Циклы в с кратко

Обновлено: 04.07.2024

П ри решении практических задач постоянно возникает необходимость в повторении действия заданное количество раз, или до достижения какого-либо условия. Например, вывести список всех пользователей, замостить плоскость текстурой, провести вычисления над каждым элементом массива данных и т.п. В си для этих целей используются три вида циклов: с предусловием, постусловием и цикл for со счётчиком (хотя, это условное название, потому что счётчика может и не быть).

Любой цикл состоит из тела и проверки условия, при котором этот цикл должен быть прекращён. Тело цикла - это тот набор инструкций, который необходимо повторять. Каждое повторение цикла называют итерацией.

Рассмотрим цикл с предусловием.

Этот цикл выполняется до тех пор, пока истинно условие, заданное после ключевого слова while. Тело цикла - это две строки, одна выводит число, вторая изменяет его. Очевидно, что этот цикл будет выполнен 10 раз и выведет на экран
0
1 2 3 и так далее до 9.

Очень важно, чтобы условие выхода из цикла когда-нибудь выполнилось, иначе произойдёт зацикливание, и программа не завершится. К примеру

В этом цикле не изменяется переменная i, которая служит для определения условия останова, поэтому цикл не завершится.

В этой программе цикл, конечно, завершится, но из-за неправильного действия он будет выполнен гораздо больше 10 раз. Так как си не следит за переполнением переменной, нужно будет ждать, пока переменная переполнится и станет меньше нуля.

У этого примера неопределённое поведение. Так как переменная i заранее не инициализирована, то она хранит мусор, заранее неизвестное значение. При различном содержимом переменной i будет меняться поведение.

Если тело цикла while содержит один оператор, то фигурные скобки можно опустить.

Здесь мы инкрементируем переменную i при вызове функции printf. Следует избегать такого стиля кодирования. Отсутствие фигурных скобок, особенно в начале обучения, может приводить к ошибкам. Кроме того, код читается хуже, да и лишние скобки не сильно раздувают листинги.

Циклы с постусловием.

Ц икл с постусловием отличается от цикла while тем, что условие в нём проверяется после выполнения цикла, то есть этот цикл будет повторён как минимум один раз (в отличие от цикла while, который может вообще не выполняться). Синтаксис цикла

Предыдущий пример с использованием цикла do будет выглядеть как

Давайте рассмотрим пример использования цикла с постусловием и предусловием. Пусть нам необходимо проинтегрировать функцию.

Интеграл - это сумма бесконечно малых. Мы можем представить интеграл как сумму, а бесконечно малые значения просто заменить маленькими значениями.

∫ a b f ⁡ x d x = ∑ i = a b f ⁡ i h

Из формулы видно, что мы на самом деле разбили площадь под графиком на множество прямоугольников, где высота прямоугольника - это значение функции в точке, а ширина - это наш шаг. Сложив площади всех прямоугольников, мы тем самым получим значение интеграла с некоторой погрешностью.

Пусть искомой функцией будет x 2 . Нам понадобятся следующие переменные. Во-первых, аккумулятор sum для хранения интеграла. Во-вторых, левая и правая границы a и b, в третьих - шаг h. Также нам понадобится текущее значение аргумента функции x.

Для нахождения интеграла необходимо пройти от a до b с некоторым шагом h, и прибавлять к сумме площадь прямоугольника со сторонами f(x) и h.

Программа выводит 0.328.

∫ 0 1 x 2 d x = x 3 3 | 0 1 = 1 3 ≈ 0.333

Если посмотреть на график, то видно, что каждый раз мы находим значение функции в левой точке. Поэтому такой метод численного интегрирования называют методом левых прямоугольников. Аналогично, можно взять правое значение. Тогда это будет метод правых прямоугольников.

Сумма в этом случае будет равна 0.338. Метод левых и правых прямоугольников не очень точен. Мы фактически аппроксимировали (приблизили) гладкий график монотонно возрастающей функции гистограммой. Если немного подумать, то аппроксимацию можно проводить не только суммируя прямоугольники, но и суммируя трапеции.

Приближение с помощью трапеций на самом деле является кусочной аппроксимацией кривыми первого порядка (ax+b). Мы соединяем точки на графике с помощью отрезков. Можно усложнить, соединяя точки не отрезками, а кусками параболы, тогда это будет метод Симпсона. Если ещё усложнить, то придём к сплайн интерполяции, но это уже другой, очень долгий разговор.

