3.2 循环语句

循环语句用于重复执行一段代码，直到某个条件不再满足。C++ 提供了三种基本循环结构：while、do-while 和 for，以及 C++11 引入的范围 for 循环。

while 循环

while 循环在每次执行循环体之前检查条件。如果条件为 true，执行循环体；否则跳出循环。

while (条件) {
    // 循环体
}

示例——输出 1 到 5：

int i = 1;

while (i <= 5) {
    std::cout << i << " ";
    ++i;
}
std::cout << std::endl;
// 输出：1 2 3 4 5

执行流程：

检查 i <= 5 是否为 true
如果是，执行循环体（输出 i，然后 i 加 1）
回到步骤 1
当 i 变为 6 时，条件为 false，循环结束

{% hint style=“warning” %} 如果条件永远为 true，循环将永不停止，形成死循环（Infinite Loop）。编写循环时务必确保循环变量在循环体中被正确更新，使条件最终变为 false。 {% endhint %}

do-while 循环

do-while 与 while 的区别在于：它先执行一次循环体，再检查条件。这保证了循环体至少执行一次。

do {
    // 循环体
} while (条件);   // 注意末尾的分号

典型用途是需要先执行再判断的场景，例如输入验证：

int number;

do {
    std::cout << "请输入一个正整数：";
    std::cin >> number;
} while (number <= 0);

std::cout << "你输入的是 " << number << std::endl;

如果用户输入了负数或零，程序会反复提示直到输入正整数为止。

for 循环

for 循环将初始化、条件检查和迭代操作集中在一行，结构紧凑，特别适合已知循环次数的场景。

for (初始化; 条件; 迭代) {
    // 循环体
}

示例——输出 1 到 10 的和：

int sum = 0;

for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
    sum += i;
}

std::cout << "1 到 10 的和：" << sum << std::endl;
// 输出：1 到 10 的和：55

执行顺序：

执行初始化（int i = 1），仅在循环开始前执行一次
检查条件（i <= 10），为 false 则跳出循环
执行循环体
执行迭代（++i）
回到步骤 2

for 循环的灵活性

for 的三个部分都可以省略：

// 省略初始化（变量在外部定义）
int i = 0;
for (; i < 10; ++i) { /* ... */ }

// 省略条件（等同于 while(true)，需要在循环体内用 break 退出）
for (int i = 0; ; ++i) {
    if (i >= 10) break;
}

// 全部省略：无限循环
for (;;) {
    // 等同于 while (true)
}

多变量 for 循环

初始化和迭代部分可以使用逗号分隔多个表达式：

for (int i = 0, j = 10; i < j; ++i, --j) {
    std::cout << "i=" << i << " j=" << j << std::endl;
}

范围 for 循环

C++11 引入了范围 for 循环（Range-based for Loop），用于遍历容器或数组中的每个元素，语法简洁且不易出错：

for (类型 变量 : 容器) {
    // 对每个元素执行操作
}

示例——遍历数组：

int numbers[] = {10, 20, 30, 40, 50};

for (int n : numbers) {
    std::cout << n << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 输出：10 20 30 40 50

配合 auto 可以省去手动指定类型：

for (auto n : numbers) {
    std::cout << n << " ";
}

如果需要在循环中修改元素，使用引用（Reference）：

for (auto& n : numbers) {
    n *= 2;   // 将每个元素翻倍
}

如果只是读取元素，使用 const 引用可以避免不必要的拷贝（对于大型对象尤其重要）：

for (const auto& n : numbers) {
    std::cout << n << " ";
}

范围 for 循环适用于数组、std::vector、std::string 等所有提供 begin() 和 end() 的容器。后续章节会频繁使用这种写法。

循环嵌套

循环可以嵌套使用。经典的例子是输出九九乘法表：

for (int i = 1; i <= 9; ++i) {
    for (int j = 1; j <= i; ++j) {
        std::cout << j << "×" << i << "=" << i * j << "\t";
    }
    std::cout << std::endl;
}

嵌套循环的总执行次数是各层循环次数的乘积。外层循环执行 m 次，内层循环执行 n 次，循环体总共执行 m × n 次。嵌套层级过多时应考虑是否可以简化逻辑。

如何选择循环类型

场景	推荐
已知循环次数	`for`
遍历容器/数组	范围 `for`
循环次数未知，先判断再执行	`while`
至少执行一次	`do-while`