实验四_循环结构程序设计

实验四 程序设计-循环结构程序设计

4.1 实验要求与目的

1. 理解循环条件、循环体以及循环的执行过程

2. 掌握及正确使用for、while和do-while语句实现循环程序设计

3. 掌握break,continue语句正确使用

4. 掌握双循环结构的程序设计

5. 掌握相关算法（累加、素数、最值、穷举法等）

4.2 实验指导

结构化程序设计的三大结构：顺序结构、选择结构和循环结构。

在实际生活中常说重复执行某项工作多次，或重复执行某项工作，达到某种要求为止。如果需要重复执行某些操作，在程序设计就要用到循环结构。

C语言中提供了三种循环语句：for语句、while语句和do-while语句。

1. for语句是常用的一种循环语句，它的一般格式：

for （表达式1； 表达式2； 表达式3）

循环体语句

for循环语句的执行过程：

S1：计算表达式1的值；

S2：计算表达式2的值，并判断其值是真值（非0值）,还是假值（0值）。若为真值，执行步骤S3,反之执行步骤S5；

S3：执行循环体语句；

S4：计算表达式3的值；返回步骤S2；

S5：结束循环（退出循环）；继续执行for 语句之后的后继语句。

2. while循环语句，它的一般格式：

while ( 条件表达式 )

循环体语句

while循环语句的执行过程：

S1：计算条件表达式的值，并判断其值是真值（非0值）,还是假值（0值），若为真值，执行步骤S2，否则执行步骤S4。

S2：执行循环体；

S3：返回S1；

S4：退出循环，执行while语句的后继语句。

3. do-while循环语句，它的一般格式：

do

循环体语句

while( 条件表达式 )；

do-while循环语句的执行过程：

S1：执行循环体语句；

S2：计算条件表达式的值，并判断其值是真值（非0值）,还是假值（0值），若为真值，返回执行步骤S1，否则执行步骤S3；

S3：退出循环，执行do-while语句的后继语句。

循环结构在程序设计时，需清楚四个部分，循环控制变量的初值、循环条件的判断、循环体语句（需要重复操作的语句）和改变循环控制变量的变化值。

【4.1】编程实现，从键盘输入10个整数，求出它们的最大数。程序文件名ex4_1.c。

分析：在上次实验，编程实现了求两个整数的最大数，现将问题扩展到20个数，算法思想是一样的。

求任意n个整数的最大（小）数的常用算法：

定义两个变量，一个变量max（min）存放最大（小）数，另一个变量a存放输入的一个整数。

S1：首先对max赋初值。通常将输入的第一个数赋给最大（小）数，即max=a(min=a)； S2：输入下一个数，并赋给a；

S3：max与a进行比较，若a大于max的值，将a的值赋给max；

S4：返回S2。

依次循环（重复执行），直到20个数都一一进行了比较，max变量中最后存储的数就是最大值。

而重复进行的“工作”，就是循环结构的循环体。

解决的两个关键问题：

1.max的初值如何给定？常采用的方法是，把输入的第一个数赋给max变量。

2.采用循环结构时，如何控制循环次数？因要从10个数中求最大值，但第一数已赋给max，因此max与剩下的9个数进行比较，所以循环9次。

本题已确定了循环次数，通常采用for循环语句。

编写源程序一，程序文件名ex4_1.c。

#include<stdio.h>

void main()

{

int a,max,i;

scanf("%d",&a);

max=a; /*将输入的第一个数作为最大数*/

for(i=1;i<10;i++) /*循环9次*/

{

scanf("%d",&a); /*输入待比较的数*/

if (max<a) max=a; /*输入的数与max的值进行比较*/

}

printf("The max value is:%d\n",max);

}

输入测试数据：21 765 78 9 456 89 76 32 90 76

程序运行结果：The max value is:765

循环结构的三种循环语句可以相互转换，也就是说选择任意一种循环语句能实现的循环结构，同样可以用其余两种循环语句实现。即用for语句可以实现的循环，用while或do-while同样可以实现。当给定了循环次数，首选for循环语句，若循环次数不明确，需要通过某条件控制循环时，首选while或do-while循环语句。while语句与do-while语句的区别是，while是先判断，后执行，而do-while是先执行，后判断。

编写源程序二，程序文件名ex4_11.c。

#include<stdio.h>

void main()

{

int a,max,i;

scanf("%d",&a);

max=a; /*将输入的第一个数作为最大数*/

i=2; /*前面已经输入过一个数，因此i的初值从2开始*/ while (i<=10) /*循环9次*/

{

scanf("%d",&a);

if (max<a) max=a;

i++; /*i为循环控制变量，统计输入数的个数*/

}

printf("The max value is:%d\n",max);

