第四章：让程序重复做事——循环结构¶
你好！欢迎来到第四章！在前面的章节，我们学会了让程序做判断。但是，如果想让程序重复做同一件事很多次，比如输出100遍“你好”，难道要写100行cout吗？当然不用！这时候就需要循环。循环就像跑步，一圈一圈重复，直到达到目标才停下。这一章我们会学习三种循环：for、while 和 do...while，还有控制循环的小技巧。
4.1 for循环¶
4.1.1 for循环程序范例¶
for 循环就像体育老师喊口令：“从第1个同学开始，到第10个同学结束，每个同学报数！” 我们来看一个程序，输出1到10：
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
cout << i << " ";
}
return 0;
}
运行结果：
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
4.1.2 for循环的用法¶
for 循环的格式：
for (初始化; 条件; 更新) {
// 循环体：要重复执行的代码
}
- 初始化：在循环开始前执行一次，通常用来定义循环变量并赋初值，比如
int i = 1。 - 条件：每次循环开始前判断，如果为真，就执行循环体；如果为假，就退出循环。比如
i <= 10。 - 更新：每次循环体执行完后执行，通常用来改变循环变量的值，比如
i++（i增加1）。
执行顺序：
1. 执行初始化（只一次）
2. 判断条件 → 如果真，进入循环体；如果假，结束循环
3. 执行循环体
4. 执行更新
5. 回到第2步
循环变量变化过程¶
比如上面例子：
- 初始 i=1，判断 1<=10 真 → 输出1，然后 i++ 变成2
- 判断 2<=10 真 → 输出2，i++ 变3
- … 直到 i=10 输出10，i++ 变11
- 判断 11<=10 假 → 退出循环
4.1.3 编程实例讲解¶
实例1：求1到100的和¶
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int sum = 0; // 累加器，初始为0
for (int i = 1; i <= 100; i++) {
sum = sum + i; // 把i加到sum上
}
cout << "1+2+...+100 = " << sum << endl;
return 0;
}
运行结果：5050
实例2：输出偶数¶
题目：输出1到20之间的所有偶数。
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
for (int i = 2; i <= 20; i += 2) { // i每次增加2
cout << i << " ";
}
return 0;
}
运行结果：
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
实例3：倒序输出¶
题目：输出10到1。
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
for (int i = 10; i >= 1; i--) {
cout << i << " ";
}
return 0;
}
运行结果：
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
4.1.4 阶段性编程练习¶
- 练习1：用for循环输出1到50，每行5个数。（提示：可以用
if (i % 5 == 0) cout << endl;换行） - 练习2：求1到100所有奇数的和。
- 练习3：输入一个整数n，计算n的阶乘（n! = 1×2×3×…×n）。
- 练习4：输出所有的“水仙花数”。水仙花数是指一个三位数，其各位数字的立方和等于该数本身，如153 = 1³+5³+3³。（提示：用循环遍历100-999，分离个十百位判断）
4.2 while循环¶
4.2.1 while循环程序范例¶
while 循环就像“当条件满足时，就一直做某事”。比如“当还有糖果时，就吃一颗”。看这个例子，输出1到10：
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int i = 1; // 初始化
while (i <= 10) { // 条件
cout << i << " ";
i++; // 更新
}
return 0;
}
运行结果：和for循环一样。
4.2.2 while循环的用法¶
格式：
while (条件) {
// 循环体
}
- 先判断条件，如果为真，执行循环体；然后再次判断，直到条件为假退出。
- 注意：循环体内要有改变条件的语句，否则会变成死循环（无限循环）。
4.2.3 编程实例讲解¶
实例4：计算1到n的和（n由用户输入）¶
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int n, i = 1, sum = 0;
cout << "请输入一个整数：";
cin >> n;
while (i <= n) {
sum += i; // 等价于 sum = sum + i
i++;
}
cout << "1+2+...+" << n << " = " << sum << endl;
return 0;
}
实例5：统计位数¶
题目：输入一个正整数，统计它是几位数。比如输入12345，输出5。
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int num, count = 0;
cout << "请输入一个正整数：";
cin >> num;
while (num > 0) {
num = num / 10; // 去掉最后一位
count++; // 位数加1
}
