Правила использования и особенности оператора while
· Значения всех переменных, входящих в выражение, должны быть определены до выполнения оператора while. Для этого их можно ввести (переменная to), задать в виде константы (RES), вычислить с помощью выражения, обращения к функции или задать другими способами. В противном случае переменная принимает случайное значение и результат непредсказуем. В нашем примере такая ошибка будет иметь место, если, например, забыть ввести переменную to или не записать RES=1.
· Выражение вычисляется и анализируется в начале перед выполнением тела цикла. Поэтому тело цикла может ни разу не выполнится, если в самом начале на первом шаге выражение ложно. Например, это произойдёт в нашем примере, если ввести в качестве переменной to отрицательное число.
· Одна или несколько переменных выражения должны меняться в операторах тела цикла. При этом изменение должно быть таким, чтобы на некотором шаге выражение стало ложным. В противном случае эта часть программы зациклится, то есть будет повторяться бесконечное количество раз. Прекратить выполнение программы (в том числе и в случае зацикливания) можно с помощью клавиш Ctrl+F2. Такая ситуация будет иметь место, например, если записать
RES=1;
while (RES< to)
R*=mult;
и ввести в качестве переменной to значение, большее 1. Здесь ни RES, ни to не меняются.
· Как и в случае с if, в выражении после while можно использовать операцию присваивания. Эта особенность делает программу компактнее, “красивее”, но в то же время усложняет её. Поэтому для начинающих эту возможность можно не использовать и программировать в более простом стиле. Например:
int main()
{ cout<<" h SUM ";
// профессиональный стиль
float h=3, SUM=0;
while ((h –= 0.5)>0)
{ SUM+=h;
printf("\n %5.1f %6.2f",h,SUM);
}
// или более простой вариант в стиле Pascal
h=3; h –= 0.5; // или h=2.5
SUM=0;
cout<<"\n----Pascal---";
while (h>0)
{ SUM+=h;
printf("\n %5.1f %6.2f",h,SUM);
h –= 0.5;
}
getch(); return 0;
}
Второй, более простой, вариант помогает понять, как работает цикл, если используется присваивание в выражении для while.
· В теле цикла может не быть никаких операторов. Например,
char ch; while ((ch=getchar()) != ‘.’);
вводит с клавиатуры символы, пока не введём символ “.” (точку). Внутренние скобки нужны, так как операция присваивания имеет меньший приоритет, чем сравнение.
П р и м е р. Ввести координаты последовательности точек плоскости, то есть последовательность пар чисел x,y, каждая из которых определяет точку плоскости. Ввод и обработка прекращается, если введём x=0 и y=0. Найти K1 — количество точек первой четверти и K2 — количество точек 3-й четверти.
1–й вариант программы:
float x,y; int K1=0, K3=0;
cin>>x>>y; // Ввод координат первой точки вне цикла
while (!(x==0 && y==0))
{ if (x>=0 && y>=0) K1++;
else if (x<=0 && y<=0) K3++;
cin>>x>>y; // Ввод координат точек внутри цикла
}
cout<<"K1="<<K1<<" K3="<<K3;
Во 2-м варианте используется так называемый вечный цикл, выход из которого осуществляется с помощью оператора break.
K1=0, K3=0;
while (1)
{ cin>>x>>y;
if(x==0 && y==0)
break; // Выход из цикла,
// то есть управление передаётся на cout
if (x>=0 && y>=0) K1++;
else if (x<=0 && y<=0) K3++;
}
cout<<"K1="<<K1<<" K3="<<K3;
5.2. Оператор цикла do … while c постусловием
Ту же программу напишем с помощью другого оператора цикла:
RES=1;
do
RES*=mult; // или RES=RES*mult;
while (RES< to);
cout<<"\nResult= "<<RES;
Его общий вид такой:
do
{ оператор1;
оператор2;
…
операторN;
}
while (выражение);
Работает оператор следующим образом. Сначала выполняется тело цикла, а затем вычисляется и проверяется значение выражения. Если оно, как и в первом операторе, истинно (не равно нулю), то операторы повторяются. В противном случае цикл прекращается.
В отличие от while повторяющаяся часть обязательно выполнится хотя бы один раз. В нашем примере, даже если введём, например, отрицательное значение to, а mult=2, цикл выполнится один раз, то есть RES станет равным 2, и выйдем из цикла.
