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C++ for循环详解

一般来说,有两类循环:条件循环计数控制循环

只要存在特定条件,就执行条件循环。例如,只要输入值无效,就会执行输入验证循环。在编写一个条件循环时,无法知道它将迭代的次数。

有时候程序员知道循环必须执行的确切迭代次数。重复特定次数的循环称为计数控制循环。例如,如果一个循环要求用户输入一年中每个月的销售金额,则它将迭代 12 次。这实际上意味着,循环数为 12,并要求用户在每次计数时输入销售金额。

计数控制循环必须具有 3 个要素:
  1. 必须将计数器变量初始化为起始值。
  2. 必须通过将其与最终值进行比较来测试计数器变量。当计数器变量达到其最终值时,循环终止。
  3. 必须在每次迭代期间更新计数器变量。这通常通过变量递增来完成。

前面已经介绍过,通过使用 while 循环来创建计数控制循环的方法,但是,由于计数控制循环实在太常用,所以 C++ 又提供了另外一种特别适合计数控制的循环,即所谓的 for 循环

for 循环专门用于初始化、测试和更新计数器变量。以下是 for 循环的格式:

for (初始化;测试;更新)
{
    语句;
    语句;
    //根据需要在此放置更多语句
}

与前面介绍的其他循环一样,如果循环体中只有一个语句,则可以省略大括号。

for 循环的第一行是循环头。在关键词 for 之后,括号内有 3 个表达式,用分号分隔(注意第 3 个表达式之后没有分号):
  • 第一个表达式是初始化表达式,它通常用于将计数器初始化为其起始值。这是循环执行的第一个动作,只做一次。
  • 第二个表达式是测试表达式。它以与 while 和 do-while 循环中的测试表达式相同的方式测试条件,并控制循环的执行。只要这个条件为 true,for 循环的主体将重复。与 while 循环一样,for 循环也是一个预测试循环,因此它在每次迭代之前判断测试表达式。
  • 第三个表达式是更新表达式。它在每次迭代结束时执行。通常,这是一个递增循环计数器变量的语句。

以下是一个简单的 for 循环示例,将打印“Hello”字符串 5 次:

for (count = 1; count <= 5; count++)
    cout << "Hello" << endl;

在该循环中,初始化表达式为 count = 1,测试表达式为“count <= 5”,更新表达式为 count++。循环的主体只有一个语句,即 cout 语句。图 1 说明了循环执行过程中发生的事件顺序。

for 循环执行过程中事件发生的顺序
图 1 for 循环执行过程中事件发生的顺序

请注意,只要测试表达式为真,就重复步骤 2〜4。图 2 以流程图形式显示了 for 循环的一般逻辑。

for循环的流程图
图 2 for 循环的流程图

请注意如何使用计数器变量 count 来控制循环迭代的次数。它的值从 1 开始,每次循环迭代之后递增 1。只要表达式 "count <= 5" 保持为 true,循环将重复迭代。但是,在 5 次迭代之后,count 将变成 6,这导致测试表达式变为 false,所以循环终止。

还要注意的是,在这个例子中,count 变量仅在循环头中使用,以控制循环迭代的次数。它不用于任何其他目的。当然,也可以在循环体内使用计数器变量。例如,来看下面的代码:

for (number = 1; number <= 5; number++)
    cout << number << " ";

此循环中的计数器变量为 number。除了控制迭代次数之外,它也被用在循环体中。此循环将产生以下输出:

1 2 3 4 5

可以看到,循环在每次迭代期间显示 number 变量的内容。

下面的程序通过使用 for 循环而不是 while 循环来显示数字 1〜5 及其平方值。
#include <iostream>
#include <iomanip>
using namespace std;

int main()
{
    int num;
    cout << "Number Square\n";
    cout << "--------------\n";
    for (num =1; num <= 5; num++)
        cout << setw (4) << num << setw (7) << (num * num) << endl;
    return 0;
}
程序输出结果:
Number Square
--------------
   1      1
   2      4
   3      9
   4     16
   5     25

for 循环是一个预测试循环

因为 for 循环会在执行迭代之前判断其测试表达式的值,所以,如果代码编写不当,则它可能永远不会迭代。来看以下示例:

for (count = 11; count <= 10; count++)
    cout << "Hello" << endl;

