重新构思:在C语言中了解循环结构的要点
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知识内容总结
- for循环语句
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while循环
- while循环的特点:
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do-while循环
- do-while循环的特点:
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三种循环语句小结
- for循环与while循环的区别:
- while循环与do-while循环的异同:
- 循环语句的选择:
- 4.循环控制:break语句和continue语句
- 5.goto语句
- 6.嵌套循环结构
- 7.循环结构实际应用——打印日历
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例题讲解
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单词长度
- 代码截图
- 测试数据
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求幂级数展开的部分和
- 代码截图
- 测试数据
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龟兔赛跑
- 代码截图
- 测试数据
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单词长度
知识内容总结
for循环语句
使用该语句可以实现 C 语句的重复执行,一般形式为:
for ( 表达式1; 表达式2; 表达式3)
{
循环体语句;
}
for语句的执行流程是:先计算表达式1,再判断表达式2,若为“真”,则执行循环体语句,并接着计算表达式3,然后继续循环,若值为“假”,则结束循环,继续执行for的下一条语句。
- 表达式1:初值表达式,对循环变量赋初值,从而指定循环的起点。
- 表达式2:条件表达式,给出循环继续的条件。
- 表达式3:步长表达式,这个表达式是单次循环结束后需要执行的语句。
- 循环体语句:每一次循环需要执行的语句。
应用举例:
while循环
我们已经学习了for循环语句,现在我们学习的while语句也可以实现循环,而且使用范围更广泛。该语句的一般形式为
while ( 表达式 )
{
循环体语句;
}
while语句的执行流程为:当表达式的值为“真”时,循环执行,直到表达式的值为“假”,循环中止并继续执行while的下一条语句。
while循环的特点:
- while语句中的表达式可以是任意合法的表达式;
- while语句的构成简单,只有一个表达式和循环体语句,分别对应循环的两个核心要素:循环条件和循环体,可以直接把循环问題的分析设计转换为语句实现;
- while的循环体语句中必须包含能最终改变循环条件真假性的操作;
- while语句是在循环前先判断条件,只有条件为“真”才进入循环。
应用举例:
do-while循环
for语句和while语句都是在循环前先判断条件,只有条件满足才会进人循环,如果一开始条件就不满足,则循环一次都不执行。do-while循环语句与上述两种循环语句略有不同,它先执行循环体,后判断循环条件。所以无论循环条件的值如何,至少会执行一次循环体。
一般形式为:
do
{
循环体语句;
}while ( 表达式 );
do-while语句的执行流程为:第一次进入循环时,首先执行循环体语句,然后再检查循环控制条件,即计算表达式,若值为“真”,继续循环,直到表达式的值为“假”,循环结束,执行do-while的下一条语句。
do-while循环的特点:
- 语句中的表达式可以是任意合法的表达式;
- 使用时要另加初始化部分,循环体语句必须包含能最终改变条件真假性的操作;
- 该语句先循环、后判断循环条件,一般在循环体的执行过程中明确循环控制条件;
- 它每执行一次循环体后,再判断条件,以决定是否进行下一次循环。
应用举例:
三种循环语句小结
for循环与while循环的区别:
循环的实现一般包括4个部分,即初始化、条件控制、重复的操作以及通过改变循环变量的值最终改变条件的真假性,使循环能正常结束。这4个部分可以直接和for语句中的4个成分(表达式1、表达式2、循环体语句和表达式3)相对应。当使用while语句时,由于它只有2个成分(表达式和循环体语句),这时就需要另加初始化部分,至于第4个部分,while语句的循环体语句可包含for语句的循环体语句和表达式3, 所以while的循环体语句中必须包含能最终改变循环条件真假性的操作。