Вернёмся к нашим баранам. Рассмотрим 4 цикла.

Если выполнить эти примеры, то будет видно, что циклы выполняются от двух, до четырёх раз. На это стоит обратить внимание, потому что неверное изменение счётчика цикла часто приводит к ошибкам.

Часто случается, что нам необходимо выйти из цикла, не дожидаясь, пока будет поднят какой-то флаг, или значение переменной изменится. Для этих целей служит оператор break, который заставляет программу выйти из текущего цикла.

Давайте решим простую задачу. Пользователь вводит числа до тех пор, пока не будет введено число 0, после этого выводит самое большое из введённых. Здесь есть одна загвоздка. Сколько чисел введёт пользователь не известно. Поэтому мы создадим бесконечный цикл, а выходить из него будем с помощью оператора break. Внутри цикла мы будем получать от пользователя данные и выбирать максимальное число.

Напомню, что в си нет специального булевого типа. Вместо него используются числа. Ноль - это ложь, все остальные значения – это истина. Цикл while(1) будет выполняться бесконечно. Единственной точкой выхода из него является условие

В этом случае мы выходим из цикла с помощью break; Для начала в качестве максимального задаём 0. Пользователь вводит число, после чего мы проверяем, ноль это или нет. Если это не ноль, то сравниваем его с текущим максимальным.

Бесконечные циклы используются достаточно часто, так как не всегда заранее известны входные данные, либо они могут меняться во время работы программы.

Когда нам необходимо пропустить тело цикла, но при этом продолжить выполнение цикла, используется оператор continue. Простой пример: пользователь вводит десять чисел. Найти сумму всех положительных чисел, которые он ввёл.

Пример кажется несколько притянутым за уши, хотя в общем он отражает смысл оператора continue. В этом примере переменная positiveCnt является счётчиком положительных чисел, sum сумма, а input - временная переменная для ввода чисел.

Вот ещё один пример. Необходимо, чтобы пользователь ввёл целое число больше нуля и меньше 100. Пока необходимое число не будет введено, программа будет продолжать опрос.

Цикл for

О дним из самых используемых является цикл со счётчиком for. Его синтаксис

Например, выведем квадраты первых ста чисел.

Одним из замечательных моментов цикла for является то, что он может работать не только с целыми числами.

Этот цикл выведет числа от 5.3 до 0.1. Цикл for может не иметь некоторых "блоков" кода, например, может отсутствовать инициализация, проверка (тогда цикл становится бесконечным) или изменение счётчика. Вот пример с интегралом, реализованный с применением счётчика for

Давайте рассмотрим кусок кода

Его можно изменить так

Более того, используя оператор break, можно убрать условие и написать

кроме того, используя оператор ",", можно часть действий перенести

ЗАМЕЧАНИЕ: несмотря на то, что так можно делать, пожалуйста, не делайте так! Это ухудшает читаемость кода и приводит к трудноуловимым ошибкам.

Давайте решим какую-нибудь практическую задачу посложнее. Пусть у нас имеется функция f(x). Найдём максимум её производной на отрезке. Как найти производную функции численно? Очевидно, по определению). Производная функции в точке - это тангенс угла наклона касательной.

Рис. 5 Численное дифференцирование функции f ⁡ x ′ = d x d y

Возьмём точку на кривой с координатами (x; f(x)), сдвинемся на шаг h вперёд, получим точку (x+h, f(x+h)), тогда производная будет

d x d y = f ⁡ ( x + h ) - f ⁡ x ( x + h - x ) = tg ⁡ α

То есть, отношение малого приращения функции к малому приращению аргумента. Внимательный читатель может задать вопрос, почему мы двигаемся вперёд по функции, а не назад. Ну пойдёмте назад

Возьмём среднее от этих двух значений, получим

В общем-то теперь задача становится тривиальной: идём от точки a до точки b и находим минимальное значение производной, а также точку, в которой производная принимает это значение. Для решения нам понадобятся, как и в задаче с интегралом, переменные для границ области поиска a и b, текущее значение x и шаг h. Кроме того, необходимо максимальное значение maxVal и координата maxX этого максимального значения. Для работы возьмём функцию x • sin ⁡ x

На выходе программа выдаёт max value = 1.391 at 1.077

Численное решение даёт такие же (с точностью до погрешности) результаты, что и наша программа.

