4.3 循環

循環就是重復執行語句。這個技術使用起來非常方便，因為可以對操作重復任意多次（數千次，甚至數百萬次），而不必每次都編寫相同的代碼。

舉一個簡單例子，下面的代碼計算一個銀行賬戶在10年后的金額，假定支付每年的利息，且該賬戶沒有其他款項的存?。?/p>

        double balance = 1000;
        double interestRate = 1.05; // 5% interest/year
        balance ＊= interestRate;
        balance ＊= interestRate;
        balance ＊= interestRate;
        balance ＊= interestRate;
        balance ＊= interestRate;
        balance ＊= interestRate;
        balance ＊= interestRate;
        balance ＊= interestRate;
        balance ＊= interestRate;
        balance ＊= interestRate;

將相同代碼編寫10次很費時間，如果把10年改為其他值，又會如何？那就必須把該代碼行手工復制需要的次數，這是一件多么痛苦的事！幸運的是，完全不必這樣做。使用一個循環就可以對指令執行需要的次數。

循環的另一種重要類型是一直循環到給定的條件滿足為止。這些循環比上面描述的循環稍簡單些（但同樣很有用），所以首先從這類循環開始介紹。

4.3.1 do循環

do循環以下述方式執行：執行標記為循環的代碼，然后進行一個布爾測試，如果測試結果為true，就再次執行這段代碼，并重復這個過程。當測試結果為false時，就退出循環。

do循環的結構如下：

        do
        {
          <code to be looped>
        } while (<Test>);

其中，計算<Test>會得到一個布爾值。

例如，使用該結構可以把從1到10的數字輸出到一列：

        int i = 1;
        do
        {
          WriteLine("{0}", i++);
        } while (i <= 10);

在把i的值寫到屏幕上后，使用后綴形式的++運算符遞增i的值，所以需要檢查一下i <= 10，把10也包含在輸出到控制臺的數字中。

下面的示例使用這個結構略微修改一下本節前面的代碼。該段代碼計算一個賬戶在10年后的余額。這次使用一個循環，根據起始的金額和固定利率，計算該賬戶的金額需要多少年才能達到某個指定的數額。

試一試：使用do循環：Ch04Ex04\Program.cs

（1）在目錄C:\BegVCSharp\Chapter04創建一個新的控制臺應用程序Ch04Ex04。

（2）把下述代碼添加到Program.cs中：

        static void Main(string[] args)
        {
          double balance, interestRate, targetBalance;
          WriteLine("What is your current balance? ");
          balance = ToDouble(ReadLine());
          WriteLine("What is your current annual interest rate (in %)? ");
          interestRate = 1 + ToDouble(ReadLine()) / 100.0;
          WriteLine("What balance would you like to have? ");
          targetBalance = ToDouble(ReadLine());
          int totalYears = 0;
          do
          {
              balance ＊= interestRate;
              ++totalYears;
          }
          while (balance < targetBalance);
          WriteLine($"In {totalYears} year{(totalYears == 1 ? "": "s")}
                    you'll have a balance of {balance}.");
          ReadKey();
        }

（3）執行代碼，輸入一些值，示例結果如圖4-4所示。

示例說明

這段代碼利用固定的利率，對年度計算余額的過程重復必要的次數，直到滿足結束條件為止。在每次循環中，遞增一個計數器變量，就可以確定需要多少年：

        int totalYears = 0;
        do
        {
          balance ＊= interestRate;
          ++totalYears;
        }
        while (balance < targetBalance);
        然后就可以將這個計數器變量用作輸出結果的一部分：
        WriteLine($"In {totalYears}
                    year{(totalYears == 1 ? "": "s")}
                    you'll have a balance of {balance}.");

do循環至少執行一次。有時（如這個示例）這并不是很理想。當然，可以添加一條if語句：

        int totalYears = 0;
        if (balance < targetBalance)
        {
          do
          {
              balance ＊= interestRate;
              ++totalYears;
          }
          while (balance < targetBalance);
        }
        WriteLine($"In {totalYears} year{(totalYears == 1 ? "": "s")} " +
                $"you'll have a balance of {balance}.");

這顯然無謂地增加了復雜性。更好的解決方案是使用while循環。

4.3.2 while循環

while循環非常類似于do循環，但有一個明顯區別：while循環中的布爾測試在循環開始時進行，而不是最后進行。如果測試結果為false，就不會執行循環。程序會直接跳轉到循環之后的代碼。

按下述方式指定while循環：

        while (<Test>)
        {
          <code to be looped>
        }

使用方式幾乎與do循環完全相同，例如：

        int i = 1;
        while (i <= 10)
        {
          WriteLine($"{i++}");
        }