}

编写源程序三，程序文件名ex4_12.c：

#include<stdio.h>

void main()

{

int a,max,i;

scanf("%d",&a);

max=a;

i=2;

do

{

scanf("%d",&a);

if (max<a) max=a;

i++;

}

while (i<=10);

printf("The max value is:%d\n",max);

}

小结：

1. 无论选择哪种循环语句，循环体若由两条以上的语句，必须用花括号括起来，组成一条复合语句。C程序约定，循环体默认只有一条语句。

2. 无论何种循环语句，其执行特点是：循环条件为真，继续执行循环体，循环条件为假，退出循环。

【4.2】编程实现，判断一个正整数是否是素数，若是输出“YES”，否则输出“No”。程序文件名ex4_2.c 。

分析：所谓素数（质数）就是除1和它本身之外没有其他因子的数。换句话说只能被 1和它本身整除的数就是素数（质数）。

判断一个数是否是素数，可分两步实现：

第1步，逐一验证除1和它本身之外数能否整除该数。若该数为m，则验证从2开始至m-1为止的所有数能否整除该数。

第2步，得出结论。由第1步可知若其中有一个数能整除该数，则该数不是素数，否则是素数。

将问题的所有可能的情况逐一验证，直到找到解或将全部可能的情况都测试为止的算法，称为穷举法。穷举法是程序设计中常用的算法之一。穷举算法特点是算法简单，但运行时所花费的时间量大。

穷举法在程序设计中，主要采用循环语句和选择语句，循环语句用于控制穷举所有可能的情况，也可以说是对所有可能进行验证的范围，而选择语句判断当前设定的条件是否满足的状态解。

采用穷举法编程实现判断整数m是否是素数。程序设计的循环语句控制验证范围，1到m-1。选择语句的条件就是判断该数能否被1到m-1的数整除，若验证有一个数能整除该数，就立刻中断循环退出验证过程。

由此循环语句退出，一种可能是所有的可能都验证完退出，即从2到m-1的所有数都验证完，没有一个数能整除数m，其结论是数m是素数；另一种可能是其中一个数能整除该数，则循环语句中断退出，其结论是数m不是素数。

#include <stdio.h>

void main( )

{

int m,i;

printf("Please enter a integer\n");

scanf("%d",&m);

for(i=2;i<=m-1;i++)

if(m%i==0) break;

if(i<m) printf("NO\n");

else printf("YES\n");

}

第一次运行程序：

输入测试数据：23

程序运行结果：YES

第二次运行程序：

输入测试数据：145

程序运行结果：NO

小结：

1. 验证m是否是素数的范围：2到m-1或2到m/2或2到m。

2. 在验证过程中，当有一个数能整除数m，则其后的数就不必验证，可由break语句

中断该循环。

3. break 语句只能用在switch语句和循环语句，在循环语句中使用break语句时，通

常和if语句连用，其含义是满足某个条件时，退出循环。

4. 当循环退出时，循环控制变量i的值，决定了数m到底是不是素数。当i<m时，说

明执行循环体时由break语句中断而退出循环，即m能被i整除，m不是素数，反之，当i>=m时，m是素数。

5. 选择结构if-else可以有多种变数，程序并非唯一的。

如，if-else也可修改为：

if(i>=m) printf("YES\n");

else printf("NO\n");

【4.3】编程实现：计算并输出n（包括n）以内能被5或9整除的所有自然数的倒数之和。程序文件名ex4_3.c。

分析：本程序的关键问题求和，则采用累加算法，该算法采用循环结构。

算法思想，引入一个和变量sum，一个加数变量b，求和表达式为，sum=sum+b; 累加算法就是重复执行求和表达式sum=sum+b的过程。细化问题，该求和表达式要执行多少次，或满足何条件就不再执行；每次执行时b如何变化。

具体问题具体分析。由题意，求自然数的倒数之和，倒数可考虑为1/i。循环次数为n。 #include <stdio.h>

void main( )

{

int i,n;

float sum=0.0;

scanf("%d",&n);

for(i=1;i<=n;i++)

if(i%5==0||i%9==0)

sum+=1.0/i;

printf("%f ",sum);

}

输入测试数据：20

程序运行结果：s=0.583333

小结：

1. 求满足能被5或9整除的所有自然数的条件表达式：i%5==0||i%9==0

2. 求分数之和时，一定要考虑整型除整型的情况。源程序中变量i为整型，所以倒数1/i，在具体编程时可处理为1.0/i或1/(float)i的形式。

【4.4】编程实现，计算 n!的值。程序文件名：ex4_4.c。

n 110

分析：原题为求1+2!+ +10!。程序设计的核心是累加。观察第n-1项与第n项，可知第n-1项与第n项的关系为：n!=(n-1)!*n。由此该程序设计，可采用递推算法。

