c语言小课堂-do-while

编程的世界里，循环语句就像是我们的“重复执行器”，能帮我们高效地完成大量重复性任务。今天，我们要深入了解一个有点“特别”的循环——do-while 语句。它不像你可能熟悉的 while 和 for 循环那样“先看后做”，而是有点“不回头”的执着，先做一次再说！

一、do-while 语句：先做再说，至少一次！

1. 是什么？

do-while 循环是 C 语言提供的一种后测试循环结构。它的基本语法如下：

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do {
    // 循环体（要重复执行的代码）
} while (条件表达式); // 注意这里有一个分号！
  • do 关键字：表示循环体的开始。
  • 循环体：包含了一组需要重复执行的语句。
  • while (条件表达式)：在循环体执行完毕后，才会对条件表达式进行判断。
  • 分号 ;：这是 do-while 循环特有的，while 后必须跟着一个分号，表示循环语句的结束。

与 while 循环（先判断条件，再执行循环体）不同，do-while 循环的特点是无论条件表达式是否为真，循环体至少会执行一次。 只有在第一次执行完毕后，才会检查条件表达式。如果条件为真，则继续执行下一次循环；如果条件为假，则退出循环。

2. 何时用？

do-while 循环在编程中扮演着独特的角色，尤其适用于以下场景：

  • 至少执行一次的场景：这是 do-while 最核心的应用场景。例如，要求用户输入一个有效值，如果输入无效则一直提示重新输入，直到输入有效为止。无论用户第一次输入什么，我们都希望至少给他们一次输入的机会。
  • 用户交互菜单：在构建基于文本的菜单程序时，do-while 循环非常方便。我们可以先显示菜单并获取用户选择，然后根据选择判断是否继续显示菜单或执行其他操作。
  • 需要初始化后才能判断的场景：有些情况下，循环的条件判断依赖于循环体内部产生的值。例如，计算一个序列的和，你需要先执行一次循环来产生第一个值，然后才能根据这个值来判断是否继续。

与 while 循环的区别与联系：

特性 while 循环 do-while 循环
测试时机 先测试条件，后执行循环体 先执行循环体，后测试条件
执行次数 循环体可能执行 0 次或多次 循环体至少执行 1 次或多次
应用场景 适用于循环体可能不需要执行的场景 适用于循环体至少需要执行一次的场景
语法 while (条件) { ... } do { ... } while (条件);

简单来说，如果你确定你的代码逻辑至少要执行一次，那么 do-while 就是你的不二选择。如果你不确定是否需要执行，或者可能一次都不需要执行，那么 while 或 for 循环会更合适。

3. 怎么用？

让我们通过几个实际例子来感受 do-while 的魅力。

示例一：用户输入校验

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#include <stdio.h>

int main() {
    int score;
    do {
        printf("请输入你的考试分数（0-100）：");
        scanf("%d", &score);
        if (score < 0 || score > 100) {
            printf("分数无效，请重新输入！\n");
        }
    } while (score < 0 || score > 100); // 只要分数无效，就继续循环
    
    printf("你输入的分数是：%d\n", score);
    
    return 0;
}

代码解析：
在这个例子中，无论用户第一次输入什么，程序都会先执行 scanf 获取分数。然后，while 语句会检查分数是否在有效范围内。如果不在，就会继续循环，直到用户输入一个有效分数为止。

示例二：简单的菜单选择

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#include <stdio.h>

int main() {
    int choice;
    do {
        printf("\n--- 菜单 ---\n");
        printf("1. 开始游戏\n");
        printf("2. 查看设置\n");
        printf("3. 退出\n");
        printf("请选择你的操作：");
        scanf("%d", &choice);

        switch (choice) {
            case 1:
                printf("游戏开始！\n");
                break;
            case 2:
                printf("进入设置界面。\n");
                break;
            case 3:
                printf("感谢使用，再见！\n");
                break;
            default:
                printf("无效选择，请重新输入！\n");
                break;
        }
    } while (choice != 3); // 只要用户没有选择退出，就继续显示菜单
    
    return 0;
}

代码解析：
这个程序会先显示菜单并获取用户选择，然后根据选择执行相应的操作。如果用户输入的不是 3（退出），do-while 循环就会再次执行，重新显示菜单，直到用户选择退出为止。这确保了菜单至少会显示一次。

