c语言小课堂-while语句

TANG JIAMEI2025-07-22

1. `while`语句是什么？

在C语言中，while语句是一种循环控制结构，用于重复执行一段代码，直到指定的条件不再满足为止。它属于“入口条件循环”，这意味着在每次循环迭代之前，都会先检查条件。如果条件为真，则执行循环体；如果条件为假，则跳过循环体并继续执行while语句之后的代码。

基本语法：

1
2
3

while (条件表达式) {
    // 循环体（statements to be executed repeatedly）
}

条件表达式：这是一个布尔表达式，其结果为真（非零）或假（零）。
循环体：当条件表达式为真时，这部分代码会被执行。循环体可以是一条语句，也可以是由花括号 {} 包裹的多条语句。

工作原理：

程序首先评估条件表达式。
如果条件表达式为真（非零），则执行while循环体内的代码。
循环体执行完毕后，程序再次回到步骤1，重新评估条件表达式。
这个过程会一直重复，直到条件表达式为假（零）时，循环终止，程序继续执行while循环后面的代码。

2. `while`语句何时用？

while语句在编程中非常常用，尤其适用于以下场景：

当你不确定循环需要执行多少次时：与for循环通常用于已知循环次数的场景不同，while循环更适合那些循环次数取决于某个条件何时变为假的场景。例如，从文件中读取数据直到文件末尾，或者处理用户输入直到输入特定值。
需要根据特定条件重复执行任务时：例如，等待用户输入一个有效值，直到输入正确为止；或者在游戏中，只要玩家生命值大于0就继续游戏。
实现某种状态的持续监控：例如，在一个系统中，持续检查某个标志位是否被设置，一旦设置就执行相应操作。

与关联知识点的联系和区别：

与for循环的区别：
- for循环通常用于已知循环次数的情况，其结构将初始化、条件和更新表达式集中在一起，更紧凑。
- while循环更适合未知循环次数的情况，或者当循环的终止条件比较复杂，不适合放在for循环的更新表达式中时。
- 理论上，任何for循环都可以用while循环实现，反之亦然，但选择哪种循环取决于代码的清晰度和可读性。
例如：
for循环：
1
2
3
for (int i = 0; i < 5; i++) {
// ...
}
等价的while循环：
1
2
3
4
5
int i = 0;
while (i < 5) {
// ...
i++;
}
与do-while循环的区别：
- while循环是“入口条件循环”，先判断条件再执行循环体。这意味着如果条件一开始就为假，循环体可能一次都不会执行。
- do-while循环是“出口条件循环”，它会先执行一次循环体，然后再判断条件。这意味着do-while循环体至少会被执行一次，即使条件一开始就为假。
例如：
while循环：
1
2
3
4
int x = 10;
while (x < 5) { // 条件为假，循环体不会执行
printf("Hello\n");
}
do-while循环：
1
2
3
4
int x = 10;
do {
printf("Hello\n"); // 至少执行一次
} while (x < 5); // 条件为假，循环在第一次执行后终止

在编程学习中，while语句是掌握程序流程控制的关键部分，它使得程序能够根据动态条件执行重复性任务，是编写交互式程序和处理不确定输入场景的基础。

3. `while`语句怎么用？

我们通过几个实际编程场景来举例说明while语句的应用。

示例1：计算1到100的和

这个例子虽然也可以用for循环实现，但用while更能体现其基本用法。

#include <stdio.h>

int main() {
    int sum = 0;
    int i = 1; // 初始化计数器

    while (i <= 100) { // 条件：i小于等于100
        sum += i;      // 循环体：累加i
        i++;           // 更新：i自增
    }

    printf("1到100的和为：%d\n", sum);
    return 0;
}

解释：

我们首先将sum初始化为0，i初始化为1。
while (i <= 100)是循环的条件。只要i小于或等于100，循环就会继续。
在循环体内，sum = sum + i 将当前的i值加到sum上。
i++ 将i的值增加1。这是非常关键的一步，它确保了i最终会超过100，从而使循环终止。如果忘记这一步，将导致无限循环。