递推算法是计算机数值计算中的一个重要算法，算法思想是给定一个已知条件，根据前后项的关系，由前项推后项。

假设变量t表示项，t的初始值为1，则第n项的表达式为： t=t*n。

递推算法，采用循环语句。

#include <stdio.h>

void main()

{

long i,n,sum=0,t=1;

for(i=1;i<=10;i++)

{

t=t*i;

sum=sum+t;

}

printf("1!+2!+...+l0!=%ld",n,sum);

}

程序运行结果：1!+2!+...+10!=4037913

小结：

1. 由于求阶乘的整数值比较大，所以数据类型常用长整型。

2. 采用递推算法时，一定有注意初始值的给定。

【4.5】编程实现，从键盘输入任意一串字符，以回车键结束。该字符串中的字符若是小写字母转换为大写字母，若是大写字母转换为小写字母，其它字符原样输出。程序文件名ex4_5.c。

分析：本题的关键问题之一，如何判断一个字符是小写字母还是大写字母，或者是数值字符等。

关键问题之二，如何实现大小写字母的转换。

关键问题之三，如何用getchar() 实现从键盘输入任意一串字符。

前两个问题在实验三中已谈过，本次实验解决问题三。字符输入函数getchar()每次只能输入一个字符，换句话，每次只能从键盘接收一个字符，若要接收一串字符，需采用循环语句。

如何来确定循环条件表达式呢？

当题中没有明确给定时，以字符输入函数getchar()接收回车符（'\n'）作为循环结束条件。 #include "stdio.h"

void main()

{ char c;

while((c=getchar())!='\n' )

{ if(c>='a'&&c<='z')

c=c-32;

else

if(c>='A'&&c<='Z')

c=c+32;

putchar (c);

}

}

输入测试数据：ABCd#$GTabc23

程序运行结果：abcD#$gtABC23

小结：

1. 循环条件表达式 (c=getchar())!='\n'，依据运算符的优先级，圆括号最优先，先运算c=getchar() ，从键盘上接收一个字符，赋予变量 c，然后再判断变量 c的值是否不等于'\n'，若是条件为真，执行循环体，否则退出循环。

2. 循环条件表达式若修改为：c=getchar()!='\n'，关系运算符优先赋值运算符，首先计算getchar()!='\n'，即当从键盘接收的一个字符不等于回车符，返回值1，然后将1赋给字符

变量c，数值既不是大写字母也不是小写字母，所以直接执行putchar (c);输出ASCII码为1

。当从键盘是接收的字符是回车符时，返回值0，条件为假，退出循环。

3. 若本题改为，从键盘输入任意一串字符，以’#’号键结束时，while循环的循环条件表达式可修改为： (c=getchar())!='#' 。

【4.6】编程实现，利用循环嵌套在屏幕上显示如下图形。程序文件名ex4_6.c。

分析：打印图形的程序设计的算法是将图形看作是由行和列组成字符图案，采用双循环结构，外循环控制图形的行数，内循环控制每一行输出的字符。该图形总共7行，第一行看上去只的一个“*”，但输出时先要输出6个空格，再输出1个“*”，第二行先输出5个空格，再输出3个“*”，依次规律输出每行的字符。

每行应由两种字符组成的图案，一个字符是空格，一个字符是星号。因此，内循环采用两个并行循环，第一个循环控制每行空格输出的个数，第二个循环控制每行“*”输出的个数。

由于每行的空格个数和“*”号数都不一样，因此内循环次数不是一个固定值，根据每行空格或“*”个数的规律设置内循环的循环条件。若以第七行第一个“*”为坐标原点，则每行上空格的个数变化可设置为k<6-i。用变量i表示行数，用变量j表示每行上打印“*”的个数，则每行上“*”的个数变化可设置j<2*i+1。

#include <stdio.h>

void main()

{

int i,j,k;

for (i=0;i<7;i++) /*外循环控制图形的行数*/

{

for (k=0;k<6-i;k++) /*循环控制每行的空格数*/

printf(" ");

for (j=0;j<2*i+1;j++) /*循环控制每行的星号个数*/

printf("*");

printf("\n"); /*每输完一行图形字符须换行*/

}

}

小结：

1. 通常情况下图形打印采用双循环结构。外循环控制图形的行数，内循环控制每行的字符个数。内循环的循环次数不是一个固定值，一般需要找出循环次数与外层循环控制变量之间的关系，以便确定内层循环的次数。