示例三：计算 1 到 n 的和（使用 do-while）

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#include <stdio.h>

int main() {
    int n, sum = 0, i = 1;

    printf("请输入一个正整数 n：");
    scanf("%d", &n);

    // 假设 n >= 1
    if (n >= 1) { // 确保 n 是正整数，否则 do-while 可能会无限循环或不符合预期
        do {
            sum += i;
            i++;
        } while (i <= n);
    } else {
        printf("输入无效，n 必须是正整数。\n");
    }

    printf("1 到 %d 的和是：%d\n", n, sum);

    return 0;
}

代码解析：
这个例子展示了如何使用 do-while 来累加。即使 n 为 1，循环体也会至少执行一次（sum += 1; i++），然后 i 变为 2，i <= n (2 <= 1) 为假，循环退出。确保了即使只计算 1 到 1 的和，也能正确执行。

二、配套习题设计

习题一（选择题）

以下关于 do-while 循环的描述，哪一项是正确的？
A. do-while 循环的循环体可能一次都不执行。
B. do-while 循环的条件表达式在循环体执行之前判断。
C. do-while 循环的 while 后面必须带分号。
D. do-while 循环通常用于已知循环次数的场景。

习题二（判断题）

do-while 循环可以完全被 while 循环替代，且不改变程序的行为。
( )

习题三（填空题）

请填写代码，使得该 do-while 循环能够打印数字 5 到 1，然后结束。

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#include <stdio.h>

int main() {
    int num = ______;
    do {
        printf("%d ", num);
        num--;
    } while (______ );
    printf("\n");
    return 0;
}

习题四（编程题）

编写一个 C 语言程序，使用 do-while 循环实现一个简单的猜数字游戏。
程序随机生成一个 1 到 100 之间的整数，然后提示用户输入猜测的数字。
如果用户猜错了，程序会提示“太大了”或“太小了”，直到用户猜对为止。
每当用户猜对后，程序应显示“恭喜你，猜对了！”并显示用户猜测的次数。

提示：

  • 使用 rand() 函数生成随机数，需要包含 <stdlib.h> 和 <time.h>。
  • 使用 srand(time(NULL)) 初始化随机数种子。

习题五（编程题）

编写一个 C 语言程序，使用 do-while 循环计算并打印斐波那契数列（Fibonacci sequence）的前 N 项。斐波那契数列的定义是：F(0) = 0, F(1) = 1, F(n) = F(n-1) + F(n-2) (n >= 2)。程序应确保用户输入的 N 是一个正整数（大于等于 1）。

要求：

  1. 提示用户输入要打印的斐波那契数列项数 N。
  2. 使用 do-while 循环确保用户输入的 N 是一个大于等于 1 的整数。
  3. 使用 do-while 循环计算并打印斐波那契数列的前 N 项。
  4. 如果 N 为 1，只打印 0；如果 N 为 2，打印 0 1。

三、习题讲解

习题一（选择题）

以下关于 do-while 循环的描述，哪一项是正确的？
A. do-while 循环的循环体可能一次都不执行。
B. do-while 循环的条件表达式在循环体执行之前判断。
C. do-while 循环的 while 后面必须带分号。
D. do-while 循环通常用于已知循环次数的场景。