Вложенные циклы

Рассмотрим пример, где циклы вложены друг в друга. Выведем таблицу умножения.

В этом примере в первый цикл по переменной i вложен второй цикл по переменной j. Последовательность действий такая: сначала мы входим в цикл по i, после этого для текущего i 10 раз подряд осуществляется вывод чисел. После этого необходимо перейти на новую строку. Теперь давайте выведем только элементы под главной диагональю

Как вы видите, оператор break позволяет выйти только из текущего цикла. Этот пример может быть переписан следующим образом

В данном случае мы используем во вложенном цикле счётчик первого цикла.

Всё ещё не понятно? – пиши вопросы на ящик

Прежде, чем изучать циклы, следует познакомиться с часто используемым в языке C способом увеличения/уменьшения значений переменных на единицу. Конечно, в C работают такие формы изменения значений как, например, a += 1 или a -= 1. Однако чаще используют операции инкрементирования (оператор инкремента "++") и декрементирования (оператор декремента "--"): i++ или ++i, i-- или --i. В результате этих операций переменные увеличиваются или уменьшаются на единицу.

Запомните, когда вы видите выражения типа ++i или i++, то в результате их выполнения значение i меняется. Не надо делать вот так: i = ++i. Это совершенно лишнее.

Когда знак инкремента или декремента стоит перед переменной, то перед нами префиксная форма операции (++i, --i), а когда после переменной, то постфиксная форма (i++, i--). Когда эти выражения не участвуют в построении более сложных выражений, то между префиксной и постфиксной формами никакой разницы нет: что i++, что ++i — без разницы, в результате мы получим значение i на единицу больше.

Однако когда эти выражения участвуют в построении более сложных, то разница между префиксной и постфиксной формами появляется и заключается в следующем: переменная над которой производится операция инкрементирования или декрементирования в постфиксной форме сначала используется в сложном выражении как есть, и только потом увеличивается на единицу; если мы имеем дело с префиксной формой, то переменная сначала изменяется, а затем используется. Например, код:

, выведет на экране:

Объясняется такой результат так:

значение переменной a было увеличено на единицу, после чего это значение было присвоено переменной c;

значение переменной b было сначала присвоено переменной d и только потом увеличено на единицу.

Еще один пример:

На экране будет выведено:

Это результат логических выражений, где 0 означает ложь, а 1 — истину. В данном случае, когда x сравнивается с нулем, то его значение еще не увеличено, а когда сравнивается у, то его значение уже больше нуля.

Применять операторы инкремента и декремента можно также к переменным вещественного типа.

Цикл while

Цикл while в языке программирования C работает также как и в других языках программирования. По аналогии с условным выражением в инструкции if, условное выражение при while заключается в круглые скобки. Если тело цикла включает несколько выражений разделяемых точкой с запятой, то все тело заключается в фигурные скобки.

Присвойте переменной star значение 0. Пока значение star не достигнет 55 выводите на экран в строку по одной звездочке (*).

С помощью цикла while запрограммируйте вывод на экран цифровых кодов и значений таблицы символов ASCII от 31 до 127 включительно. При этом после каждого десятого символа осуществляйте переход на новую строку. (Подсказка: чтобы переходить на новую строку, в цикле while надо использовать инструкцию if , в условии которой остаток 1 от деления на 10 сравнивается с нулем.)

Используя внешний и вложенный циклы while организуйте вывод таблицы умножения на экран.

1 Операция нахождения остатка от деления в языке C обозначается знаком процента (%).

