C++ 教程（四）
循环结构
C++ 中，循环结构有三种写法，我们要接触到 3 个新的关键字，分别是 while 、do 和 for 。
接下来，我将逐一介绍它们。
while 语句
while 循环的基本结构如下：
其中，condition 部分是一个条件，就像 if 后面的语句一样，是一个布尔值或者条件表达式。
while 循环的执行顺序是
1
2
| 判断条件->如果条件符合->执行块中的语句->判断条件->符合就重复第3步，不符合就跳出
判断条件->如果条件不符合->执行 while 之后的语句
|
如果要输出从 1 到 n 之间所有的整数，用 while 循环可以这么写：
示例程序 4.1
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| #include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int n;
int i = 1;
cout << "Please input n: ";
cin >> n;
while (i <= n)
{
cout << i << endl;
i++;
}
return 0;
}
|
程序中出现了 i++ 的写法，这条语句的意思是将 i 自增 1。其中 ++ 属于一种运算符。
如果要自减的话，就使用 -- 运算符。关于运算符还有许多细节，将来我会写一篇专题来介绍。
如果要让程序进入死循环，只需要让条件恒为真，所以您可以这么写 while(1) 。
do while 语句
do while 的使用率比较少，它的基本结构如下：
while 是在循环的入口判断条件，而 do while 是在循环的出口判断条件。
示例程序 4.2
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| #include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int i = 1;
do
{
cout << i << endl;
} while (i < 1);
return 0;
}
|
可以看到，i 为 1，不符合 i < 1 的条件，但是因为是在出口处判断条件，所以仍然会输出 i 的值。
注意： do while 结构中 while 的末尾有一个分号，不要忘记这个细节。
for 语句
for 语句的基本结构如下：
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| for (type i = 0; i < count; i++)
{
}
|
for 循环的执行顺序是这样的：
1
| 1 -> 2 -> 4 -> 3 -> 2 -> 4 -> 3
|
1 部分是初始化一个变量，在 C语言 中，不能在 1 的位置声明新的变量，但 C++ 可以。
在一个循环中 1 部分只执行一次。
2 部分是循环的条件，每次执行前都要判断一次条件。
3 部分是每次循环的语句块结束之后进行的操作。执行完这部分之后就判断条件。
4 部分是要循环的步骤。
如果要输出从 1 到 n 之间所有的整数，用 for 循环可以这么写：
示例程序 4.3
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| #include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int n;
cout << "Please input n: " << endl;
cin >> n;
for (int i = 1; i <= n; i++)
cout << i << endl;
return 0;
}
|
for 循环也可以省略 1 、2 、3 中的内容。如果写成 for( ; ; ) 的形式，那就是一个死循环了。
循环的其它内容
continue 和 break
continue 的用法是直接跳过这次循环，进行下一次循环的判断和执行。
break 的作用是直接跳出该循环。
示例程序 4.4
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| #include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
int i = 0;
while (i <= 10)
{
if (i == 5)
{
i++;
continue;
}
else if (i == 8)
break;
else
cout << i << endl;
i++;
}
return 0;
}
|
该程序的输出结果如下：
可以看到，程序没有输出 5 ，因为当 i==5 时使用了 continue 导致此次循环被跳过。
程序只输出到 7 是因为当 i==8 时使用了 break ，跳出了循环。
三种循环结构的选用
对于 while 、do while 和 for 三种循环语句，恰当地选择使用可以让编程的条理更清楚。
如果是进行一个区间内的循环，那么使用 for 是一个不错的选择。
如果是让程序主体重复执行或者死循环，那么 while 和 do while 都要优于 for 。
接下来，我将用制作一个简单的计算器来复习之前学过的内容。
简单的计算器
因为我们还没有介绍自定义头文件的方法，所以这个简单的小项目将所有的函数放在同一个文件中。
这样子会大大增加单个文件的长度，如果使用自定义的头文件，那将使单个文件更简短。
进入正题，这个简单的计算器只需要能计算简单的四则运算。
我们首先需要一个菜单。对于菜单，我们需要两个函数。
一个函数用于重复输出一个字符，另一个函数用于输出选项。如下：
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| void PutChar(char ch);
void PutMenu();
void PutChar(char ch)
{
const int LIMIT = 20;
for (int i = 0; i < LIMIT; i++)
std::cout << ch;
std::cout << std::endl;
return;
}
void PutMenu()
{
using std::cout;
using std::endl;
const std::string space = " ";
int choice;
PutChar('*');
cout << "请选择需要的运算方法" << endl;
PutChar('-');
cout << space << "[1] 加法" << endl;
cout << space << "[2] 减法" << endl;
cout << space << "[3] 乘法" << endl;
cout << space << "[4] 除法" << endl;
cout << space << "[q] 退出" << endl;
PutChar('*');
return;
}
|
在 PutMenu() 中的 space 的作用是让选项居中输出。让菜单更整洁。
对于选项的选择，我们需要一个 choice 变量，再让用户输入这个变量。
然后 5 个选项分别对应 5 个数字。然后用 switch 判断 choice 属于哪一类运算。
那么怎么定义 5 个选项所对应的数字呢？
如果只是在脑海里“记住”对应的数字，那样是非常不靠谱的。
编程的时候，代码中应尽量有意义的变量或常量名，而不是单一的数字。
这个时候我们就需要使用之前提到过的常量的定义。这里我使用的是 enum ，也顺便演示一下 enum 的一般用法。
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| enum DEVICE
{
QUIT = 0,