Вторая особенность в том, что значения переменных выражения не обязательно надо определять до цикла, это можно сделать внутри его.
Оператор for
Такой оператор есть практически во всех языках программирования, но в C++ он имеет больше возможностей. Например, рассмотрим следующий фрагмент программы для вывода квадратов и кубов чисел от a до b с шагом h:
float a,b,h,x; … x=a;
while (x<b)
{ printf ( “%4.1f %7.2f %10.3f \n”, x, x*x, x*x*x);
x+=h;
}
Его можно записать по–другому:
for (x=a; x<b; x+=h)
printf ( “%4.1f %7.2f %10.3f \n”, x, x*x, x*x*x);
Этот вариант работает аналогично предыдущему с оператором while.
Общий вид оператора цикла for следующий:
for (выражение1; выражение2; выражение3)
{ оператор1;
оператор2;
…
операторK;
}
В первомвыражениизаписываются одна или несколько разделённых запятой операций присваивания для установки начальных значений некоторым переменным (в примере — переменной x). Эта часть выполняется один раз вне данного цикла, то есть в цикле не повторяется. Начальные значения можно определить до оператора for, и тогда выражение1 может отсутствовать, но символ “;” обязательно записывается. Наш цикл можно записать так:
x=a;
for ( ; x<b; x+=h )
…
Второе выражение, как правило, является логическим, но не обязательно, (2.4) и определяет условие, при истинности которого цикл продолжается. Если условий несколько, они соединяются логическими операциями &&, ||, !. Вычисление и проверка этого выражения, в отличие от первого, повторяется каждый раз перед выполнением тела цикла. Поэтому если в самом начале оно ложно, код цикла может вообще не выполняться. Это выражение также может отсутствовать. Cимвол “точка с запятой” в таком случае записывается обязательно. Тогда условие выхода из цикла можно записать внутри тела цикла, а выход осуществляется с помощью break. Для нашего примера это может выглядеть таким образом:
for (x=a; ; x+=h)
{ if (x>=b) break;
printf ( “%4.1f %7.2f %10.3f \n”, x, x*x, x*x*x);
}
С помощью третьего выражения заголовка цикла изменяется значение одной или нескольких переменных. Она, как и вторая часть, повторяется и может также отсутствовать. В последнем случае символ “;” сохраняется, а изменение переменных можно записать в теле цикла. Например:
for ( x=a; x<b; )
{ printf ( “%4.1f %7.2f %10.3f \n”, x, x*x, x*x*x);
x+=h;
}
Отметим другие особенности оператора for.
· Могут отсутствовать все три выражения заголовка цикла. Например, ввод символов с клавиатуры до символа “.” (cм. 5.1) можно записать так:
for ( ; ; )
{ ch=getchar();
if (ch==’.’) break;
}
· Наоборот, может отсутствовать тело цикла. И только в этом случае после заголовка оператора for записывается символ “;”. Это можно использовать, например, для создания задержки:
for (t=0; t<10000; t++);
Тело цикла можно записать в некоторых случаях в третьей части заголовка.
П р и м е р. Суммирование элементов одномерного массива можно выполнить одним из следующих способов:
int a[5]={1, 22, -3, -4, 5}; // объявление и инициализация массива.
/*1 */ int Sum=0; for ( int i=0; i<5; i++ )
Sum=Sum+a[i];
/*2 */ int i, Sum; for ( Sum=0,i=0; i<5; i++ )
Sum+=a[i];
/*3 Здесь отсутствует тело цикла, и только в этом случае в конце заголовка записывается “;”. Важен порядок операторов третьей части. Почему? */
int i, Sum; for ( Sum=0, i=0; i<5; Sum+=a[i] , i++);
/*4 */ int i, Sum; for ( Sum= i=0; i<5; Sum+=a[i++] );
// 5 Отсутствуют все три части заголовка оператора цикла
int Sum=0, i=0;
for (; ; ) { if ( i>=5) break;
Sum+=a[i];
i++;
}
Из приведенных вариантов наиболее простым для понимания и естественным, записанным в стиле языка Pascal, является 1-й вариант, а компактным, профессиональным — вариант 4.
Замечание. Подробно о массивах см. в § 6.