cout << "它是" << count << "位数" << endl;
return 0;
}
解释：每次除以10，就减少一位，直到变成0。
4.2.4 阶段性编程练习¶
- 练习1：用while循环输出1到50的平方数（1², 2², … 50²）。
- 练习2：输入一个整数，倒序输出它（比如输入123，输出321）。不能用数组，只能用循环。
- 练习3：求两个数的最大公约数（用辗转相除法，提示：用while循环，条件是b!=0，循环内求余并交换）。
- 练习4：猜数字游戏（用while循环，直到猜中为止）。随机生成一个1-100的数，用户猜，提示“大了”“小了”，直到猜中，统计猜的次数。
4.3 do…while循环¶
4.3.1 do…while循环程序范例¶
do...while 循环和 while 类似，但它是先执行一次循环体，再判断条件。就像“先做一次，然后看是否要继续做”。比如：
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int i = 1;
do {
cout << i << " ";
i++;
} while (i <= 10);
return 0;
}
4.3.2 do…while循环的用法¶
格式：
do {
// 循环体
} while (条件);
- 先执行一次循环体，然后判断条件。如果条件为真，继续下一次循环；如果为假，退出。
- 注意：最后的分号不能少。
- 特点：至少执行一次循环体，即使条件一开始为假。
对比while¶
while：先判断，可能一次都不执行。do...while：先执行，至少执行一次。
4.3.3 编程实例讲解¶
实例6：输入密码，直到正确¶
题目：假设密码是123456，让用户输入密码，如果错误就提示重新输入，直到正确。
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int password, correct = 123456;
do {
cout << "请输入密码：";
cin >> password;
if (password != correct) {
cout << "密码错误，请重新输入。" << endl;
}
} while (password != correct);
cout << "密码正确，欢迎进入系统！" << endl;
return 0;
}
实例7：求平均分（至少输入一次）¶
题目：输入若干个成绩，以-1结束，计算平均分（保证至少输入一个有效成绩）。
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int score, sum = 0, count = 0;
do {
cout << "请输入成绩（-1结束）：";
cin >> score;
if (score != -1) {
sum += score;
count++;
}
} while (score != -1);
if (count > 0) {
double avg = (double)sum / count;
cout << "平均分：" << avg << endl;
}
return 0;
}
4.3.4 阶段性编程练习¶
- 练习1：用do…while循环输出1到10的立方。
- 练习2：编写一个菜单程序，显示选项，让用户选择，直到用户选择退出。（类似：1.开始游戏 2.设置 3.退出，输入3退出）
- 练习3：输入一个正整数，用do…while循环判断它是否是素数（提示：用i从2到sqrt(n)试除，一旦整除就标记不是素数）。
- 练习4：模拟ATM取款，初始余额1000元，每次输入取款金额，如果余额不足提示，直到输入0退出。
4.4 continue和break¶
4.4.1 continue和break程序范例¶
有时候我们需要在循环中间提前结束本次循环或整个循环。break 用来跳出整个循环，continue 用来跳过本次循环剩下的部分，直接进入下一次循环。
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
if (i == 5) {
break; // 当i=5时，跳出整个循环
}
cout << i << " ";
}
cout << endl;
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
if (i == 5) {
continue; // 当i=5时，跳过输出，继续下一次循环
}
cout << i << " ";
}
return 0;
}
运行结果：
1 2 3 4
1 2 3 4 6 7 8 9 10
4.4.2 continue和break的用法¶
- break：立即终止当前循环（for、while、do…while、switch），程序继续执行循环后面的代码。
- continue：跳过本次循环中剩余的代码，直接进入下一次循环（对于for循环，会先执行更新部分，再判断条件）。
使用场景¶
break：当找到想要的结果后，没必要继续循环了。continue：当遇到某些不需要处理的情况时，跳过本次，继续处理下一个。
4.4.3 编程实例讲解¶
实例8：找出第一个能被7整除的数¶
题目：从1开始找，找到第一个能被7整除的数就停止。
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int i = 1;
while (true) { // 无限循环，用break退出
if (i % 7 == 0) {
cout << "第一个能被7整除的数是：" << i << endl;
break;
}
i++;
}
return 0;
}
实例9：输出1-20中不能被3整除的数¶
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
