), цикл завершается. Модификация параметра осуществляется в конце каждого выполнения тела цикла. Параметр может как увеличиваться, так и уменьшаться.

Пример на Си : Посчитать сумму чисел от 1 до введенного k

Результат выполнения

В записи цикла for можно опустить одно или несколько выражений, но нельзя опускать точку с запятой, разделяющие три составляющие цикла.
Код предыдущего примера можно представить в виде

Параметры, находящиеся в выражениях в заголовке цикла можно изменить при выполнении операции в теле цикла, например

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS // для возможности использования scanf
#include
int main() <
int k; // объявляем целую переменную key
int sum = 0; // начальное значение суммы равно 0
printf( «k = » );
scanf( «%d» , &k); // вводим значение переменной k
for ( int i=1; i // цикл для переменной i от 1 до k с шагом 1
<
sum = sum + i; // добавляем значение i к сумме
i++; // добавляем 1 к значению i

>
printf( «sum = %d\n» , sum); // вывод значения суммы
getchar(); getchar();
return 0;
>

В цикле for может использоваться операция запятая — , — для разделения нескольких выражений. Это позволяет включить в спецификацию цикла несколько инициализирующих или корректирующих выражений. Выражения, к которым применяется операция запятая, будут вычисляться слева направо.

Вложенные циклы

В Си допускаются вложенные циклы, то есть когда один цикл находится внутри другого:

Пример : Вывести числа от 0 до 99, по 10 в каждой строке

Результат выполнения

Рекомендации по выбору цикла

При выборе цикла необходимо оценить необходимость проверки условия при входе в цикл или по завершении прохождения цикла.
Цикл с постусловием удобно применять в случаях, когда для проверки условия требуется вычислить значение выражения, которое затем будет размещено в теле цикла (см. выше пример ввода числа от 0 до 10).
Цикл c предусловием используется в случае если все переменные, участвующие в выражении, проверяющем условие, проинициализированы заранее, но точное число повторений цикла неизвестно или предполагается сложная модификация переменных, участвующих в формировании условия повторения цикла.
Если цикл ориентирован на работу с параметром, для которого заранее известно число повторений и шаг изменения, то более предпочтительным является параметрический цикл. Очень удобно использовать параметрический цикл при работе с массивами для перебора элементов.

Операторы прерывания и продолжения цикла break и continue

В теле любого цикла можно использовать операторы прерывания цикла — break и продолжения цикла — continue .

Оператор break позволяет выйти из цикла, не завершая его.
Оператор continue позволяет пропустить часть операторов тела цикла и начать новую итерацию.

Пример на Си : Вывести числа от 0 до 99 ниже главной диагонали

Результат выполнения

Пример на Си : Вывести числа от 0 до 99 исключая числа, оканчивающиеся на 5 или 8

Результат выполнения

При вложенных циклах действия операторов break и continue распространяется только на самую внутреннюю структуру, в которой они содержатся.

Оператор безусловного перехода goto

Общая форма записи

Выполнение оператора goto вызывает передачу управления в программе операции, помеченной Меткой . По сути Метка является идентификатором адреса операции, которой должно быть передано управление. Для отделения Метки от Операции используется двоеточие — : .
Метка может располагаться в программе как до оператора goto , так и после него. Имена Меток образуются по тем же правилам, что и имена переменных.

Пример на Си : Вывести все целые числа от 5 до 0.

Использование оператора goto в программах на Си без крайней необходимости не рекомендуется, поскольку это может повлечь за собой ряд ошибок, связанных с плохой читаемостью кода программы. Использование операторов цикла позволяет практически полностью исключить необходимость использования оператора goto .

Источник