上一节探讨了循环结构的概念，回顾了for循环结构的用法，学习了阅读循环结构的方法，对for循环结构中缺省表达式的情况进行了分析。本讲主要学习while的语法结构，并能用while来编写循环程序。
while的基本格式是：
while( 表达式 ) S
与“if( 表达式）S”不同的是，该结构虽然只用while代替了if，但两者的含义却大为不同。if语句构造的是单分支选择结构，当表达式值为真只执行一次S。而while构造的是循环结构，只要表达式为真，就要重复执行S。传统流程图如下表示：
while结构流程图
对比for循环的流程图发现，while语句中没有表达式1、表达式2和表达式3，结构看起来要比for简单得多。如果while的表达式永远为真，则构成死循环，如程序段：
while( 1 ){
printf("*");
}
死循环构造非常简单，只要让表达为1或其它非零的数即可，死循环的循环体会执行无穷多次，除非用户强行终止或者碰到强行退出语句。上述程序片段会不断输出*号，而且不会结束。如要输出10个*号，必须对刚才while构成的死循环进行改造。可以设置一个计数变量来计数，从0至10正向计算，也可以从10至0反向计数。
让计数变量值设为0，表示循环体当前执行0次，输出0个*号。
cnt=0;
此后每执行一次循环体，每输出一个*号，就让计数变量加1。因此，循环体要增加了一条计数语句，如：
printf("*");
cnt=cnt 1;
如果cnt的值为10，表示循环体被执行了10次，即已经输出了10个*号，因此当cnt超过10时，要结束循环。算法的伪代码如下：
(1)cnt=0; //一个*号也没有显示
(2)if(cnt>10)转（6）
(3)printf("*");
(4)cnt=cnt 1;
(5)goto（2）； //转（2）继续执行
(6)printf("\n");
(7)结束；
goto是一个转向程序中某处语句的无条件转移指令。从伪代码中可以看出(3)(4)是循环体,当cnt<=10时会执行循环体，cnt>10时循环体结束，执行循环体后续语句(6)。因此，也可以用while来构造循环。完整程序代码如下：
#include <stdio.h>
int main( void )
{
int cnt;
cnt=0;
while( cnt <=10 ) //这里隐藏goto到while之后的语句
{
printf("*");
cnt=cnt 1;
} //这里隐藏了goto到while语句
printf("\n");
return 0;
}
以上代码，由三个位置的语句决定了循环的次数。三个语句中，修改某个都会使循环次数发生变化。如第一句“cnt=0;”,如果改为“cnt=5；”，则循环体运行的次数为5次，即cnt分别为6、7、8、9、10时，每次显示一个*号，共显示5个*号；如果单独修改“cnt<=10”为“cnt<=20”，则循环执行了20次，显示20个*号；如果单独修改“cnt=cnt 1;”为“cnt=cnt 2;”，则循环执行了5次，每次cnt的值分别为2、4、6、8、10,循环执行结束时cnt变成了12。
我们也可以进行倒计数编程。想一想火箭发射时倒数10秒计数的场景，工程师从10数到0火箭即点火。可以设计数变量cnt的初值为10，每显示一个*号，让计数变量减1,当计数变量为0时，循环体结束。算法的伪代码如下：
(1)cnt=10; //一个*号也没有显示
(2)if( cnt<1 )转（6）
(3)printf("*");
(4)cnt=cnt-1;
(5)goto（2）； //转（2）继续执行
(6)printf("\n");
(7)结束；
完整程序代码如下：
#include <stdio.h>
int main( void )
{
int cnt;
cnt=10;
while( cnt > 0 )
{
printf("*");
cnt=cnt - 1;
}
printf("\n");
return 0;
}
倒计数时每显示一个*号接着计数变量减1，当计数大于0时说明*号未显示完，继续执行循环体。倒计数也要设置初值、判断终值、让计数变量按步长变化。因此，我们可以写出用while来构造计数循环的固定框架：
计数变量赋初值； while( 计数变量还未到终值） { 循环体； 计数变量变化； } |
如果把“计数变量赋初值”“计数变量未到终值”“计数量变化”与for循环的表达式e1、表达式e2、表达式e3对应起来，我们发现，两者是等价的，可以互相转换。如：
while显示10个*号：
cnt=0;
while( cnt <=10 )
{
printf("*");
cnt=cnt 1;
}
printf("\n");
for显示10个*号：
for(cnt=1;cnt<=10;cnt=cnt 1)
printf("*");
printf("\n");
观察e1、e2、e3三个表达式在while中的位置，for的"cnt=1"放在while之前；cnt<=10放在while括号后的表达式位置；cnt=cnt 1放在while中循环体中作为最后一条语句，也就是以下情况。此时，while与for是可以互换的。
for(e1;e2;e3)S
e1；while(e2){ S;e3;}
因此，可以把for语句实现求累加和、求阶乘的例子改写成while结构：
累加和：
sum=0;i=1;
while(i<=n) {sum=sum i;i=i 1;}
求阶乘：
f=1;i=1;
while(i<=n){ f=f*i;i=i 1;}
while循环除了可以完成类似于for的循环，也可以用于非计数循环，下面用三个实例说明非计数型循环的构造。
例1：使用格雷戈里公式求π的近似值，要求精确到最后一项的绝对值小于10–4。
在前面我们通过输出一个整数n,然后把前n项的每个“数据项i”通过重复执行“sum=sum 数据项i；”得到。
flag用来控制符号，因第一项为正，所以用1表示。item表示“数据项i”,第1项为1，所双item初值为1。先把“数据项i”加到sum里：
sum=sum item;
处理完“数据项i”后，要为下一项,即“数据项i 1”作准备，因此，分母d要加2，符号为当前符号flag的相反数-flag。接下来，要做：
d=d 2;
flag=-flag;
则“数据项i 1”为：
item=flag*1.0/d;
因此循环体可以写为：
sum=sum item;
d=d 2;
flag=-flag;
item=flag*1.0/d;
由于循环的条件不再是通过计数实现，循环多少次也既不知道也不需要关心，只要最后一项的绝对值要小于10-4时才结束循环。可用函数fabs来求实数的绝对值。fabs(x)可得到实数x的绝对值，因此要判断item的绝对值是否大于10-4,条件表达式为：
fabs(item)>=0.0001或
fabs(item)>= 1e-4
这是循环执行的条件表达式，当fabs(item)<1e-4时，循环结束。“1e-4”是实数的另一种表示法，称为科学计数法，由三个部分构成，分别是小数、e和指数。有了条件表达式后，完整的循环结构如下：
while( fabs(item) >= 1e-4 )
{
sum=sum item;
d=d 2;
flag=-flag;
item=flag*1.0/d;
}
现在，让我们写出完整的程序。由于使用了函数fabs，所以要引用math.h头文件，程序如下：
#include<stdio.h>
#include<math.h>
int main( )
{
int flag,d;
double item,sum,pi;
item=1;d=1;flag=1;
while(fabs(item)>=1e-4)
{
sum=sum item;
d=d 2;
flag=-flag;
item=flag*1.0/d;
}
pi=4*sum;
printf("pi=%f\n",pi);
}
上例是用“数据项”满足一定条件来控制循环，这是因为这个“数据项”的绝对值是逐渐递减的，所以总能逼近我们设定的数据精度，至于要执行多少次才结束循环，预先我们可能并不知道。让我们再来看一个实例。
例2：从键盘上输入一串符号，统计字母、数字和其它符号的个数并输出。要求输入的符号串碰到'\n'时结束。
如果用ch保存输入的符号，只有在输入的ch与'\n'相等时结束，其它情况则需要继续输入，因此循环的条件是：ch!='\n'。因为在判断之前要先输出符号，因此要执行ch=getchar( )赋值表达式。前面说过，赋值表达式除了给变量赋值外，表达式整体也是一个值，所以ch=getchar( )除了给ch赋值外，其整体也是一个值，所以，我们可以把ch!='\0'的表达式扩展为:
(ch=getchar( ))!='\n'
此条件表达式是一个复合表达式，是用一个表达式(ch=getchar( ))的值与'\n'进行比较，可近似理解为getchar( )先给ch赋值后，再进行 ch!='\n'的比较。有了条件表达式后，可以写出while循环如下：
while( (ch=getchar())!='\n' )
{
if( ch是大写字母 || ch是小写字母 ）
alpha=alpha 1;
else if( ch是数字 ）
digit=digit 1;
else
other=other 1;
}
前面讲过，判断ch是大写字母的表达式是：
ch>='A' && ch<='Z'
判断ch是小写字母的表达式是：
ch>='a' && ch<='z'
判断ch是数字的表达式是：
ch>='0' && ch<='9'
因此替换条件表达式后，循环结构变为：
while( (ch=getchar())!='\n' )
{
if( ch>='A'&&ch<='Z' || ch>='a' && ch<='z'）
alpha=alpha 1;
else if( ch>='0' && ch<='9' ）
digit=digit 1;
else
other=other 1;
}
完整的程序如下：
#include <stdio.h>
int main( )
{
char ch;
int digit,alpha,other;
digit=alpha=other=0;
while( (ch=getchar())!='\n' )
{
if( ch>='A'&&ch<='Z' || ch>='a' && ch<='z'）
alpha=alpha 1;
else if( ch>='0' && ch<='9' ）
digit=digit 1;
else
other=other 1;
}
return 0;
}
以上程序，输入的字符个数由最后一个'\n'控制，而不是预先设定的字符个数确定,所以程序具有更高的灵活性。
例3：输入一批学生成绩，要求输出这批学生的平均分、及格学生和不及格学生人数。要求输出成绩小于0时结束输入。
本例中，学生人数未知，因此不能用计数循环。程序是根据某个学生的成绩小于0来作为退出循环条件，因此，循环的条件是，成绩score大于等于0。循环的框架如下：
while( score >= 0 )
{
.....
}
对于输入的学生成绩score如果大于或等于0，则会执行循环体。那么循环体应该包括哪些语句呢？(1)用变量n记录学生人数，每输入一个学生成绩后让n加1；(2)计算前n个学生成绩之和sum，即用前n-1个学生的成绩之和sum加上当前学生成绩score，即sum=sum score;(3)判断score是否小于60，如果小于则让不及格人数加1，否则让及格人数加1;(4)输入下一个学生成绩，为下一次处理作准备。因此，循环体是：
n=n 1;
sum=sum score;
if( score < 60 )
nopass=nopass 1;
else
pass=pass 1;
scanf("%d",&score);
把循环体放入到循环中，循环变为：
while(score>=0)
{
n=n 1;
sum=sum score;
if( score < 60 ) nopass=nopass 1;
else pass=pass 1;
scanf("%d",&score);
}
完整的程序如下：
#include<stdio.h>
int main( )
{
int n,pass,nopass,score;
double sum,average;
sum=0；
n=pass=nopass=0;
scanf("%d",&score);
while(score>=0)
{
n=n 1;
sum=sum score;
if( score < 60 ) nopass=nopass 1;
else pass=pass 1;
scanf("%d",&score);
}
average=sum/n;
printf("average=%.2f,nopass=%d,pass=%d\n",average,nopass,pass);
return 0;
}
在while之前要用scanf给score赋一次值,否则第一次执行score>=0时可能进不了循环。可不可以让scanf只在一处出现呢？答案是可以的。因为scanf是一个函数，函数执行完返回输入数据的个数，如果不用分数score大于0来作循环条件，可以用scanf是否输入数据来作为条件，程序变为：
#include<stdio.h>
int main( )
{
int n,pass,nopass,score;
double sum,average;
sum=0;
n=pass=nopass=0;
while( scanf("%d",&score) > 0 )
{
n=n 1;
sum=sum score;
if( score < 60 ) nopass=nopass 1;
else pass=pass 1;
}
average=sum/n;
printf("average=%.2f,nopass=%d,pass=%d\n",average,nopass,pass);
return 0;
}
while里的表达式看起来是否很奇怪！如果正确输入数据，即score获得一个数，则执行循环体。如果一个数也没输入，当scanf执行时，输入“ctrl z”，则结束循环。
本节介绍了while循环的格式以及用while构造计数型循环和非计数型循环的方法，对比了while与for两个语句在计数型循环的区别与联系。用三个实例展示了非计数型循环的程序设计方法。本节就讲到这里，下次再见。