for (int i = 1; i <= 20; i++) {
if (i % 3 == 0) {
continue; // 跳过输出
}
cout << i << " ";
}
return 0;
}
4.4.4 阶段性编程练习¶
- 练习1：输出1-100中所有能被5整除但不能被3整除的数。
- 练习2：求两个数的最大公约数，用循环和break优化（找到即停止）。
- 练习3：输入一个正整数，判断它是否是素数（用break优化，一旦发现整除就跳出循环）。
- 练习4：模拟一个简单的加法考试，随机出10道题，每道题答对加10分，答错可以继续做下一题，最后显示得分。如果中途输入-1，则提前退出考试。
4.5 嵌套循环¶
4.5.1 嵌套循环程序范例¶
循环里面再套循环，就是嵌套循环。最常见的是打印图形。比如打印一个3行5列的矩形：
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
for (int i = 1; i <= 3; i++) { // 控制行数
for (int j = 1; j <= 5; j++) { // 控制列数
cout << "* ";
}
cout << endl; // 每行结束后换行
}
return 0;
}
运行结果：
* * * * *
* * * * *
* * * * *
4.5.2 嵌套循环的用法¶
- 外层循环执行一次，内层循环会完整执行一轮。
- 常用于处理二维结构，如打印图形、遍历表格等。
- 注意循环变量的作用域和命名，通常用
i,j,k表示。
执行过程：¶
外层 i=1，内层 j 从1到5输出5个星号，然后换行；
外层 i=2，内层 j 再从1到5输出5个星号，换行；
外层 i=3，同样。
4.5.3 编程实例讲解¶
实例10：打印直角三角形¶
题目：输入行数n，打印一个直角三角形，第一行1个，第二行2个，…第n行n个*。
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int n;
cout << "请输入行数：";
cin >> n;
for (int i = 1; i <= n; i++) {
for (int j = 1; j <= i; j++) { // 每行输出i个星号
cout << "* ";
}
cout << endl;
}
return 0;
}
运行示例（n=5）：
*
* *
* * *
* * * *
* * * * *
实例11：打印九九乘法表¶
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
for (int i = 1; i <= 9; i++) {
for (int j = 1; j <= i; j++) {
cout << j << "×" << i << "=" << i * j << "\t"; // \t是制表符，用于对齐
}
cout << endl;
}
return 0;
}
实例12：冒泡排序（简单介绍）¶
虽然还没学数组，但可以先看看嵌套循环的威力：排序。这里用最简单的冒泡排序对5个数排序。
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
int a[5] = {5, 3, 8, 1, 2}; // 数组，暂时理解为5个盒子
int n = 5;
// 冒泡排序
for (int i = 0; i < n - 1; i++) { // 外层控制比较轮数
for (int j = 0; j < n - 1 - i; j++) { // 内层控制每轮比较次数
if (a[j] > a[j + 1]) { // 如果前面的比后面的大，交换
int temp = a[j];
a[j] = a[j + 1];
a[j + 1] = temp;
}
}
}
// 输出排序后的结果
for (int i = 0; i < n; i++) {
cout << a[i] << " ";
}
return 0;
}
运行结果：1 2 3 5 8
4.5.4 阶段性编程练习¶
- 练习1：打印倒直角三角形：第一行n个，第二行n-1个，…最后一行1个*。
- 练习2：打印菱形（输入奇数行数，打印菱形图案）。
- 练习3：输出100以内的所有素数（用嵌套循环，外层遍历2-100，内层判断每个数是否是素数）。
- 练习4：模拟一个简单的“猜数字”游戏升级版：程序随机生成一个4位数（每位不重复），用户猜，每次给出提示：数字正确且位置正确的个数，数字正确但位置不对的个数。用嵌套循环实现比较。
4.6 第4章编程作业¶
恭喜你学完了循环！现在来挑战几个综合题目，检验一下学习成果。
作业1：斐波那契数列¶
斐波那契数列：1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, … 从第三项开始，每一项等于前两项之和。输入一个正整数n，输出前n项。
作业2：百钱百鸡问题¶
公鸡5元一只，母鸡3元一只，小鸡1元三只。用100元买100只鸡，问公鸡、母鸡、小鸡各多少只？用循环枚举所有可能。
作业3：求完数¶
完数是指一个数恰好等于它的因子之和（不包括自身）。例如6 = 1+2+3。找出1000以内的所有完数。
作业4：猜数字游戏（带难度选择）¶
实现一个猜数字游戏，可以选择难度：
- 简单：1-50，猜10次
- 中等：1-100，猜7次
- 困难：1-200，猜5次
每次提示猜大了还是猜小了，如果次数用完还没猜中，游戏结束。
作业5：打印杨辉三角¶
输入行数n，打印杨辉三角（等腰三角形格式）。例如n=5：
1
1 1
1 2 1
1 3 3 1
1 4 6 4 1
提示：可以用二维数组或组合数公式，但这里要求只用循环（需要一点数学知识，可以选做）。
好了，第四章的内容就到这里！你已经学会了如何让程序重复做事，这是编程中非常强大的能力。加油！🚀