应用举例:
for循环语句:
while循环语句:
while循环与do-while循环的异同:
- while循环是先判断后运行,do-while循环是先执行后判断,因此无论是否符合条件,do-while循环至少执行一次。
例如:
图二的代码由于变量i不符合(i <= 10)的条件,无法进入循环,但是图一的代码会先循环一次,再进行判断。 - 当循环需要执行两次以上时,两种循环的运行效果相同。
例如:用代码求1+2+……+9+10的和
图一的代码循环了10次,在第十次结束时,由于i=11,就此结束了循环,图二的代码也执行了10次,在第11次循环开始时,由于i=11,因此第11次循环没有被运行。
循环语句的选择:
- 循环有固定的次数,使用for循环语句;
- 循环必须执行一次,使用do-while循环语句;
- 其他情况,使用while循环语句。
4.循环控制:break语句和continue语句
当循环结构中出现多个循环条件时,可以由循环语句中的表达式和break语句共同控制。break语句强制循环结束,一旦执行了break语句,循环提前结束,不再执行循环体中位于其后的其他语句。break语句应该和if语句配合使用,即条件满足时,才执行break跳出循环;否则,若break无条件执行,意味着永远不会执行循环体中break后面的其他语句。continue语句的作用是跳过循环体中continue后面的语句,继续下一次循环,该语句一般也需要与if语句配合使用。
两个语句的区别在于:break语句用于结束循环,而continue语句只是跳过后面的语句继续循环。break除了可以中止循环外,还应用与switch语句,而continue语句只能用于循环结构。
- break语句只能跳出其所在的一个循环,在嵌套循环结构中,不能跳出所有循环。
5.goto语句
goto语句也称为无条件转移语句,其一般格式如下:goto 语句标号; 其中语句标号是按标识符规定书写的符号,放在某一语句行的前面,标号后加冒号。语句标号起标识语句的作用,与goto 语句配合使用。
例如:输入一行字符串,用代码实现字符数量统计:
编译器不限制程序中使用标号的次数,但各标号不得重名。goto语句能实现跳转功能,转去执行语句标号所标识的语句, goto语句通常与条件语句配合使用,可用来实现条件转移, 构成循环,跳出循环体等功能。 但是,我们一般不主张使用goto语句,因为使用该语句容易造成程序流程的混乱,容易破坏程序的严谨性、结构性,使理解和调试程序都产生困难。
6.嵌套循环结构
通过对题目的分析,我们可以知道这道题的本质是求解二元一次方程“n = (98 * f - 199 * y)”,其中n为输入的支票原始面额。同时我们也知道,计算机并不是那么聪明,它没办法直接解出f,y这两个未知量的值,但是计算机擅长高速度的重复运算,因此我们就让计算机发挥它的特长,用穷举法来写这道题。
代码实现:
从这道例题中,我们就把在代码中的循环形式称为嵌套循环(或多重循环),简单的说就是在循环结构里面还有循环结构。对于我们初学者而言,嵌套循环的写法相对比较灵活,因此我们需要对内、外层循环有清晰的思路,特别是初始化语句,初学者容易因为混淆了内、外层循环的初始化,从而把循环的初始化语句放在了错误的位置上。
7.循环结构实际应用——打印日历
这段代码能实现1994~1999年的日历打印,运行效果:
核心部分在于:
这段代码控制着年份的准确输入和第一个日期打印的位置。但是这段代码只能打印区区6个年份的日历,现在我要拓宽可打印的日历年限,让这个程序能够成功地打印2019年。
代码实现:
我们利用了刚学习的for循环结构成功地找出了输入年份的第一个日期的位置,查询1900年的日历,1900年1月1日是星期一,接下来的年份的1月1日的position都会比上一年加上1,如果上一年是闰年就加上2,以7为最小正周期来变化。现在的代码打印的年份下限是1900年,上限是多少呢?——int类型的上限有多大,年份上限就有多大!我们甚至可以把int统统改为double类型。
现在,我还想再加一段代码进去:
运行效果:
例题讲解
单词长度
代码截图
测试数据
输入数据 | 输出数据 | 说明 |
---|---|---|
It's great to see you here. | 4 5 2 3 3 4 | sample |
I'm a vegetable chicken. | 3 1 9 7 | sample等价 |
(空格)(空格)I'm a vegetable chicken(空格)(空格). | 3 1 9 7 | 开头结尾多空格 |
. | 只有句号 | |
(空格)(空格)(空格)(空格)(空格). | 空句子 | |
Yeah. | 4 | 一个单词 |
!@# $%^ &() _+}{ }":?> </- + . | 3 3 4 4 5 4 1 | 一个神秘的句子 |