Цикл do-while

Цикл do-while отличается от while лишь тем, что его тело будет выполнено хотя бы один раз независимо от условия выполнения цикла. Синтаксис цикла do-while можно описать так (фигурные скобки можно опустить, если выражение только одно):

Этот цикл называют циклом с постусловием. Его используют намного реже обычного while. В принципе почти всегда можно обойтись без него, но в определенных ситуациях его использование упрощает код. Допустим требуется вывести на экран отдельные цифры числа. Любое число состоит хотя бы из одной цифры, даже число 0. Можно решить эту задачу с использованием цикла while:

Но в этом случае, если a равно 0, то цикл не выполнится ни разу. Пришлось бы перед циклом использовать инструкцию if, в которой сравнивать переменную с 0. Использование же цикла do-while решает эту проблему, т. к. его тело один раз выполнится даже при нулевом значении переменной:

Цикл for

Представим синтаксис заголовка цикла for языка программирования C так:

Заголовок цикла for включает три части, разделенных точкой с запятой; причем каждая часть может быть сложной, т. е. состоять из нескольких выражений, разделенных простой запятой. В первой части обычно указываются переменные и часто их начальные значения; во второй – с помощью логического(их) выражения(й) задаются условия, при которых выполняется тело цикла; в третью часть помещаются выражения, которые выполняются в конце каждой итерации цикла (чаще всего здесь изменяется значение переменной, заданной в первой части заголовка).

Вот так будет выглядеть программный код, выводящий таблицу символов на экран, в котором используется цикл for:

Напишите программу с использованием цикла for, выводящую на экран таблицу умножения (Подсказка: как и в случае с while следует использовать два цикла — внешний и вложенный.)

Операторы break и continue

Оператор break позволяет прервать выполнение цикла, а continue — прервать текущую итерацию (проход) цикла. Почти всегда можно обойтись без этих операторов, но иногда их использование позволяет упростить программный код и сделать его более понятным.

Рассмотрим пару примеров. Допустим, требуется проверить массив на наличие в нем хотя бы одного элемента со значением 0. Как только ноль будет обнаружен проверять оставшуюся часть массива уже нет смысла. Поэтому, чтобы не выполнять лишних итераций, используется оператор break.

Второй пример. Требуется из одного массива скопировать в другой только числа, которые больше 0. Можно с помощью continue прерывать итерацию цикла, если очередной элемент меньше либо равен нулю.

В данном случае использование continue совсем не очевидно с точки зрения надобности, т. к. легко можно обойтись без него, если изменить условие при if на противоположное, удалить continue, а оставшийся код поместить в тело оператора if.

Иногда необходимо повторять одно и то же действие несколько раз подряд. Для этого используют циклы. В этом уроке мы научимся программировать циклы на C++, после чего посчитаем сумму всех чисел от 1 до 1000.

Цикл for

Если мы знаем точное количество действий (итераций) цикла, то можем использовать цикл for . Синтаксис его выглядит примерно так:

Итерацией цикла называется один проход этого цикла

Существует частный случай этой записи, который мы сегодня и разберем:

Счетчик цикла — это переменная, в которой хранится количество проходов данного цикла.

Описание синтаксиса

Сначала присваивается первоначальное значение счетчику, после чего ставится точка с запятой.

Затем задается конечное значение счетчика цикла. После того, как значение счетчика достигнет указанного предела, цикл завершится. Снова ставим точку с запятой.

Задаем шаг цикла. Шаг цикла — это значение, на которое будет увеличиваться или уменьшаться счетчик цикла при каждом проходе.

Пример кода

Напишем программу, которая будет считать сумму всех чисел от 1 до 1000.

Данный цикл будет выполняться, пока условие, указанное в круглых скобках является истиной. Решим ту же задачу с помощью цикла while. Хотя здесь мы точно знаем, сколько итераций должен выполнить цикл, очень часто бывают ситуации, когда это значение неизвестно.

Ниже приведен исходный код программы, считающей сумму всех целых чисел от 1 до 1000.

Попрактикуйтесь, поэкспериментируйте над собственными примерами задач. Циклы — очень важная вещь, поэтому им стоит уделить побольше внимания. Когда поймете, как работают циклы — можете смело переходить к изучению следующего урока.

В языке С++ есть 3 вида циклов, каждый из которых содержит условие и тело цикла, которое выполняется пока сохраняется истинность условия. Однократное выполнение тела цикла называется итерацией. Все виды циклов схематично показаны в таблице:

Тип цикла	Схема
Со счетчиком
С предусловием
С постусловием

План урока

1 Цикл со счетчиком — for

Цикл for применяется если тело цикла необходимо выполнить определенное число раз. Цикл выполняется в следующем порядке:

инициализация счетчика;
проверка условия — если результат развен false — цикл завершается;
тело цикла;
изменение счетчика;
проверка условия — если результат развен false — цикл завершается;
тело цикла;
изменение счетчика;
… (и так далее пока при проверке условия не будет получен false ).