示例2：用户输入验证

要求用户输入一个正数，如果输入非正数，则一直提示重新输入。

#include <stdio.h>

int main() {
    int num;

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

    while (num <= 0) { // 条件：如果输入的数非正
        printf("输入错误！请重新输入一个正整数：");
        scanf("%d", &num);
    }

    printf("您输入的是：%d\n", num);
    return 0;
}

解释：

程序首先提示用户输入一个数。
while (num <= 0)是循环条件。只要num小于或等于0（即非正数），就说明输入不符合要求，循环就会继续。
在循环体内，程序会再次提示用户输入，并读取新的值。
当用户最终输入一个正数时，num <= 0的条件变为假，循环终止，程序打印出用户输入的有效数字。

示例3：利用while循环实现菜单选择

创建一个简单的菜单，让用户选择操作，直到用户选择退出。

#include <stdio.h>

int main() {
    int choice = 0; // 初始化选择，确保第一次进入循环

    while (choice != 3) { // 条件：只要选择不是3（退出）就继续
        printf("\n--- 菜单 ---\n");
        printf("1. 执行操作A\n");
        printf("2. 执行操作B\n");
        printf("3. 退出\n");
        printf("请选择一个选项：");
        scanf("%d", &choice);

        switch (choice) {
            case 1:
                printf("您选择了操作A。\n");
                // 在这里可以添加操作A的具体代码
                break;
            case 2:
                printf("您选择了操作B。\n");
                // 在这里可以添加操作B的具体代码
                break;
            case 3:
                printf("感谢使用，程序退出。\n");
                break;
            default:
                printf("无效的选择，请重新输入。\n");
                break;
        }
    }

    return 0;
}

解释：

choice变量被初始化为0，确保while (choice != 3)条件在程序开始时为真，从而进入循环。
循环体内，程序显示菜单，并等待用户输入选择。
switch语句根据用户的choice执行相应的操作。
当choice为3时，while (choice != 3)条件变为假，循环终止，程序退出。

通过以上示例，我们可以看到while语句在不同场景下的灵活性和实用性。理解其工作原理和适用场景，是掌握C语言循环控制的关键一步。

配套习题设计

接下来，我们设计5道与while语句相关的习题，难度由易到难递进。

习题1 (选择题):

以下C语言代码段，执行后会输出什么？

int x = 5;
while (x > 0) {
    printf("%d ", x);
    x--;
}

A) 5 4 3 2 1 0
B) 5 4 3 2 1
C) 4 3 2 1 0
D) 5 4 3 2 1 -1

习题2 (填空题):

请填写以下代码的空白处，使得程序能够计算并输出从1累加到n（用户输入）的和。

#include <stdio.h>

int main() {
    int n, sum = 0, i = 1;
    printf("请输入一个正整数n：");
    scanf("%d", &n);

    while (i <= _____) {
        sum += i;
        i++;
    }
    printf("1到%d的和为：%d\n", n, sum);
    return 0;
}

习题3 (编程题):

编写一个C语言程序，使用while循环计算并输出一个整数的阶乘。例如，输入5，输出120 (5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1)。如果用户输入负数或0，则提示“请输入一个正整数！”并要求重新输入，直到输入有效为止。

习题4 (选择题):

考虑以下C语言代码：

int count = 0;
int num = 10;
while (num > 0) {
    if (num % 2 == 0) {
        count++;
    }
    num--;
}
printf("%d\n", count);

这段代码执行后，count的值是多少？
A) 10
B) 5
C) 0
D) 6

习题5 (编程题):

编写一个C语言程序，模拟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，然后让用户猜测。

如果用户猜的数字太高，提示“太高了，请再试一次！”
如果用户猜的数字太低，提示“太低了，请再试一次！”
如果用户猜对了，提示“恭喜你，猜对了！你一共猜了X次。”并结束游戏。
使用while循环来实现游戏的重复猜测过程。

