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= C语言While循环 =

'''While循环'''是C语言中最基础且强大的控制流结构之一，用于在满足特定条件时重复执行一段代码块。它属于“前测试循环”（即先检查条件再执行循环体），适用于不确定循环次数但明确终止条件的场景。

== 语法结构 ==
While循环的基本语法如下：
<syntaxhighlight lang="c">
while (condition) {
    // 循环体：条件为真时重复执行的代码
}
</syntaxhighlight>
* '''condition'''：布尔表达式，若结果为非零（真），则执行循环体；否则退出循环。
* '''循环体'''：可包含任意C语句，通常包含修改条件变量的操作以避免无限循环。

== 执行流程 ==
<mermaid>
flowchart TD
    A[开始] --> B{条件为真?}
    B -- 是 --> C[执行循环体]
    C --> B
    B -- 否 --> D[退出循环]
</mermaid>

== 基础示例 ==
=== 示例1：计数循环 ===
以下代码演示打印数字1到5：
<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 1;
    while (i <= 5) {
        printf("%d\n", i);
        i++;  // 修改条件变量
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>
'''输出：'''
<pre>
1
2
3
4
5
</pre>

=== 示例2：用户输入验证 ===
While循环常用于输入验证：
<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>

int main() {
    int number;
    printf("输入一个正数：");
    scanf("%d", &number);

    while (number <= 0) {
        printf("无效输入！请重新输入：");
        scanf("%d", &number);
    }
    printf("你输入的是：%d\n", number);
    return 0;
}
</syntaxhighlight>
'''交互示例：'''
<pre>
输入一个正数：-3
无效输入！请重新输入：0
无效输入！请重新输入：5
你输入的是：5
</pre>

== 高级应用 ==
=== 嵌套While循环 ===
While循环可嵌套以实现复杂逻辑。例如打印乘法表：
<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>

int main() {
    int i = 1;
    while (i <= 3) {
        int j = 1;
        while (j <= 3) {
            printf("%d x %d = %d\t", i, j, i*j);
            j++;
        }
        printf("\n");
        i++;
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>
'''输出：'''
<pre>
1 x 1 = 1    1 x 2 = 2    1 x 3 = 3    
2 x 1 = 2    2 x 2 = 4    2 x 3 = 6    
3 x 1 = 3    3 x 2 = 6    3 x 3 = 9    
</pre>

=== 无限循环与中断 ===
通过<code>break</code>和<code>continue</code>控制流程：
<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>

int main() {
    while (1) {  // 无限循环
        int num;
        printf("输入数字（0退出）：");
        scanf("%d", &num);
        if (num == 0) break;      // 退出循环
        if (num % 2 == 0) continue;// 跳过偶数
        printf("处理奇数：%d\n", num);
    }
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

== 数学建模 ==
While循环可表达为：
<math>
\text{while } P(c) \text{ do } S \equiv \text{if } P(c) \text{ then } (S; \text{while } P(c) \text{ do } S)
</math>
其中：
* <math>P(c)</math>为条件表达式
* <math>S</math>为循环体语句

== 常见错误 ==
* '''忘记更新条件变量'''：导致无限循环
  <syntaxhighlight lang="c">
  while (x < 10) {
      printf("%d", x);  // x未改变，循环永不终止
  }
  </syntaxhighlight>
* '''误用分号'''：使循环体为空
  <syntaxhighlight lang="c">
  while (x < 10);  // 注意结尾分号！
  {
      printf("%d", x++);
  }
  </syntaxhighlight>

== 性能考量 ==
* While循环的效率与等效的for循环相同
* 在编译器优化下，简单循环可能被展开（loop unrolling）
* 避免在条件中调用复杂函数，例如：
  <syntaxhighlight lang="c">
  while (compute_intensive_function()) { ... }  // 不推荐
  </syntaxhighlight>

== 实际应用案例 ==
=== 案例：读取文件直到末尾 ===
<syntaxhighlight lang="c">
#include <stdio.h>

int main() {
    FILE *file = fopen("data.txt", "r");
    if (file == NULL) return 1;

    char buffer[256];
    while (fgets(buffer, sizeof(buffer), file) != NULL) {
        printf("%s", buffer);
    }
    fclose(file);
    return 0;
}
</syntaxhighlight>

=== 案例：游戏主循环 ===
<syntaxhighlight lang="c">
int game_running = 1;
while (game_running) {
    process_input();
    update_game_state();
    render_graphics();
    if (player_quit) game_running = 0;
}
</syntaxhighlight>

== 总结 ==
While循环是C语言中实现条件重复的核心工具，特点是：
* 适合未知迭代次数的场景
* 必须显式管理循环变量
* 可通过<code>break</code>/<code>continue</code>精细控制
* 与<code>do-while</code>形成互补（后者保证至少执行一次）

掌握While循环是理解更复杂控制结构（如嵌套循环、状态机）的基础。

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