答案：C

解析：

  • A 选项错误：do-while 循环的特点是先执行循环体，后判断条件，所以循环体至少会执行一次。
  • B 选项错误：do-while 循环是后测试循环，条件表达式在循环体执行之后才判断。
  • C 选项正确：这是 do-while 语法的强制要求，while (条件表达式); 后面必须有一个分号。
  • D 选项错误：do-while 循环通常用于循环次数不确定，但至少需要执行一次的场景，例如用户输入校验。已知循环次数的场景更适合使用 for 循环。

习题二（判断题）

do-while 循环可以完全被 while 循环替代，且不改变程序的行为。
( )

答案：F (错误)

解析：
do-while 循环和 while 循环的主要区别在于循环体执行的次数。do-while 循环保证循环体至少执行一次，而 while 循环在条件不满足时可能一次都不执行。

虽然我们可以通过在 while 循环前复制一份循环体的代码，来模拟 do-while 至少执行一次的行为，例如：

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// do-while
do {
    // some code
} while (condition);

// 等价的 while 模拟
// some code; // 第一次执行
// while (condition) {
//     // some code; // 后续执行
// }

但这种替代方式并不“完全”且“不改变程序的行为”，因为它引入了代码重复，并且在逻辑上不如 do-while 语句直接清晰地表达“至少执行一次”的意图。在某些情况下，如果条件一开始就为假，while 循环将不执行，而 do-while 依然会执行一次，这时它们的行为就不同了。因此，不能说它们可以完全互相替代而不改变程序的行为。

习题三（填空题）

请填写代码，使得该 do-while 循环能够打印数字 5 到 1，然后结束。

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#include <stdio.h>

int main() {
    int num = __5__; // 初始值为 5
    do {
        printf("%d ", num);
        num--;
    } while (__num >= 1__ ); // 当 num 大于等于 1 时继续循环
    printf("\n");
    return 0;
}

答案：
num = 5;
num >= 1;

解析：

  • 我们希望从 5 开始打印，所以 num 的初始值应设为 5。
  • 循环体每次打印 num 并将其减 1。
  • 循环需要持续到 num 变为 1 也要打印，然后当 num 减到 0 时停止。因此，循环条件应该是 num >= 1。当 num 变为 0 时，条件 0 >= 1 为假，循环终止。

习题四（编程题）

题目： 编写一个 C 语言程序，使用 do-while 循环实现一个简单的猜数字游戏。程序随机生成一个 1 到 100 之间的整数，然后提示用户输入猜测的数字。如果用户猜错了，程序会提示“太大了”或“太小了”，直到用户猜对为止。每当用户猜对后，程序应显示“恭喜你，猜对了！”并显示用户猜测的次数。

代码：

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#include <stdio.h>
#include <stdlib.h> // 用于 rand() 和 srand()
#include <time.h>   // 用于 time()

int main() {
    int randomNumber;
    int guess;
    int guessCount = 0;

    // 初始化随机数种子
    srand(time(NULL)); 
    // 生成 1 到 100 之间的随机数
    randomNumber = (rand() % 100) + 1; 

    printf("欢迎来到猜数字游戏！\n");
    printf("我已经想好了一个 1 到 100 之间的数字，你来猜猜看。\n");

    do {
        printf("请输入你的猜测：");
        scanf("%d", &guess);
        guessCount++; // 每次猜测都增加计数

        if (guess < randomNumber) {
            printf("太小了，再大一点！\n");
        } else if (guess > randomNumber) {
            printf("太大了，再小一点！\n");
        } else {
            printf("恭喜你，猜对了！\n");
            printf("你一共猜了 %d 次。\n", guessCount);
        }
    } while (guess != randomNumber); // 只要没猜对，就继续循环

    return 0;
}

解析：

  1. 随机数生成： srand(time(NULL)) 用于初始化随机数生成器，确保每次运行程序时都能生成不同的随机数。randomNumber = (rand() % 100) + 1; 生成 1 到 100 之间的整数。
  2. do-while 的应用： 游戏至少要让用户猜一次，所以 do-while 循环非常适合。do 块内包含获取用户输入、增加猜测次数和判断猜测结果的逻辑。
  3. 循环条件： while (guess != randomNumber); 表示只要用户猜的数字不等于随机数，循环就会继续执行。一旦猜对，条件 guess != randomNumber 为假，循环终止。
  4. 计数器： guessCount 变量在每次用户猜测后递增，用于记录猜测次数。

