C++ 循环

C++循环

循环是C++控制流的核心结构之一，允许程序重复执行一段代码，直到满足特定条件。循环在自动化重复任务、遍历数据结构和实现算法时至关重要。C++提供了三种主要循环结构：for循环、while循环和do-while循环。

循环类型

for循环

for循环通常用于已知迭代次数的场景，语法结构如下：

for (初始化; 条件; 更新) {
    // 循环体
}

示例：打印1到5的数字

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    for (int i = 1; i <= 5; i++) {
        cout << i << " ";
    }
    return 0;
}

输出：

1 2 3 4 5

执行流程：

flowchart TD A[初始化 int i=1] --> B{条件判断 i<=5} B -- 真 --> C[执行循环体] C --> D[更新 i++] D --> B B -- 假 --> E[退出循环]

while循环

while循环在条件为真时持续执行，适合不确定迭代次数的场景：

while (条件) {
    // 循环体
}

示例：用户输入验证

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    int password;
    cout << "Enter password (1234): ";
    cin >> password;
    while (password != 1234) {
        cout << "Wrong! Try again: ";
        cin >> password;
    }
    cout << "Access granted!";
    return 0;
}

输出（示例交互）：

Enter password (1234): 1111
Wrong! Try again: 1234
Access granted!

do-while循环

与while类似，但保证至少执行一次循环体：

do {
    // 循环体
} while (条件);

示例：菜单系统

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    char choice;
    do {
        cout << "\nMenu:\n1. Start\n2. Options\n3. Exit\nChoice: ";
        cin >> choice;
        // 处理选择...
    } while (choice != '3');
    return 0;
}

循环控制语句

控制语句比较

语句	作用	示例
break	立即退出当前循环	if (i == 3) break;
continue	跳过当前迭代	if (i%2 == 0) continue;
goto	跳转到标签位置（慎用）	goto label;

嵌套循环

循环可以多层嵌套，常用于处理多维数据结构：

示例：乘法表

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
    for (int i = 1; i <= 9; i++) {
        for (int j = 1; j <= 9; j++) {
            cout << i*j << "\t";
        }
        cout << endl;
    }
    return 0;
}

性能考量

循环效率直接影响程序性能，需注意：

• 减少循环内部的计算量
• 避免在循环条件中进行复杂运算
• 考虑循环展开（Loop Unrolling）优化

时间复杂度分析示例： $O(n)=\sum _{i=1}^{n}1=n$

实际应用案例

案例：数据分析中的移动平均计算

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

vector<double> movingAverage(const vector<double>& data, int window) {
    vector<double> result;
    for (size_t i = 0; i <= data.size() - window; i++) {
        double sum = 0;
        for (int j = 0; j < window; j++) {
            sum += data[i + j];
        }
        result.push_back(sum / window);
    }
    return result;
}

int main() {
    vector<double> stockPrices = {45.3, 46.2, 47.8, 48.1, 47.5, 46.9};
    auto averages = movingAverage(stockPrices, 3);
    for (double avg : averages) {
        cout << avg << " ";
    }
    return 0;
}

输出：

46.4333 47.3667 47.8 47.5 

常见错误与调试

• 无限循环：忘记更新循环变量
• 差一错误：错误的条件边界
• 类型不匹配：循环变量与条件类型不一致

使用调试器逐步执行循环是排查问题的有效方法。

最佳实践

1. 使用有意义的循环变量名（如row, col而非i, j）
2. 保持循环体简洁（必要时提取为函数）
3. 添加循环不变量的断言检查
4. 考虑使用范围for循环（C++11起）简化集合遍历