因为变量 count 被初始化为 11,这使得测试表达式一开始就为 false,循环体永远不会执行,该循环刚开始即终止。

避免修改 for 循环体中的计数器变量

虽然可以如上面程序所示,在循环体内使用计数器变量,但是,请注意不要在其中放置修改它的语句。计数器变量的修改只应在更新表达式中进行,更新表达式将在每次迭代结束时自动执行。如果循环体中的某个语句也修改了计数器变量,那么循环可能不会如愿终止。

例如,以下循环会在每次迭代之后递增x两次:
for (x = 1; x <= 10; x++)
{
    cout << x << endl;
    x++; / /错误
}

更新表达式的其他形式

在更新表达式中,循环控制变量的递增并不仅限于 1。例如,以下循环即通过使其计数器递增 2 来显示 2〜100 的所有偶数:
for(num = 2; num <= 100; num + = 2)
    cout << num << endl;
而以下循环则可以显示从 10 递减到 0 的数字:
for(num = 10; num >= 0; num--)
    cout << num << endl;

定义 for 循环初始化表达式中的变量

for 循环的计数器变量不仅可以在初始化表达式中初始化,也可以进行定义。以下代码即为一例:
for (int num = 1; num <= 5; num++)
    cout << setw (4) << num << setw (7) << (num * num) << endl;
在这个循环中,num 变量在初始化表达式中被定义和初始化。如果计数器变量仅在循环中使用,则在循环头中定义好它是很好的编程习惯,这使变量的目的更加清晰。但是,当一个变量定义在 for 循环的初始化表达式中时,变量的作用域被限制在循环中,这意味着无法访问循环外的语句中的变量。

例如,以下程序段将不会编译,因为最后一个 cout 语句无法访问变量 count:
for (int count = 1; count <= 10; count++)
    cout << count << endl;
cout << "count is now " << count << endl; // 错误

在初始化和更新表达式中使用多个语句

可以在初始化表达式和更新表达式中执行多个语句。当在这些表达式中使用多个语句时,只需用逗号分隔语句。

例如,来看以下代码中的循环,该代码在初始化表达式中有两个语句:
for (int x = 1, y = 1; x <= 5; x++)
{
    cout << x << " plus " << y << " equals " << (x + y) << endl;
}
该循环的初始化表达式是:

int x = 1, y = 1

它定义并初始化了两个 int 变量:x和y。该循环产生的输出是:

1 plus 1 equals 2
2 plus 1 equals 3
3 plus 1 equals 4
4 plus 1 equals 5
5 plus 1 equals 6

可以进一步修改循环来执行 update 表达式中的两个语句。示例如下:
for (int x = 1, y = 1; x <= 5; x++, y++)
{
    cout << x << " plus " << y << " equals " << (x + y) << endl;
}
该循环的更新表达式可以同时递增 x 和 y 变量。该循环产生的输出如下:

1 plus 1 equals 2
2 plus 2 equals 4
3 plus 3 equals 6
4 plus 4 equals 8
5 plus 5 equals 10

在初始化和更新表达式中允许使用逗号连接多个语句,但在测试表达式中则不可以。如果要在测试表达式中组合多个表达式,则必须使用 && 或 || 运算符。

以下是一个 for 循环头的示例:

for (int count = 1; count <= 10 && moreData, count++)

只有 "count <= 10" 且布尔变量 moreData 为 true 时,此循环才会执行。一旦这些条件中的任何一个变为 false,则循环将被退出。

省略 for 循环的表达式或循环体

for 循环的一个或多个表达式,甚至连其循环体都可以省略,当然,这样做往往会被认为是很糟糕的编程风格。

如果已经执行了或者不需要初始化,则可以从 for 循环括号内省略初始化表达式。以下示例即已经在循环之前对计数器执行了初始化:
int num = 1;
for ( ; num <= maxValue; num++)
    cout << num << " " << (num * num) << endl;
如果更新表达式在循环中的其他位置执行,或者不需要,则可以省略更新表达式。虽然不推荐使用这种类型的代码,但是以下 for 循环可以像一个 while 循环一样工作:
int num = 1;
for ( ; num <= maxValue;)
{
    cout << num << " " << (num * num) << endl;
    num++;
}
尽管不建议,但也可以编写一个没有正式主体的 for 循环。在这种情况下,循环的所有工作都由循环头中的语句完成。以下示例可以显示 1〜10 的数字,每次迭代都将执行更新表达式中组合的递增操作和 cout 语句:

for (number = 1; number <= 10; cout << number++);

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