习题五（编程题）

题目： 编写一个 C 语言程序，使用 do-while 循环计算并打印斐波那契数列（Fibonacci sequence）的前 N 项。斐波那契数列的定义是：F(0) = 0, F(1) = 1, F(n) = F(n-1) + F(n-2) (n >= 2)。程序应确保用户输入的 N 是一个正整数（大于等于 1）。

代码：

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#include <stdio.h>

int main() {
    int n;
    long long a = 0, b = 1; // 使用 long long 防止溢出，因为斐波那契数列增长很快
    long long nextTerm;
    int count = 0;

    // 确保用户输入 N 是正整数
    do {
        printf("请输入要打印的斐波那契数列项数 N (N >= 1)：");
        scanf("%d", &n);
        if (n < 1) {
            printf("N 必须是正整数，请重新输入！\n");
        }
    } while (n < 1);

    printf("斐波那契数列的前 %d 项是：\n", n);

    // 使用 do-while 循环打印斐波那契数列
    // 特殊处理 N=1 和 N=2 的情况
    if (n == 1) {
        printf("%lld\n", a); // 打印 F(0)
    } else if (n >= 2) {
        printf("%lld %lld ", a, b); // 打印 F(0) 和 F(1)
        count = 2; // 已经打印了两项

        // 从第三项开始计算和打印
        do {
            nextTerm = a + b;
            printf("%lld ", nextTerm);
            a = b;
            b = nextTerm;
            count++;
        } while (count < n); // 只要还没达到 N 项，就继续
        printf("\n");
    }
    
    return 0;
}

解析：

  1. 用户输入校验 (do-while 第一次应用)：

    • 外层的 do-while 循环 do { ... } while (n < 1); 用于确保用户输入的 n 是一个大于等于 1 的正整数。无论用户第一次输入什么，程序都会执行一次输入提示和获取。如果输入无效，它会继续提示，直到输入有效为止。

  2. 斐波那契数列计算与打印 (do-while 第二次应用)：

    • 初始化： a 和 b 分别初始化为斐波那契数列的前两项 F(0) = 0 和 F(1) = 1。nextTerm 用于存储下一项的值，count 用于记录当前已打印的项数。
    • 特殊情况处理： 由于斐波那契数列的定义是 F(0) 和 F(1) 是固定的，从 F(2) 开始才由前两项相加得到，所以需要对 n=1 和 n=2 进行特殊处理，直接打印 F(0) 和 F(0) F(1)。
    • 循环打印： 当 n >= 2 时，在打印了 F(0) 和 F(1) 后，count 初始化为 2。
      • 内部的 do-while 循环 do { ... } while (count < n); 开始计算并打印从第三项开始的斐波那契数。
      • 每次循环：
        • nextTerm = a + b; 计算下一项。
        • printf("%lld ", nextTerm); 打印当前项。
        • a = b; 和 b = nextTerm; 更新 a 和 b 的值，为下一次循环做准备。
        • count++; 增加已打印项数。
      • 循环条件 count < n 确保循环继续执行直到打印了 n 项。即使 n=2 并且已经打印了 0 1，这个 do-while 循环也不会执行（因为 count 已经等于 n），这符合预期。

  3. 数据类型： 使用 long long 来存储斐波那契数，因为斐波那契数列增长非常快，int 类型很快就会溢出。

通过这两个编程题，你是不是对 do-while 循环的“至少执行一次”特性有了更深刻的理解呢？记住，选择合适的循环结构是写出高效、清晰代码的关键哦！