這段代碼的執行結果與前面的do循環相同，它在一列中輸出從1到10的數字。下面使用while循環修改上一個示例。

試一試：使用while循環：Ch04Ex05\Program.cs

（1）在目錄C:\BegVCSharp\Chapter04中創建一個新的控制臺應用程序Ch04Ex05。

（2）修改代碼，如下所示（使用Ch04Ex04中的代碼作為起點，記住刪除原來do循環最后的while語句）：

        static void Main(string[] args)
        {
          double balance, interestRate, targetBalance;
          WriteLine("What is your current balance? ");
          balance = ToDouble(ReadLine());
          WriteLine("What is your current annual interest rate (in %)? ");
          interestRate = 1 + ToDouble(ReadLine()) / 100.0;
          WriteLine("What balance would you like to have? ");
          targetBalance = ToDouble(ReadLine());
          int totalYears = 0;
          while (balance < targetBalance)
          {
              balance ＊= interestRate;
              ++totalYears;
          }
          WriteLine($"In {totalYears} year{(totalYears == 1 ? "": "s")} " +
                  $"you'll have a balance of {balance}.");
              if (totalYears == 0)
                WriteLine(
                  "To be honest, you really didn't need to use this calculator.");
          ReadKey();
        }

（3）再次執行代碼，但這次使用少于起始余額的目標余額，如圖4-6所示。

示例說明

這段代碼只是把do循環改為while循環，就解決了上個示例中的問題。把布爾測試移到開頭處，就考慮了不需要執行循環的情況，可以直接跳轉到輸出結果。

當然，這種情況還有一個解決方案。例如，可以檢查用戶輸入，確保目標余額大于起始余額。此時，可以把用戶輸入部分放在循環中，如下所示：

        WriteLine("What balance would you like to have? ");
        do
        {
          targetBalance = ToDouble(ReadLine());
          if (targetBalance <= balance)
              WriteLine("You must enter an amount greater than " +
                      "your current balance! \nPlease enter another value.");
        }
        while (targetBalance <= balance);

這將拒絕接受無意義的值，得到如圖4-7所示的結果。

在設計應用程序時，用戶輸入的有效性檢查是一個很重要的主題，本書將列舉更多這方面的示例。

4.3.3 for循環

本章介紹的最后一類循環是for循環。這類循環可以執行指定的次數，并維護它自己的計數器。要定義for循環，需要下列信息：

● 初始化計數器變量的一個起始值。

● 繼續循環的條件，應涉及計數器變量。

● 在每次循環的最后，對計數器變量執行一個操作。

例如，如果要在循環中，使計數器從1遞增到10，遞增量為1，則起始值為1，條件是計數器小于或等于10，在每次循環的最后，要執行的操作是給計數器加1。

這些信息必須放在for循環的結構中，如下所示：

        for (<initialization>; <condition>; <operation>)
        {
          <code to loop>
        }

它的工作方式與下述while循環完全相同：

        <initialization>
        while (<condition>)
        {
          <code to loop>
          <operation>
        }

前面使用do和while循環輸出了從1到10的數字。下面看看如何使用for循環完成這個任務：

        int i;
        for (i = 1; i <= 10; ++i)
        {
          WriteLine($"{i}");
        }

計數器變量是一個整數i，它的初始值是1，在每次循環的最后遞增1。在每次循環過程中，把i的值寫到控制臺。

注意，當i的值為11時，將執行循環后面的代碼。這是因為在i等于10的循環末尾，i會遞增為11。這是在測試條件i <= 10之前發生的，此時循環結束。與while循環一樣，在第一次執行前，只在條件計算為true時才執行for循環，所以可能根本就不會執行循環中的代碼。

最后注意，可將計數器變量聲明為for語句的一部分，重新編寫上述代碼，如下所示：

        for (int i = 1; i <= 10; ++i)
        {
          WriteLine($"{i}");
        }

但如果這么做，就不能在循環外部使用變量i （參見第6章中的“變量的作用域”一節）。

4.3.4 循環的中斷

有時需要更精細地控制循環代碼的處理。C#為此提供了以下命令：

● break—— 立即終止循環。

● continue——立即終止當前的循環（繼續執行下一次循環）。

● return—— 跳出循環及包含該循環的函數（參見第6章）。

break命令可退出循環，繼續執行循環后面的第一行代碼，例如：

        int i = 1;
        while (i <= 10)
        {
          if (i == 6)
              break;
          WriteLine($"{i++}");
        }

這段代碼輸出1-5的數字，因為break命令在i的值為6時退出循環。

continue僅終止當前迭代，而不是整個循環，例如：

        int i;
        for (i = 1; i <= 10; i++)
        {
          if ((i % 2) == 0)
              continue;
          WriteLine(i);
        }

在上面的示例中，只要i除以2的余數是0, continue語句就終止當前的迭代，所以只顯示數字1、3、5、7和9。

4.3.5 無限循環

在代碼編寫錯誤或故意進行設計時，可以定義永不終止的循環，即所謂的無限循環。例如，下面的代碼就是無限循環的一個簡單例子：

        while (true)
        {
          // code in loop
        }

有時這種代碼也是有用的，而且使用break語句或者手工使用Windows任務管理器總是可以退出這樣的循環。但當出現這種情形意外時，就會出問題。考慮下面的循環，它與上一節的for循環非常類似：

        int i = 1;
        while (i <= 10)
        {
          if ((i % 2) == 0)
              continue;
          WriteLine($"{i++}");
        }

i是在循環的最后一行代碼（即continue語句后的那條語句）執行完后才遞增的。如果程序執行到continue語句（此時i為2），程序會用相同的i值進行下一個循環，然后測試這個i值，繼續循環，一直這樣下去。這就凍結了應用程序。注意仍可以用一般方式退出已凍結的應用程序，所以不必重新啟動計算機。