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循環

有時，我們需要做一件事很多遍，為了不寫過多重複的代碼，我們需要循環。

有時，循環的次數不是一個常量，那麼我們無法將代碼重複多遍，必須使用循環。

for 語句

以下是 for 語句的結構：

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for (初始化; 判斷條件; 更新) {
  循環體;
}

執行順序：

e.g. 讀入 n 個數：

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for (int i = 1; i <= n; ++i) {
  cin >> a[i];
}

for 語句的三個部分中，任何一個部分都可以省略。其中，若省略了判斷條件，相當於判斷條件永遠為真。

while 語句

以下是 while 語句的結構：

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while (判斷條件) {
  循環體;
}

執行順序：

e.g. 驗證 3x+1 猜想：

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while (x > 1) {
  if (x % 2 == 1) {
    x = 3 * x + 1;
  } else {
    x = x / 2;
  }
}

do...while 語句

以下是 do...while 語句的結構：

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do {
  循環體;
} while (判斷條件);

執行順序：

與 while 語句的區別在於，do...while 語句是先執行循環體再進行判斷的。

e.g. 枚舉排列：

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do {
  // do someting...
} while (next_permutation(a + 1, a + n + 1));

三種語句的聯繫

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// for 語句

for (statement1; statement2; statement3) {
  statement4;
}

// while 語句

statement1;
while (statement2) {
  statement4;
  statement3;
}

在 statement4 中沒有 continue 語句（見下文）的時候是等價的，但是下面一種方法很少用到。

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// while 語句

statement1;
while (statement2) {
  statement1;
}

// do...while 語句

do {
  statement1;
} while (statement2);

在 statement1 中沒有 continue 語句的時候這兩種方式也也是等價的。

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while (1) {
  // do something...
}

for (;;) {
  // do something...
}

這兩種方式都是永遠循環下去。（可以使用 break（見下文）退出。）

可以看出，三種語句可以彼此代替，但一般來説，語句的選用遵守以下原則：

  1. 循環過程中有個固定的增加步驟（最常見的是枚舉）時，使用 for 語句；
  2. 只確定循環的終止條件時，使用 while 語句；
  3. 使用 while 語句時，若要先執行循環體再進行判斷，使用 do...while 語句。一般很少用到，常用場景是用户輸入。

break 與 continue 語句

break 語句的作用是退出循環。

continue 語句的作用是跳過循環體的餘下部分。下面以 continue 語句在 do...while 語句中的使用為例：

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do {
  // do something...
  continue;  // 等價於 goto END;
// do something...
END:;
} while (statement);

break 與 continue 語句均可在三種循環語句的循環體中使用。

一般來説，break 與 continue 語句用於讓代碼的邏輯更加清晰，例如：

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// 邏輯較為不清晰，大括號層次複雜

for (int i = 1; i <= n; ++i) {
  if (i != x) {
    for (int j = 1; j <= n; ++j) {
      if (j != x) {
        // do something...
      }
    }
  }
}

// 邏輯更加清晰，大括號層次簡單明瞭

for (int i = 1; i <= n; ++i) {
  if (i == x) continue;
  for (int j = 1; j <= n; ++j) {
    if (j == x) continue;
    // do something...
  }
}

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// for 語句判斷條件複雜，沒有體現「枚舉」的本質

for (int i = l; i <= r && i % 10 != 0; ++i) {
  // do something...
}

// for 語句用於枚舉，break 用於「到何時為止」

for (int i = l; i <= r; ++i) {
  if (i % 10 == 0) break;
  // do something...
}

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// 語句重複，順序不自然

statement1;
while (statement3) {
  statement2;
  statement1;
}

// 沒有重複語句，順序自然

while (1) {
  statement1;
  if (!statement3) break;
  statement2;
}
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