求幂级数展开的部分和
代码截图
定义变量 mol 存放下一项的分子,定义变量 den 存放下一项的分母,定义变量 x 存放输入的数字,定义变量 sum 存放幂级数部分和,定义变量 next 存放下一项,用于结束循环。
测试数据
输入数据 | 输出数据 | 说明 |
---|---|---|
1.2 | 3.3201 | sample |
1.7 | 5.4739 | sample等价 |
0.5 | 1.6487 | 输入的x小于1大于0 |
1 | 2.7183 | 输入的x等于1 |
0 | 1.0000 | 输入的x取最小值 |
5 | 148.4132 | 输入的x取最大值 |
龟兔赛跑
代码截图
定义变量 T 为输入的时间,变量 rabbit 兔子跑过的路程,并初始化为 0,变量 tortoise 乌龟跑过的路程,并初始化为 0 变量 i 经过的分钟,变量 rest 休息时间,并初始化为 0,变量 flag 用于表示兔子处于休息状态,并初始化为 0。
测试数据
输入数据 | 输出数据 | 说明 |
---|---|---|
242 | @_@ 726 | sample |
0 | -_- 0 | 没出发 |
9 | _ 81 | 兔子赢 |
20 | _ 90 | 兔子躺赢 |
29 | _ 90 | 兔子赢临界点 |
30 | -_- 90 | 并驾齐驱 |
31 | @_@ 93 | 乌龟赢临界点 |
44 | @_@ 132 | 乌龟赢临界点 |
45 | -_- 135 | 并驾齐驱 |
46 | _ 144 | 兔子赢临界点 |
59 | _ 180 | 兔子赢临界点 |
60 | -_- 180 | 并驾齐驱 |
61 | @_@ 183 | 乌龟赢临界点 |
90 | -_- 270 | 并驾齐驱 |
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F#探险之旅(二):函数式编程(上)-函数式编程范式简介 F#主要支持三种编程范式:函数式编程(Functional Programming,FP)、命令式编程(Imperative Programming)和面向对象(Object-Oriented,OO)的编程。回顾它们的历史,FP是最早的一种范式,第一种FP语言是IPL,产生于1955年,大约在Fortran一年之前。第二种FP语言是Lisp,产生于1958,早于Cobol一年。Fortan和Cobol都是命令式编程语言,它们在科学和商业领域的迅速成功使得命令式编程在30多年的时间里独领风骚。而产生于1970年代的面向对象编程则不断成熟,至今已是最流行的编程范式。有道是“*代有语言出,各领风骚数十年”。 尽管强大的FP语言(SML,Ocaml,Haskell及Clean等)和类FP语言(APL和Lisp是现实世界中最成功的两个)在1950年代就不断发展,FP仍停留在学院派的“象牙塔”里;而命令式编程和面向对象编程则分别凭着在商业领域和企业级应用的需要占据领先。今天,FP的潜力终被认识——它是用来解决更复杂的问题的(当然更简单的问题也不在话下)。 纯粹的FP将程序看作是接受参数并返回值的函数的集合,它不允许有副作用(side effect,即改变了状态),使用递归而不是循环进行迭代。FP中的函数很像数学中的函数,它们都不改变程序的状态。举个简单的例子,一旦将一个值赋给一个标识符,它就不会改变了,函数不改变参数的值,返回值是全新的值。 FP的数学基础使得它很是优雅,FP的程序看起来往往简洁、漂亮。但它无状态和递归的天性使得它在处理很多通用的编程任务时没有其它的编程范式来得方便。但对F#来说这不是问题,它的优势之一就是融合了多种编程范式,允许开发人员按照需要采用最好的范式。 关于FP的更多内容建议阅读一下这篇文章:Why Functional Programming Matters(中文版)。F#中的函数式编程 从现在开始,我将对F#中FP相关的主要语言结构逐一进行介绍。标识符(Identifier) 在F#中,我们通过标识符给值(value)取名字,这样就可以在后面的程序中引用它。通过关键字let定义标识符,如: let x = 42 这看起来像命令式编程语言中的赋值语句,两者有着关键的不同。在纯粹的FP中,一旦值赋给了标识符就不能改变了,这也是把它称为标识符而非变量(variable)的原因。另外,在某些条件下,我们可以重定义标识符;在F#的命令式编程范式下,在某些条件下标识符的值是可以修改的。 标识符也可用于引用函数,在F#中函数本质上也是值。也就是说,F#中没有真正的函数名和参数名的概念,它们都是标识符。定义函数的方式与定义值是类似的,只是会有额外的标识符表示参数: let add x y = x + y 这里共有三个标识符,add表示函数名,x和y表示它的参数。关键字和保留字关键字是指语言中一些标记,它们被编译器保留作特殊之用。