Операторы continue и break
Оператор сontinue пропускает оставшуюся часть тела цикла. В операторах while и do … while он передаёт управление на повторную проверку условия цикла, то есть после него вычисляется и анализируется выражение, записанное после while в скобках, а затем, если оно истинно, продолжается работа цикла.
В случае оператора forвыполняется часть увеличения, затем проверяется условие и, если оно истинно, выполняется тело цикла. Например,
float Sum=0; int K=0;
for (int i=0; i<5; i++)
{ if (a[i]<=0) continue;
Sum+=a[i];
K++;
}
найдёт сумму и количество положительных чисел массива a.
Второй вариант цикла без continue
for (int i=0; i<5; i++)
if (a[i]>0)
{ Sum+=a[i];
K++;
}
позволяет записать противоположное выражение в if. Здесь существенной разницы нет, но иногда один из вариантов проще (см. 6.3). В обоих вариантах обратите внимание на расстановку фигурных скобок!
Оператор break используется, во-первых, для прерывания работы оператора switch (§ 4) и, во-вторых, для выхода из любого из трёх циклов (см. 5.1, вечный цикл).
Пример использования break в операторе for. Определить, есть ли в одномерном массиве число 0. Если есть, вывести “Да” и номер первого нуля, в противном случае вывести “Нет”.
N0=-1;
for (int i=0; i<n; i++)
if (a[i] ==0)
{ N0=i; break;
}
if (N0 == -1)
/* В массиве нет нуля, вышли из цикла после того, когда просмотрели все элементы, то есть когда i<n стало ложным */
cout<<”Нет”;
else
// В массиве был нуль и вышли из цикла с помощью break.
cout<<”Да, номер первого нуля ”<< N0 ;
Задачи и упражнения
1. Сравнить оператор for c аналогичным оператором языка Pascal.
2. Как будет работать оператор в следующих вариантах:
/*6*/ for ( Sum= i=0; i<5; Sum+=a[++i] ) ;
cout<<”\nVariant6 “<<Sum;
/*7*/ for ( Sum=0, i=-1; i<4; Sum+=a[++i] ) ;
cout<<”\nVariant7 “<<Sum;
3. Сравнить несколько вариантов, отличающихся наличием скобок и их расстановкой:
a) for (int I=0; I<n; I++)
if (a[I]>0)
K++;
cout<<”K=”<<K;
b) for (int I=0; I<n; I++)
{ if (a[I]>0)
K++;
}
cout<<”K=”<<K;
c) for (int I=0; I<n; I++)
{ if (a[I]>0)
K++;
cout<<”K=”<<K;
}
d) for (int I=0; I<n; I++)
if (a[I]>0)
{ K++;
cout<<”K=”<<K;
}
e) for (int I=0; I<n; I++)
if (a[I]>0)
K++;
else cout<<”K=”<<K;
4. Запрограммировать простой калькулятор на четыре арифметических действия: сложение, вычитание, умножение, деление.
main()
{ float x, y, res; char c; bool er;
clrscr(); cout<<"For EXIT --- the first number=1000 \n";
while (1)
{ er=false; cout<<"\nThe first number: "; cin>>x;
if (x == 1000) break;
cout<<"Operation: "; cin>>c;
// или c=getchar(); или c=getch(); или c=getche();
cout<<" The second number:"; cin>>y;
switch (c)
{ case '+': res=x+y; break;
case '*':
case '.': res=x*y; break;
case '–':
case '_': res=x-y; break;
case '/': if (y!=0) res=x/y;
else er=true; break;
default: er=true;
} // end of switch
if(er) cout<<" ERROR\n";
else cout<<x<<c<<y<<"="<<res<<endl;
} // end of while
return 0;
}
5. Ввести координаты точек плоскости до тех пор, пока не введем точку с координатами (1000, 1000). Массивы не использовать. Найти количество точек, принадлежащих области из 1-й или 3-й четверти, ограниченной окружностями радиуса 2 и 1 c центром в начале координат.
int main()
{ int k=0; float x,y;
clrscr(); cout<<"x=1000, y=1000 --- exit\n";
cin>>x>>y; // ввод координат первой точки
while ( ! (x == 1000 && y==1000) )
{ if (( x*x+y*y <= 4 && x*x+y*y >= 1) &&
( x>0 && y>0 || x<0 && y<0)) k++;
cin>>x>>y; // ввод координат точек в цикле
}
cout<<k; getch();
return 0;
}
6. Вывести квадраты чисел от 11 до 99 по 10 чисел в строке.