习题讲解

现在，我们来详细讲解上述习题的答案和解题思路。

习题1 (选择题) 答案及解析:

答案：B) 5 4 3 2 1

解析：

int x = 5;：变量x初始化为5。
while (x > 0)：进入循环。
- 第一次迭代：x为5，5 > 0为真。执行printf("%d ", x);输出 5 。x--使x变为4。
- 第二次迭代：x为4，4 > 0为真。执行printf("%d ", x);输出 4 。x--使x变为3。
- 第三次迭代：x为3，3 > 0为真。执行printf("%d ", x);输出 3 。x--使x变为2。
- 第四次迭代：x为2，2 > 0为真。执行printf("%d ", x);输出 2 。x--使x变为1。
- 第五次迭代：x为1，1 > 0为真。执行printf("%d ", x);输出 1 。x--使x变为0。
- 第六次迭代：x为0，0 > 0为假。循环终止。
  因此，最终输出为：5 4 3 2 1。

常见错误/易混淆点：

误以为会输出0：循环条件是x > 0，当x变为0时，条件即为假，循环不再执行，所以不会输出0。
误以为会输出-1：同理，循环在x变为0时终止，x不会再递减到-1。

习题2 (填空题) 答案及解析:

答案：n

解析：
这段代码的目标是计算从1累加到n的和。while循环的条件应该确保i从1开始，一直累加到n为止（包括n）。
当i等于n时，我们仍然需要执行一次循环体来把n加到sum中。
当i增加到n+1时，循环应该终止。
因此，正确的循环条件是i <= n。当i的值小于或等于n时，循环继续。

完整代码：

#include <stdio.h>

int main() {
    int n, sum = 0, i = 1;
    printf("请输入一个正整数n：");
    scanf("%d", &n);

    while (i <= n) { // 填入 n
        sum += i;
        i++;
    }
    printf("1到%d的和为：%d\n", n, sum);
    return 0;
}

常见错误/易混淆点：

i < n：如果条件是i < n，那么当i等于n时，循环就会停止，n本身就不会被加到sum中，导致结果错误。

习题3 (编程题) 答案及解析:

解题思路：

首先需要一个while循环来处理用户输入，直到输入一个正整数为止。这个循环的条件是输入的数非正。
一旦获得有效的正整数num，再使用另一个while循环来计算阶乘。
阶乘的计算：从num开始，每次乘以当前数，然后将当前数减1，直到当前数变为1。

参考代码：

#include <stdio.h>

int main() {
    int num;
    long long factorial = 1; // 阶乘结果可能很大，使用long long
    int temp_num; // 用于阶乘计算的临时变量

    // 循环直到用户输入一个正整数
    while (1) { // 使用无限循环，通过break退出
        printf("请输入一个正整数（计算阶乘）：");
        scanf("%d", &num);

        if (num > 0) {
            break; // 输入有效，退出循环
        } else if (num == 0) {
            printf("0的阶乘是1。\n"); // 特殊处理0的阶乘
            return 0; // 0的阶乘直接输出并退出
        } else {
            printf("输入错误！请输入一个正整数。\n");
        }
    }

    temp_num = num; // 将有效输入保存到临时变量，避免修改原num
    while (temp_num > 0) {
        factorial *= temp_num; // 等同于 factorial = factorial * temp_num;
        temp_num--;
    }

    printf("%d的阶乘是：%lld\n", num, factorial);

    return 0;
}

解释：

第一个while(1)循环：这是一个无限循环，通过break语句在满足条件时跳出。
- 它首先读取用户输入。
- 如果num > 0，说明输入有效，break跳出输入验证循环。
- 如果num == 0，根据数学定义0的阶乘是1，直接打印并退出程序。
- 如果num < 0，提示错误，循环继续，要求重新输入。
long long factorial = 1;：阶乘增长非常快，所以使用long long类型来存储结果，以防止溢出。
temp_num = num;：将用户输入的值复制到temp_num，因为在计算阶乘时temp_num会不断递减，我们希望保留原始的num值用于输出。
第二个while (temp_num > 0)循环：
- 只要temp_num大于0，就执行循环体。
- factorial *= temp_num;将当前的temp_num乘到factorial上。
- temp_num--;将temp_num减1，逐步逼近1。
当temp_num变为0时，循环终止，得到最终的阶乘结果。