Как и в других подобных случаях, фигурные скобки не обязательны если внутри цикла всего один оператор.

Допустим, нам необходимо посчитать сумму чисел от 1 до 50:

Сопоставьте ход выполнения этой программы с описанным выше порядком — это полезное упражнение. Попробуйте изменить начальное и конечное значение счетчика цикла, оператор на какой-нибудь другой.

2 Цикл с предусловием (while)

Цикл while очень похож на for (сравните приведенные выше схемы), но является наиболее общим — его стоит применять только если заранее не известно сколько раз нужно выполнить тело цикла.

В качестве примера можно привести программу переводящую целое положительное число из десятичной системы счисления в двоичную — для этого выполняется целочисленное деление числа на 2 до тех пор, пока не останется ноль. Остатки от деления будут представлять собой разряды двоичного числа. По ссылке можно посмотреть обоснование алгоритма, а также его более общий вид для дробных чисел.

3 Цикл с постусловием (do while)

Если тело цикла должно обязательно выполнится хотя бы один раз — то применяется цонструкция do while . В частности, такая конструкция нередко применяется для обеспечения корректности ввода — заставляя пользователя вводить данные пока они не окажутся корректными. Модифицируем программу из предыдущего урока — пусть пользователь обязательно введет правильный номер дня недели:

Обязательно запустите эту программу и попробуйте вводить разные данные.

4 Вложенные циклы. Операторы break и continue

Оператор break немедленно завершает выполнение цикла и переходит к первой инструкции, записанной после цикла. Оператор continue — немедленно переходит к новой итерации цикла. В качестве примера, напишем программу, выполняющую выбранное пользователем в меню действие:

Наверняка, каждый предпочел бы первый вариант остальным — понять его наиболее просто. Кстати, решить эту задачу можно вообще без циклов — подймайте как.

Что мы делаем ежедневно? Думаю, у каждого из нас свой список дел. Однако раз за разом повторяются одни и те же операции для достижения одних и тех же целей. Это и есть цикл. В программировании циклы используются при обработке множеств / файлов или же для вычисления математических выражений.

Выделяют несколько видов циклов:

while … do (с предусловием );
do … while (с постусловием);
for (с параметром)

Может использоваться в ситуациях, когда до входа в цикл известно количество итераций (повторений цикла). Имеет следующий вид:

Инициализация — установка начальных параметров счетчика;
Условие — условие выхода из цикла, как только оно вернет ложь — произойдет выход из цикла;
Порядок выполнения — команда увеличения счетчика.

Действия, выполняемые циклически, называются телом цикла. Рассмотрим наиболее общий пример: поиск факториала числа. Факториал числа вычисляется по формуле:

Как вы видите, мы заранее знаем, сколько раз должно повториться тело цикла, потому можем использовать счетчик.

Рассмотрим пример вычисления факториала при помощи while.

Чтобы не получить бесконечного цикла, необходимо изменять параметр, проверяемый в условии. Именно для этого мы увеличиваем i.

Этот вид цикла подобен while, с той лишь разницей, что проверка условия производится после выполнения тела цикла.

И снова рассмотрим вычисление факториала.

Допустим, мы имеем массив значений, не важно каких: числа, строки, символы… Для перебора массива удобно использовать этот вид цикла. Выглядит он следующим образом:

Предположим, у нас есть список городов, и нужно найти все города, начинающиеся с заданного символа.

Пользователь вводит символ, после чего для каждого элемента массива проверяется, начинается ли он с заданного символа. И, если условие выполняется, элемент массива запоминается в результирующей строке. Главным плюсом foreach является то, что он исключает возможность выхода за границы массива.

Управление циклом. Команды break и countinue

Оператор break используется для прерывания выполнения цикла. Пусть, нам нужно найти некоторый элемент в массиве. Так, используя цикл, мы можем выйти из цикла, как только найдем искомый элемент.

Так мы находим индекс искомого слова в массиве, при этом не выполняем лишних операций после того, как найдем искомый элемент.

Оператор continue используется для перехода к следующей итерации цикла. Рассмотрим задачу: необходимо вычислить сумму пяти частных вида:

Читайте также: