for语句

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C++中使用最多的循环语句是for语句。当有一个明显的循环变量时，for语句（也称为for循环）是首选，因为它允许我们轻松而简洁地定义、初始化、判断和更改循环变量的值。

从C++11开始，for循环有两种不同形式。本节将介绍经典的for语句。在以后的课程中，介绍完一些其他先决主题（如数组和迭代器）后，我们将介绍新的range-for语句。

for语句在定义上看起来相当简单：

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for (初始化语句; 条件表达式; 递增/递减表达式)
   语句;

可以将for循环理解为等价的while语句：

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{ // 整体都在代码块内
    初始化语句; // 用来定义循环变量
    while (条件表达式)
    {
        语句; 
        递增/递减表达式; // 用来改变循环变量，以便再次判断是否满足循环条件
    }
} // for循环中定义的所有变量，在这里都会被销毁

for语句的计算

for语句分为3阶段执行：

首先，执行初始化语句。它只会在循环开始时执行一次。初始化语句通常用于定义和初始化变量。这里定义的变量具有“循环作用域”，本质上只是块作用域的一种形式；这些变量从定义点开始一直存在到循环语句末尾。在等价的while循环中，可以看到初始化语句位于等价代码块内，当整个代码块结束时，初始化语句中定义的变量就会超出作用域。

其次，对于每次循环迭代，都会先计算条件表达式的结果。如果结果为true，则执行对应的语句。如果结果为false，则循环终止，并执行循环之外的下一条语句。

最后，计算递增/递减表达式。通常，该表达式用于递增或递减初始化语句中定义的循环变量。然后，流程会返回第二步（再次判断条件表达式）。

来看一个示例：

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#include <iostream>

int main()
{
    for (int i{ 1 }; i <= 10; ++i)
        std::cout << i << ' ';

    std::cout << '\n';

    return 0;
}

首先，声明一个名为i的循环变量，并用值1对其进行初始化。

其次，计算i<=10，因为i是1，所以它的计算结果为true。因此，执行语句，输出1和空格。

最后，计算++i，将i增加到2。然后循环返回到第二步。

现在，再次计算i<=10。由于i的值为2，因此它的计算结果为true，因此循环再次迭代。打印2和一个空格，i递增为3。循环继续迭代，直到最终i增加到11，此时i<=10的计算结果为false，循环退出。

因此，该程序打印结果：

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

可以将上面的for循环转换为等效的while循环：

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#include <iostream>

int main()
{
    { // 这个代码块，确定了变量 i 的作用域
        int i{ 1 }; // 初始化语句
        while (i <= 10) // 条件表达式
        {
            std::cout << i << ' '; // 循环中执行的语句
            ++i; // 递增/递减表达式
        }
    }

    std::cout << '\n';
}

注意，这里需要外部大括号，因为当循环结束时，变量 i 超出了作用域。

对于新程序员来说，for循环可能很难阅读——然而，有经验的程序员通常很喜欢它。它是一种使用计数器进行循环的紧凑写法，并且在语句开头集中提供了循环变量、循环条件和循环变量变化方式等必要信息。这有助于减少错误。

在for循环条件中使用 != 操作符有些危险

在编写涉及值的循环条件时，通常可以用许多不同的方法编写条件表达式。以下两个循环执行结果相同：

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#include <iostream>

int main()
{
    for (int i { 0 }; i < 10; ++i) // 使用 <
         std::cout << i;

    for (int i { 0 }; i != 10; ++i) // 使用 !=
         std::cout << i;

     return 0;
}

那么我们应该选择哪一个呢？前者是更好的选择，因为即使i跳过值10，它也会终止，而后者不会。下面的示例演示了这一点：

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#include <iostream>

int main()
{
    for (int i { 0 }; i < 10; ++i) // 使用 <, 仍然会结束
    {
         std::cout << i;
         if (i == 9) ++i; // 条件表达式判断时会跳过10
    }

    for (int i { 0 }; i != 10; ++i) // 使用 !=, 无限循环
    {
         std::cout << i;
         if (i == 9) ++i; // 条件表达式判断时会跳过10
    }

     return 0;
}

最佳实践

for循环条件中进行数值比较时，避免使用 != 。

少迭代一次的错误

对于for循环（以及使用计数器的其他循环），最常见的问题之一是条件表达式写错，导致循环多迭代或少迭代一次。

下面是一个示例：

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#include <iostream>

int main()
{
    // 这里用了 < 而不是 <=
    for (int i{ 1 }; i < 5; ++i)
    {
        std::cout << i << ' ';
    }

    std::cout << '\n';

    return 0;
}

原本期望打印12345，但它只打印1234，因为这里使用了错误的关系运算符。

这种错误最常见的原因是使用了错误的关系运算符，但有时也可能是递增或递减操作写错导致的。

省略的表达式

for语句中的任何部分都可省略。例如，在下面的示例中，将省略初始化语句和递增/递减表达式，只保留条件表达式：

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#include <iostream>

int main()
{
    int i{ 0 };
    for ( ; i < 10; ) // 省略初始化语句和递增/递减表达式
    {
        std::cout << i << ' ';
        ++i;
    }

    std::cout << '\n';

    return 0;
}

此for循环产生以下结果：

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0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

这里不使用for循环来进行初始化和递增，而是手动完成。本例只是为了演示，但在某些情况下，确实可能不需要声明循环变量（因为已经有了一个），或者不需要在递增/递减表达式中操作循环变量（因为它已经在其他地方被修改）。

值得注意的是，下面的示例生成了无限循环：

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for (;;)
    语句;

上述示例相当于：

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while (true)
    语句;

这可能有点出乎意料，因为您可能以为省略的条件表达式会被视为false。然而，C++标准明确规定，for循环中省略的条件表达式应被视为true。

建议完全避免这种形式的for循环，而是使用while (true)。

具有多个计数器的循环

尽管for循环通常只围绕一个变量迭代，但有时也需要处理多个循环变量。为此，可以在初始化语句中定义多个变量，并使用逗号操作符在递增/递减表达式中修改多个变量的值：

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#include <iostream>

int main()
{
    for (int x{ 0 }, y{ 9 }; x < 10; ++x, --y)
        std::cout << x << ' ' << y << '\n';

    return 0;
}

该循环定义并初始化两个新变量：x和y。它在0到9的作用域内迭代x，每次迭代后x递增，y递减。

该程序生成结果：

这是C++中少数几个在同一语句中定义多个变量，并且使用逗号运算符通常被认为可以接受的场景。

循环嵌套

与其他类型的循环一样，for循环可以嵌套在其他循环中。在下面的示例中，将for循环嵌套在另一个for循环中：

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#include <iostream>

int main()
{
	for (char c{ 'a' }; c <= 'e'; ++c) // 遍历a到e的字母
	{
		std::cout << c; // 打印字母
		
		for (int i{ 0 }; i < 3; ++i) // 内层循环遍历0到2
			std::cout << i;

		std::cout << '\n';
	}

	return 0;
}

对于外部循环的每次迭代，内部循环都会完整地运行。因此，输出为：

外部循环首先运行，char c被初始化为“a”。然后计算c <= “e”，结果为true，因此执行循环体。由于c被设置为“a”，所以首先打印a。然后，内部循环完整执行（打印0、1和2）。接着打印换行符。之后，外部循环返回顶部，c增加到“b”，并重新计算循环条件。由于循环条件仍然为true，因此开始外部循环的下一次迭代。这将打印b012\n。依此类推。

总结

for语句是C++语言中最常用的循环。尽管它的语法对新程序员来说通常有点混乱，但您会经常看到for循环，并且很快就会理解它们！

如果有明确的计数器，优先使用for语句；否则，while语句可能是更好的选择。

8.8 Do while语句

8.10 break与continue

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