常见错误/易混淆点：

阶乘初始值设为0：阶乘的乘法累积，初始值必须是1。
数据类型溢出：对于较大的数（如13的阶乘就已经超出int范围），需要使用long long。
无限循环：阶乘计算中忘记temp_num--会导致无限循环。
输入验证不完善：没有处理负数或0的输入。

习题4 (选择题) 答案及解析:

答案：B) 5

解析：

int count = 0;：count初始化为0。
int num = 10;：num初始化为10。
while (num > 0)：进入循环。
- num = 10: 10 % 2 == 0为真 (count变为1)。num变为9。
- num = 9: 9 % 2 == 0为假。num变为8。
- num = 8: 8 % 2 == 0为真 (count变为2)。num变为7。
- num = 7: 7 % 2 == 0为假。num变为6。
- num = 6: 6 % 2 == 0为真 (count变为3)。num变为5。
- num = 5: 5 % 2 == 0为假。num变为4。
- num = 4: 4 % 2 == 0为真 (count变为4)。num变为3。
- num = 3: 3 % 2 == 0为假。num变为2。
- num = 2: 2 % 2 == 0为真 (count变为5)。num变为1。
- num = 1: 1 % 2 == 0为假。num变为0。
- num = 0: 0 > 0为假，循环终止。
  最终count的值是5。程序实际上计算的是从1到10之间有多少个偶数。

常见错误/易混淆点：

混淆循环次数与count的最终值：count只在num为偶数时增加。
计算偶数时包含0：本题中num从10递减到1，不包含0。

习题5 (编程题) 答案及解析:

解题思路：

使用rand()函数生成一个随机数。需要stdlib.h和time.h头文件，并用srand(time(NULL))初始化随机数种子。
使用一个while循环来持续进行猜测，直到用户猜对为止。
在循环内部，获取用户猜测，并与随机数进行比较，给出相应的提示。
记录猜测次数。

参考代码：

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

int main() {
    int target_number;
    int guess;
    int guess_count = 0;
    int continue_game = 1; // 控制游戏循环的标志

    // 初始化随机数生成器
    srand(time(NULL));

    // 生成1到100之间的随机数
    target_number = (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。\n");

    while (continue_game) { // 只要continue_game为真（非0），循环就继续
        printf("请输入你的猜测：");
        scanf("%d", &guess);
        guess_count++; // 每次猜测都增加计数

        if (guess > target_number) {
            printf("太高了，请再试一次！\n");
        } else if (guess < target_number) {
            printf("太低了，请再试一次！\n");
        } else {
            printf("恭喜你，猜对了！你一共猜了%d次。\n", guess_count);
            continue_game = 0; // 猜对了，将标志设为0，退出循环
        }
    }

    return 0;
}

解释：

#include <stdlib.h>和#include <time.h>：用于随机数生成。
srand(time(NULL));：使用当前时间作为种子初始化随机数生成器，确保每次运行程序时生成不同的随机数。
target_number = (rand() % 100) + 1;：生成1到100之间的随机数。rand() % 100会得到0到99的随机数，加1后变为1到100。
int continue_game = 1;：这是一个标志变量，用于控制while循环的执行。当它为1时，循环继续；当它被设置为0时，循环停止。这种方式在不知道循环具体次数时非常有用。
while (continue_game)：只要continue_game为非零（即1），循环就继续。
guess_count++;：每次用户进行猜测，猜测次数就增加。
if-else if-else结构：根据用户猜测与目标数字的大小关系给出不同的提示。
continue_game = 0;：当用户猜对时，将continue_game设置为0，这将导致while循环的条件在下一次检查时变为假，从而结束游戏。