cout<<'\n'; // Вариант 1
for ( int i=11; i<=99; i++)
cout<<i*i<< (i% 10 == 0? '\n' : ' ');
cout<<endl; // Вариант 2
for ( int i=11; i<=99; i++)
printf("%6d%c", i*i, i%10 ==0? '\n':' ');
cout<<endl; // Вариант 3
for (int i=11; i<=99; i++)
{ printf("%6d",i*i);
// if (i%10 = = 0) cout<< '\n'; else cout<<' '); или
if (!(i%10)) cout<< '\n'; else cout<<' ';
}
7. Последовательно ввести значения x, пока не введем 1000. Для каждого из них вычислить r = sin(x), если 0 < x < p; r = x3, если –p <= x < 0; r = x2, если x < –2*p или x > 2*p; r = 0 — в остальных случаях.
#define Pi 3.1459
int main()
{ float x=0,r; cout<<"1000 -- exit"<<endl;
cout<<" x y\n";
while (x!=1000)
{ gotoxy(2, wherey()); cin>>x;
if (x<Pi && x>0) r=sin(x);
else if (x<0 && x>=–Pi ) r=x*x*x;
else if (x<–2*Pi || x>2*Pi) r=x*x;
else r=0;
gotoxy(20, wherey()-1); cout<<r<<endl;
} return 0; }
8. Для заданного n в одном цикле вычислить n! и 2n.
main()
{ clrscr();
long int p=1, fact=1; int n, b=2;
cout<<"n<17 n= "; cin>>n;
for (int i=1; i<=n; i++)
{ p=p*b; fact=fact*i;
}
cout<<b<< " ^ "<<n<<" = "<<p<< endl;
cout<<n<<"! = "<<fact<<endl;
getch(); return 0;
}
9. Найти наибольшую цифру целого десятичного числа:
main()
{ long int a; int e_exit; int maxdig=0;
clrscr(); cout<<"\na="; cin>>a; a=abs(a);
while (a)
{ int d; d = a%10;
if (d>maxdig) maxdig = d;
a = a/10;
}
cout<<"The max digit: "<<maxdig;
getch(); return 0;
}
10. Вычислить бесконечную сумму ряда с заданной точностью:
Считать, что требуемая точность достигнута, если очередное слагаемое по модулю станет меньше, чем заданная точность e.
int main()
{ clrscr(); double x ,y, g, i, e;
cout<<"x="; cin>>x;
cout<<"Epsilon="; cin>>e;
g=y=1.0 / 2.0 * x;
for(i=4; fabs(g)>e; i+=2)
{ g=g*(-1)*x/i; y=y+g;
}
y++; cout<<y;
getch(); return 0;
}
11. Дана программа:
main()
{ clrscr(); long int r=1, a=200, b=2;
do { r*=b; cout<<r<<" ";
} while (r<a);
getch(); return 0; }
а) определить результат работы этой программы;
б) что изменится, если после оператора do удалить фигурные скобки?;
в) проанализировать результат, если изменить порядок операторов
r *= b и cout<<r<<" ";
12. Цикл for(I=10; I>0; I– –) cout << I*I<<” “ записать с помощью следующих операторов: a) while; б) do…while.
13. Для заданного n вычислить
.
14. Вычислить приближенно значение бесконечной суммы
с точностью e, используя следующие операторы: a) for; б) while; в) do … while.
15. Вывести таблицу значений функции y = 
при изменении x от u до v с шагом h = (v – u)/(n – 1), если u, v, n заданы.
16. Для натурального числа найти первую цифру и сумму его цифр.
17. Определить, является ли целое число симметричным, т. е. таким числом, которое одинаково читается слева направо и справа налево (палиндром, перевертыш). Например, числа 123321, 202, 9889, 5555, 8 — палиндромы.
18. Определить, является ли целое число простым.
19. Перевести целое число из десятичной системы счисления в двоичную систему счисления, используя алгоритм деления на 2.
20. Перевести целое число из десятичной системы счисления в шестнадцатеричную, используя алгоритм деления на 16.