ADDITION = 1,
SUBSTRACTION = 2,
MULT = 3,
DIVISION = 4
};
|
有了这个思路之后，我们先来考虑怎么解决退出的问题。
这里就需要介绍一个新的函数 exit() ，它是定义在头文件 <cstdio> 中的函数。
头文件名称中的“前缀”：因为 C++ 是由 C语言 发展而来的，所以仍然包括 C语言原有的库。
这些头文件为了区别原有的头文件，就在文件名的前面加上了 c 来显示它是 C语言 的头文件。
这些头文件中的东西也是包含在 std 名称空间中的。所以在使用时要记得使用 std 名称空间。
这个函数接受一个整数参数，然后退出程序。
如果成功退出则参数为 0 或 EXIT_SUCCESS ，如果失败则可以使用 EXIT_FAILURE 来退出。
这里我们就使用 EXIT_SUCCESS 来进行退出。
之后就在 switch 中解决运算的过程。
这里要注意当选择的运算方法为除法时，要判读第二个数字是否为 0 。
如果为 0 的话，那就要求用户重新输入第二个数字。
所以 Solve() 函数的定义如下：
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| void Solve();
void Solve()
{
double firnum, secnum;
int choice;
std::cin >> choice;
if (choice == QUIT)
{
std::cout << "再见！" << std::endl;
sleep(2000);
std::exit(EXIT_SUCCESS);
}
std::cout << "请输入第一个数: "
<< std::endl;
std::cin >> firnum;
std::cout << "请输入第二个数: "
<< std::endl;
std::cin >> secnum;
switch (choice)
{
case ADDITION:
{
std::cout << firnum << " + " << secnum
<< " = " << firnum + secnum
<< std::endl;
break;
}
case SUBSTRACTION:
{
std::cout << firnum << " - " << secnum
<< " = " << firnum - secnum
<< std::endl;
break;
}
case MULT:
{
std::cout << firnum << " * " << secnum
<< " = " << firnum * secnum
<< std::endl;
break;
}
case DIVISION:
{
while (secnum == 0)
{
std::cout << "除数不能为 0, 请重新输入除数"
<< std::endl;
std::cin >> secnum;
}
std::cout << firnum << " / " << secnum
<< " = " << firnum / secnum
<< std::endl;
break;
}
}
return;
}
|
可以看到，程序中还有一个新的函数 sleep() ，这个函数是用来使程序进入等待。
它接受一个参数，以毫秒为单位，作为程序等待的时长。
在 Linux 系统下，它包含在头文件 <unistd.h> 中，而在 Windows 系统下，则包含在头文件 <windows.h> 中。
因为运算不可能只有一次，所以我们需要一个循环来让用户达到多次选择并计算的效果。
最后放出所有的源代码。
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| #include <iostream>
#include <string>
#include <cstdio>
#include <unistd.h>
enum DEVICE
{
QUIT = 0,
ADDITION = 1,
SUBSTRACTION = 2,
MULT = 3,
DIVISION = 4
};
void PutChar(char ch);
void PutMenu();
void Solve();
int main(void)
{
while (1)
{
PutMenu();
Solve();
}
return 0;
}
void PutChar(char ch)
{
const int LIMIT = 20;
for (int i = 0; i < LIMIT; i++)
std::cout << ch;
std::cout << std::endl;
return;
}
void PutMenu()
{
using std::cout;
using std::endl;
const std::string space = " ";
int choice;
PutChar('*');
cout << "请选择需要的运算方法" << endl;
PutChar('-');
cout << space << "[1] 加法" << endl;
cout << space << "[2] 减法" << endl;
cout << space << "[3] 乘法" << endl;
cout << space << "[4] 除法" << endl;
cout << space << "[q] 退出" << endl;
PutChar('*');
return;
}
void Solve()
{
double firnum, secnum;
int choice;
std::cin >> choice;
if (choice == QUIT)
{
std::cout << "再见！" << std::endl;
sleep(2000);
std::exit(EXIT_SUCCESS);
}
std::cout << "请输入第一个数: "
<< std::endl;
std::cin >> firnum;
std::cout << "请输入第二个数: "
<< std::endl;
std::cin >> secnum;
switch (choice)
{
case ADDITION:
{
std::cout << firnum << " + " << secnum
<< " = " << firnum + secnum
<< std::endl;
break;
}
case SUBSTRACTION:
{
std::cout << firnum << " - " << secnum
<< " = " << firnum - secnum
<< std::endl;
break;
}
case MULT:
{
std::cout << firnum << " * " << secnum
<< " = " << firnum * secnum
<< std::endl;
break;
}
case DIVISION:
{
while (secnum == 0)
{
std::cout << "除数不能为 0, 请重新输入除数"
<< std::endl;
std::cin >> secnum;
}
std::cout << firnum << " / " << secnum
<< " = " << firnum / secnum
<< std::endl;
break;
}
}
return;
}
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练习
- 在本例计算器的基础上增加计算阶乘的功能和计算乘方的功能。
- 对于给定的一个大写字母，输出如下图的金字塔。
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