My Journey of Reflection: CAPL 编程系列教程 - 第十三期：循环结构 (第一部分)

CAPL 编程系列教程的第十三期内容，开始讲解 CAPL 中的循环结构，本期重点是 while 循环和 do-while 循环，以及循环控制关键字 break 和 continue。

CAPL 编程系列教程 - 第十三期：循环结构 (第一部分) - while 与 do-while

一、课程回顾与本期目标

回顾: 前面学习了 CAPL 的基础语法，包括数据类型、变量、运算符和分支结构 (if, switch)。
循环结构: 程序流程控制的另一种重要方式，用于重复执行某段代码块。
本期目标: 学习 CAPL 中的 while 和 do-while 循环语句，以及如何在循环中使用 break 和 continue 控制流程。

二、 while 循环语句

语法:

Code snippet

while (condition) {
    // Loop body statements
    // (需要包含能改变 condition 的逻辑，以避免死循环)
}

关键字: while (当...的时候)。
条件表达式 (condition):
- 放在 while 后的小括号 () 内。
- 决定是否执行或继续执行循环体。
- 求值规则同 if：非零即真。
- 可以是关系、逻辑或任何有效表达式。
循环体 (Loop Body):
- 花括号 {} 内的语句块。
- 如果只有一条语句，花括号可省略（但不推荐）。
执行逻辑 (先判断，后执行):
- ① 判断条件: 首先判断 condition 是否为真 (非零)。
- ② 执行/跳过:
  - 如果条件为真，则执行循环体内的所有语句。
  - 如果条件为假，则跳过循环体，直接执行 while 循环之后的语句。
- ③ 重复: 执行完循环体后，返回步骤 ①，重新判断条件。
- ④ 结束: 直到某次条件判断为假，循环结束。
重要: 循环体内通常需要包含能够改变条件表达式结果的语句（如 i++），否则如果条件初始为真，将导致死循环 (Infinite Loop)，程序会卡住。

示例 (打印 1 到 3):

Code snippet

int i = 1;
while (i <= 3) {
    write("i 的值为: %d", i);
    i++; // 改变 i 的值，使条件最终能变为假
}
write("程序结束了");

注意: while (i <= 3) 这个条件实际判断了 4 次（i=1, 2, 3 时为真，i=4 时为假并退出）。

三、 do-while 循环语句

语法:

Code snippet

do {
    // Loop body statements
} while (condition); // <-- 注意末尾的分号

关键字: do 和 while。
执行逻辑 (先执行，后判断):
- ① 执行循环体: 首先无条件地执行一次 do 后面的花括号 {} 内的循环体语句。
- ② 判断条件: 执行完循环体后，再判断 while 后面括号 () 内的 condition 是否为真。
- ③ 重复/结束:
  - 如果条件为真，则返回步骤 ①，再次执行循环体。
  - 如果条件为假，则循环结束，执行 do-while 之后的语句。
特点: 循环体至少会执行一次，即使初始条件就不满足。
末尾分号: while (condition) 后面必须有一个分号 ;。

示例 (打印 0 到 4):

Code snippet

int j = 0;
do {
    write("j 的值为: %d", j);
    j++;
} while (j < 5);
write("程序结束了");

与 while 的对比 (初始条件不满足时):
- i = 100; while (i <= 3) { ... } -> 循环体一次都不执行。
- j = 100; do { ... } while (j < 5); -> 循环体执行一次（会输出 "j 的值为: 100"），然后条件判断为假，循环结束。

四、循环应用示例

计算 1 到 100 的和:

Code snippet

int i = 1;
int sum = 0;
while (i <= 100) {
    sum += i; // 等价于 sum = sum + i;
    i++;
}
write("总和为: %d", sum); // 输出 5050

计算 1 到 100 的偶数和:

Code snippet

int i = 2; // 从第一个偶数开始
int sum = 0;
while (i <= 100) {
    sum += i;
    i += 2; // 每次增加 2，跳到下一个偶数
}
write("偶数和为: %d", sum); // 输出 2550

输出 1-100 间能被 7 整除或以 7 结尾的数 (循环嵌套 if):

Code snippet

int i = 1;
while (i <= 100) {
    if ( (i % 7 == 0) || (i % 10 == 7) ) { // i%7==0 (能被7整除) 或 i%10==7 (个位是7)
        write("满足条件的数: %d", i);
    }
    i++; // 每次都检查下一个数
}

五、循环控制关键字

作用: 用于在循环体内部更精细地控制循环的执行流程。
break:
- 功能: 立即强制退出当前所在的整个循环（while, do-while, 或后续将学的 for 循环），不再执行循环体内 break 之后的语句，也不再进行后续的条件判断。程序将跳转到循环结构之后的第一条语句继续执行。
- 也可用在 switch 语句中。
- 示例 (找到第一个能整除 N 的数后即停止): 在判断质数的例子中，找到一个因子 i (使得 N % i == 0) 后，输出结果并使用 break 退出 while 循环，避免不必要的后续检查。
continue:
- 功能: 立即结束当前这一轮循环，跳过循环体中 continue 之后的剩余语句，并直接进入下一次循环的条件判断（对于 while 和 do-while）或迭代步进（对于 for 循环）。
- 只能用在循环体中。
- 示例 (打印 1-10 但跳过 7):
  Code snippet
  int i = 0; while (i < 10) { i++; if (i == 7) { continue; // 当 i 等于 7 时，跳过下面的 write 语句，直接开始下一次循环判断 } write("i 的值为: %d", i); // 输出 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10 }

六、综合示例：判断质数 (素数)

逻辑: 判断数 N 是否为质数，可以通过检查从 2 到 N-1 之间是否存在能整除 N 的数 i。
- 如果找到任何一个 i 能整除 N (N % i == 0)，则 N 不是质数，可以用 break 提前结束循环。
- 如果循环正常结束（即 i 增长到了 N），说明在 2 到 N-1 之间没有找到因子，则 N 是质数。

实现细节: 需要在循环外部判断循环是因为 break 退出还是正常结束，通常通过比较循环变量 i 的最终值与 N 的关系来确定。

Code snippet

int n = 13; // 要判断的数
int i = 2;
while (i < n) {
    if (n % i == 0) {
        write("%d 不是质数, 能被 %d 整除", n, i);
        break; // 找到因子，退出循环
    }
    i++;
}
// 循环结束后判断退出原因
if (i == n) { // 如果 i 增长到了 n，说明循环是正常结束的
    write("%d 是质数", n);
}

七、总结与后续

本期学习了 while 和 do-while 两种循环结构的区别和用法，以及 break 和 continue 在循环中的作用。
循环是实现重复操作和算法的基础。
下一期将学习另一种常用的循环结构：for 循环。