循环结构

上一篇我们学会了让程序“做选择”。但现实生活中，很多任务需要反复执行：计算 1 到 100 的和、打印九九乘法表、遍历数组里的每个元素……这些靠分支结构还不够，我们需要循环结构。

学习目标

读完这篇文章，你会掌握：

• while、do-while、for 三种循环的语法
• 三种循环各自适合什么场景
• 循环变量、死循环、嵌套循环的概念
• 如何用循环遍历数组

为什么需要循环

假设你要打印 1 到 5。不用循环的话，代码可能是这样的：

printf("1\n");
printf("2\n");
printf("3\n");
printf("4\n");
printf("5\n");

那如果要打印 1 到 1000 呢？复制粘贴 1000 行显然不现实。循环的作用就是：把一段代码重复执行多次，而只需要写一次。

while 循环

while 循环的语法是：

while (条件) {
    // 循环体
}

只要条件为真，循环体就会一直执行。

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 1;
    while (i <= 5) {
        printf("%d\n", i);
        i++;   // 别忘了更新循环变量，否则会变成死循环
    }
    return 0;
}

输出：

1
2
3
4
5

while 循环适合那种“不确定要循环多少次，但知道什么时候该停”的场景。比如用户输入一个数，直到输入正确为止。

do-while 循环

do-while 和 while 很像，但它会先执行一次循环体，然后再判断条件。

do {
    // 循环体
} while (条件);

#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 1;
    do {
        printf("%d\n", i);
        i++;
    } while (i <= 5);
    return 0;
}

do-while 的关键特点是：至少执行一次。当你需要先让用户输入，再判断输入是否合法时，它非常有用。

#include <stdio.h>

int main() {
    int n;
    do {
        printf("请输入一个正数：");
        scanf("%d", &n);
    } while (n <= 0);

    printf("你输入的是：%d\n", n);
    return 0;
}

提示

do-while 的 while 后面有一个分号，不要忘了写。这是很多初学者会漏掉的地方。

for 循环

for 循环通常用于“知道要循环多少次”的场景。它的语法是：

for (初始化; 条件; 更新) {
    // 循环体
}

#include <stdio.h>

int main() {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        printf("%d\n", i);
    }
    return 0;
}

执行顺序是：

1. 先执行初始化：int i = 1
2. 判断条件：i <= 5，如果为真就执行循环体
3. 执行完循环体后，执行更新：i++
4. 回到第 2 步，直到条件为假

for 循环把“初始化、条件、更新”三件事都放在了一行，逻辑非常紧凑，适合计数型循环。

for 循环的变量声明

上面 for (int i = 1; i <= 5; i++) 这种写法是 C99 标准才开始支持的。如果你使用较老的编译器或嵌入式开发环境，可能需要在 for 外面声明循环变量：

int i;
for (i = 1; i <= 5; i++) { ... }

不过现在绝大多数编译器都支持 C99 及更高版本，直接写在 for 里更简洁、更能限制变量的作用域。

三种循环怎么选

循环类型	适合场景
while	不确定次数，先判断后执行
do-while	至少执行一次，先执行后判断
for	确定次数，计数型循环

这只是经验法则，实际写代码时三种循环很多时候可以互换。选择让你代码最清晰的那种即可。

循环变量

在循环里控制次数的变量叫循环变量，通常用 i、j、k 来命名。

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

提示

关于 i 从 0 还是从 1 开始，没有绝对的对错。遍历数组时通常从 0 开始，因为数组下标从 0 起。如果只是为了打印 1 到 10，从 1 开始更直观。

死循环

如果循环条件永远为真，循环就永远不会结束，这叫死循环。

while (1) {
    printf("停不下来了\n");
}

有时候我们会故意写死循环，比如服务器的主循环、等待用户输入的循环。但初学阶段，绝大多数死循环都是 bug。写循环时一定要确保条件最终会变为假。

嵌套循环

一个循环里面还可以再写循环，这就是嵌套循环。经典的例子是打印九九乘法表：

#include <stdio.h>

int main() {
    for (int i = 1; i <= 9; i++) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            printf("%d*%d=%-2d ", j, i, i * j);
        }
        printf("\n");
    }
    return 0;
}

外层循环控制行，内层循环控制列。嵌套循环的执行次数是外层次数乘以内层次数，所以层数不宜过多，否则性能会下降。

循环与数组遍历

循环最常做的事情之一就是遍历数组。

#include <stdio.h>

int main() {
    int scores[] = {85, 90, 78, 92, 88};
    int n = sizeof(scores) / sizeof(scores[0]);

    for (int i = 0; i < n; i++) {
        printf("第 %d 个成绩是：%d\n", i + 1, scores[i]);
    }

    return 0;
}

sizeof(scores) / sizeof(scores[0]) 是计算数组元素个数的常用写法。整个数组的大小除以单个元素的大小，就是元素个数。

提示

关于数组，我们会在后面的文章里详细讲。这里你只需要知道：数组是一堆相同类型数据排在一起，用下标 scores[i] 可以访问第 i 个元素。

常见错误与注意事项

1. 循环条件写错，导致死循环

for (int i = 1; i <= 5; i--) {   // i 越来越小，永远 <= 5
    ...
}

2. 数组越界

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
for (int i = 0; i <= 5; i++) {   // i = 5 时越界
    printf("%d\n", arr[i]);
}

3. for 循环三个部分用逗号还是分号

for (int i = 0, i < 10, i++) {   // 错误！应该用分号

先写清循环不变量

循环不变量是在每次迭代开始时都成立的事实。例如求前 n 项之和：

long long sum = 0;
for (size_t i = 0; i < n; i++) {
    // 循环开始时，sum 等于 data[0..i) 的和
    sum += data[i];
}

用半开区间 [0, i) 描述已经处理的部分，可以同时解释初始化、继续条件和结束后的结果。

边界错误的三个问题

写循环时逐项回答：

1. 第一个合法下标是什么？
2. 第一个不合法下标是什么？
3. 循环结束时变量处于什么值？

长度为 n 的数组通常写 i < n，而不是 i <= n。

无符号倒序循环要小心

for (size_t i = n - 1; i >= 0; i--) {  // 错误：i 永远不会小于 0
}

size_t 是无符号类型。可以写：

for (size_t i = n; i-- > 0; ) {
    use(i);
}

或在逻辑允许时使用正向循环。任何 n - 1 都要先考虑 n == 0。

循环体里避免悄悄改变控制变量

除 for 的更新表达式外又修改 i，会让边界难以推理。确实需要跳步时，把步长明确写在循环结构或单独注释中。

小结

这篇文章我们学习了 C 语言里的三种循环：

• while：先判断，后执行
• do-while：先执行，后判断，至少执行一次
• for：适合已知次数的计数循环

我们还讲了循环变量、死循环、嵌套循环，以及如何用循环遍历数组。

循环让程序能重复做事，但有时候我们也需要“提前结束”或者“跳过某一次”。下一篇我们就来讲讲怎么控制循环的流程：break、continue，以及为什么不推荐用 goto。