在F#中,不能用作标识符或类型的名称(后面会讨论“定义类型”)。它们是: abstract and as asr assert begin class default delegate do donedowncast downto elif else end exception extern false finally forfun function if in inherit inline interface internal land lazy letlor lsr lxor match member mod module mutable namespace new nullof open or override private public rec return sig static structthen to true try type upcast use val void when while with yield 保留字是指当前还不是关键字,但被F#保留做将来之用。可以用它们来定义标识符或类型名称,但编译器会报告一个警告。如果你在意程序与未来版本编译器的兼容性,最好不要使用。它们是: atomic break checked component const constraint constructor continue eager event external fixed functor global include method mixinobject parallel process protected pure sealed trait virtual volatile 文字值(Literals) 文字值表示常数值,在构建计算代码块时很有用,F#提供了丰富的文字值集。与C#类似,这些文字值包括了常见的字符串、字符、布尔值、整型数、浮点数等,在此不再赘述,详细信息请查看F#手册。 与C#一样,F#中的字符串常量表示也有两种方式。一是常规字符串(regular string),其中可包含转义字符;二是逐字字符串(verbatim string),其中的(")被看作是常规的字符,而两个双引号作为双引号的转义表示。下面这个简单的例子演示了常见的文字常量表示: let message = "Hello World"r"n!" // 常规字符串let dir = @"C:"FS"FP" // 逐字字符串let bytes = "bytes"B // byte 数组let xA = 0xFFy // sbyte, 16进制表示let xB = 0o777un // unsigned native-sized integer,8进制表示let print x = printfn "%A" xlet main = print message; print dir; print bytes; print xA; print xB; main Printf函数通过F#的反射机制和.NET的ToString方法来解析“%A”模式,适用于任何类型的值,也可以通过F#中的print_any和print_to_string函数来完成类似的功能。值和函数(Values and Functions) 在F#中函数也是值,F#处理它们的语法也是类似的。 let n = 10let add a b = a + blet addFour = add 4let result = addFour n printfn "result = %i" result 可以看到定义值n和函数add的语法很类似,只不过add还有两个参数。对于add来说a + b的值自动作为其返回值,也就是说在F#中我们不需要显式地为函数定义返回值。对于函数addFour来说,它定义在add的基础上,它只向add传递了一个参数,这样对于不同的参数addFour将返回不同的值。考虑数学中的函数概念,F(x, y) = x + y,G(y) = F(4, y),实际上G(y) = 4 + y,G也是一个函数,它接收一个参数,这个地方是不是很类似?这种只向函数传递部分参数的特性称为函数的柯里化(curried function)。 当然对某些函数来说,传递部分参数是无意义的,此时需要强制提供所有参数,可是将参数括起来,将它们转换为元组(tuple)。下面的例子将不能编译通过: let sub(a, b) = a - blet subFour = sub 4 必须为sub提供两个参数,如sub(4, 5),这样就很像C#中的方法调用了。 对于这两种方式来说,前者具有更高的灵活性,一般可优先考虑。 如果函数的计算过程中需要定义一些中间值,我们应当将这些行进行缩进: let halfWay a b = let dif = b - a let mid = dif / 2 mid + a 需要注意的是,缩进时要用空格而不是Tab,如果你不想每次都按几次空格键,可以在VS中设置,将Tab字符自动转换为空格;虽然缩进的字符数没有限制,但一般建议用4个空格。