Организация циклов

Цикл является одной из важнейших алгоритмических структур и представляет собой многократное выполнение последовательности операторов. В программах, связанных с однотипными вычислениями и обработкой массивов данных приходится часто выполнять повторяющиеся действия. С помощью циклов такие действия записываются в компактной форме. При этом один цикл может выполняться внутри другого, т.е. иметь вложенную структуру.

4.1. Организация программ с циклами

Любой цикл в общем случае состоит из тела цикла – одного или нескольких операторов, выполняющихся некоторое количество раз, начальных установок, проверки условия выхода из цикла и модификации параметра цикла - переменной, изменяющейся в цикле и используемой в формировании условия.

В зависимости от местоположения условной операции выделяют две основные схемы операторов цикла: цикл с предусловием (рис. 4.1а) и цикл с постусловием (рис. 4.1б).

а) б)

Рис. 4.1. Блок-схемы циклического алгоритма:

а - цикл с предусловием; б – цикл с постусловием

Первая схема в С⁺⁺ реализуется операторами while и for, а вторая do.

Оператор цикла while имеет вид

while (условие) тело_цикла,

где тело_цикла – блок операторов циклического вычислительного процесса вместе с оператором модификации параметра цикла.

Пример. Сумма n первых чисел натурального ряда.

.......

int n; cin>>n;

int s=0, i=1;

while (i<=n)

{s=s+i; i=i+1;}

cout<<s;

.......

Оператор for удобнее, чем while, так как его заголовок более информативен (содержит все основные параметры цикла). Он имеет следующую форму:

for (инициализация; условие; модификация) операторы

Любая из частей оператора for может быть опущена, но точки с запятой необходимо оставить на своих местах (пустые операторы), причем если отсутствует условие, то результат проверки всегда истинен.

Пример. Вычисление факториала n!.

.......

int n,r=1; cin>>n;

for (int i=1; i<=n; i=i+1)

r=r*i; cout<<"n!="<<r;

.......

Из-за частого применения оператора for для его заголовка было введено специальное графическое обозначение – модификация (см. табл. 2.1). Примером использования модификатора служит блок-схема вычисления факториала n!, приведенная на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Блок-схема вычисления факториала

Оператор do является циклом с постусловием (см. рис. 4.1б) и используется в тех случаях, когда условие формировать в начале итерационного процесса не совсем удобно, а также когда цикл необходимо выполнить хотя бы один раз. Этот цикл имеет следующую форму записи:

do тело_цикла while (условие)

Пример. Вычислить с заданной точностью eps по итерационной формуле y_i=(y_i-1+x/y_i-1)/2 при начальном приближении y₀=1.

.......

double x, eps, y0, y=1;

cin>>x>>eps;

do { y0=y; y=(y0+x/y0)/2;

} while (fabs (y-y0)>=eps);

cout<<y;

.......

В практических задачах часто используются вложенные циклы, т.е. когда один цикл выполняется внутри другого. Во вложенных циклах в соответствии с логикой построения программы можно использовать любые комбинации операторов while, for, do.

В циклических структурах возможно зацикливание (бесконечный цикл) из-за вычислительной неустойчивости алгоритма или его неправильного программирования. Для исключения этой ситуации в операторах цикла на этапе отладки программы необходимо предусмотреть дополнительную проверку на сходимость или достижение заданного предельного числа повторений цикла. Существует два оператора выхода из цикла: goto и break.

Оператор goto идет вразрез с правильным стилем программирования и его в настоящее время использовать не рекомендуется, кроме исключительных случаев, когда без него сложно обойтись.

Обычно выполнение цикла прерывают с помощью оператора break. В результате управление передается оператору, следующему непосредственно за циклом.