2. 外循环的循环体的最后一条语句通常是printf("\n"); 语句，控制每行的换行。

3. 本程序使用了三个循环结构，其中第一个循环和第二、第三个循环是嵌套关系，而第二与第三个循环之间是并列关系。 循环嵌套编程时，内外循环的循环控制变量必须不相同，否则会出错。但并行循环时循环控制变量可以相同，互不干涉。

4.3 实验内容

4.3.1 夯实基础

【4.7】编程实现，从键盘上输入10个学生的成绩，求平均成绩、最高分和最低分。程序文件名ex4_7.c。

输入测试数据：34 56 87 90 87 65 78 87 96 69

程序运行结果：max=96 min=34 avg=74.90

【4.8】编程实现，求 k k k 。程序文件名ex4_8.c。 2

k 1k 1k 110050101

程序的运行结果为 47977.928968

【4.9】编程实现，计算

s 程序文件名ex4_9.c。【提示，在C语言中可调用log(n)求ln(n)。】

输入测试数据：20

程序的运行结果为 6.506583

n个a

【4.10】编程实现，求s a aa aaa aa a的值，其中a是一个数字。例如当a为2，n为5时，计算，2＋22＋222＋2222＋22222的值。【要求，a和n的值由键盘输入。提示，可采用递推算法。】程序文件名ex4_10.c。

输入测试数据：8 10 （其中a=8,n=10）

程序运行结果：1286608608

【4.11】编程实现，输入一行字符，分别统计出其中英文字母，空格，数字和其它字符的个数。程序文件名：ex4_11.c。

输入测试数据：abcd !@# 123 EFG 890 *&^

程序运行结果：英文字符的个数：7,空格的个数：5,

数字字符的个数：6,其它字符的个数：6

【4.12】编程实现，求2~100间的所有素数。程序文件名ex4_12.c。

程序运行结果： 2 3 5 7 11

13 17 19 23 29

31 37 41 43 47

53 59 61 67 71

73 79 83 89 97

【4.13】编程实现，利用双循环编程，输出下列所示的图形。程序文件名ex4_13.c。

4.3.2 应用提高

【4.14】程序填空题。程序实现的功能是译密码。为使电文保密，往往按一定规律将其转换成密码，收报人再按约定的规律将其译回原文。请填空，填空时不得增行或删行，也不得更改程序的结构，一条横线上只能填写一条语句！程序文件名ex4_14.c。

例如，可以按如下规律将电文变成密码：将字母A变成字母E，a变成e，即变成其后的第4个字母，W变成A，X变成B，Y变成C，Z变成D。字母按上述规律转换，非字母字符不变。

输入测试数据：Welcome to the country!

程序运行结果：Aipgsqi xs xli gsyrxvc!

#include <Stdio.h>

void main()

{

char c;

while((c=getchar())!='\n')

{

if((c>='a' && c<='z') || (c>='A' && c<='Z'))

{

_______【1】__________;

if(c>'z'||c>'Z' && c<='Z'+4 )

_______【2】_________;

}

printf("%c",c);

}

}

【4.15】程序填空题。程序实现的功能中是，对任意整数，将其各位上为偶数的数取出，并按原来从高位到低位相反的顺序组成一个新的数。请填空，填空时不得增行或删行，也不得更改程序的结构，一条横线上只能填写一条语句！程序文件名ex4_15.c。

输入测试数据：27638496

程序运行结果：64862

#include <stdio.h>

{ long n,x=0;

int i,t;

do{

printf("Please input(0<n<1000000000): ");

scanf("%ld",&n); }

while(n>99999999||n<0);

while(n!=0)

{ t=n%10;

if(_____【1】________)

x=10*x+t;

_____【2】_______;

}

printf("\nThe result is: %ld\n",x);

}

4.4 实验思考

【思考1】阅读下列程序，写出其程序运行结果。

#include<stdio.h>

void main()

{ int y=10,i;

for(i=0;i<3;i++);

--y;

printf("%d\n",y--);

}

程序运行结果：

【思考2】阅读下列程序，写出其程序运行结果。

#include <stdio.h>

void main()

{

int a=0,n=3;

while (n--)

printf("%d ",a++*2);

}

程序运行结果：

【思考3】阅读下列程序，下列程序能否正常运行，若能，写出程序运行结果，若不能，修改此程序，并写出修改后其程序运行结果。

#include <stdio.h>

void main()

{

for(n=10,n<=20,n++) {

if(n%3==0) m++; }

printf("%d",m); }

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mse1.html