而且此时一定要用在文件开头添加#light指令。作用域(Scope)作用域是编程语言中的一个重要的概念,它表示在何处可以访问(使用)一个标识符或类型。所有标识符,不管是函数还是值,其作用域都从其声明处开始,结束自其所处的代码块。对于一个处于最顶层的标识符而言,一旦为其赋值,它的值就不能修改或重定义了。标识符在定义之后才能使用,这意味着在定义过程中不能使用自身的值。 let defineMessage = let message = "Help me" print_endline message // error 对于在函数内部定义的标识符,一般而言,它们的作用域会到函数的结束处。 但可使用let关键字重定义它们,有时这会很有用,对于某些函数来说,计算过程涉及多个中间值,因为值是不可修改的,所以我们就需要定义多个标识符,这就要求我们去维护这些标识符的名称,其实是没必要的,这时可以使用重定义标识符。但这并不同于可以修改标识符的值。你甚至可以修改标识符的类型,但F#仍能确保类型安全。所谓类型安全,其基本意义是F#会避免对值的错误操作,比如我们不能像对待字符串那样对待整数。这个跟C#也是类似的。 let changeType = let x = 1 let x = "change me" let x = x + 1 print_string x 在本例的函数中,第一行和第二行都没问题,第三行就有问题了,在重定义x的时候,赋给它的值是x + 1,而x是字符串,与1相加在F#中是非法的。 另外,如果在嵌套函数中重定义标识符就更有趣了。 let printMessages = let message = "fun value" printfn "%s" message; let innerFun = let message = "inner fun value" printfn "%s" message innerFun printfn "%s" message printMessages 打印结果: fun value inner fun valuefun value 最后一次不是inner fun value,因为在innerFun仅仅将值重新绑定而不是赋值,其有效范围仅仅在innerFun内部。递归(Recursion)递归是编程中的一个极为重要的概念,它表示函数通过自身进行定义,亦即在定义处调用自身。在FP中常用于表达命令式编程的循环。很多人认为使用递归表示的算法要比循环更易理解。 使用rec关键字进行递归函数的定义。看下面的计算阶乘的函数: let rec factorial x = match x with | x when x < 0 -> failwith "value must be greater than or equal to 0" | 0 -> 1 | x -> x * factorial(x - 1) 这里使用了模式匹配(F#的一个很棒的特性),其C#版本为: public static long Factorial(int n) { if (n < 0) { throw new ArgumentOutOfRangeException("value must be greater than or equal to 0"); } if (n == 0) { return 1; } return n * Factorial (n - 1); } 递归在解决阶乘、Fibonacci数列这样的问题时尤为适合。但使用的时候要当心,可能会写出不能终止的递归。匿名函数(Anonymous Function) 定义函数的时候F#提供了第二种方式:使用关键字fun。有时我们没必要给函数起名,这种函数就是所谓的匿名函数,有时称为lambda函数,这也是C#3.0的一个新特性。比如有的函数仅仅作为一个参数传给另一个函数,通常就不需要起名。在后面的“列表”一节中你会看到这样的例子。除了fun,我们还可以使用function关键字定义匿名函数,它们的区别在于后者可以使用模式匹配(本文后面将做介绍)特性。看下面的例子: let x = (fun x y -> x + y) 1 2let x1 = (function x -> function y -> x + y) 1 2let x2 = (function (x, y) -> x + y) (1, 2) 我们可优先考虑fun,因为它更为紧凑,在F#类库中你能看到很多这样的例子。 注意:本文中的代码均在F# 1.9.4.17版本下编写,在F# CTP 1.9.6.0版本下可能不能通过编译。 F#系列随笔索引页面
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重新构思:在C语言中了解循环结构的要点