全国青少年信息学奥林匹克竞赛（信奥赛）备考实战之循环结构（while循环语句）

在C++编程中，循环结构是控制程序流程的重要工具之一。前面介绍了for循环相关内容，对于for循环来讲，可以明确循环变量的初始值和终值，即可以确定循环的次数，对于循环次数不确定的情况，可以使用while循环来解决，while循环作为最基本的循环结构之一，允许代码在满足特定条件时重复执行。本文将深入探讨C++中while循环的工作原理、语法、实际应用以及一些常见的注意事项。

while循环的基本语法：

while循环是c++的一种基本循环模式。当循环条件成立时，去执行一次循环体，执行完循环体后再判断循环条件是否成立，当循环条件不成立时，就跳出循环，否则就继续执行循环体。while循环的基本语法结构非常简单明了：

while (condition) {
    // 循环体：当condition为true时，这些语句会被重复执行
}

其中，condition：这是一个布尔表达式，在每次循环迭代之前都会判断这个表达式，如果表达式的结果为true，则执行循环体中的语句；如果为false，则跳出循环。循环体：包含一组要重复执行的语句。这些语句被大括号{}包围（如果循环体只包含一条语句，那么可以将{}省略）。

while循环的工作原理：

首先会进行初始化：在while循环之前，通常会进行一些初始化操作（虽然这不是必须的，因为初始化可以在循环之前单独进行）；其次进行条件判断：判断while循环的条件表达式。如果条件为true，则执行循环体，循环体执行完之后再进行条件表达式的判断，决定是否继续执行循环体；如果条件为false，则跳出循环，继续执行循环之后的代码。

while循环的示例：

下面是一个简单的例子，演示如何使用while循环来计算1到10的总和，具体程序代码如下：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
    int sum = 0;//首先定义和变量sum，并初始化为0 
    int i = 1;//定义循环变量i并初始化为1 
    while (i <= 10) {//判断i是否小于等于10 
        sum += i;//如果i小于等于10，则将i累加到和变量sum中 
        i++;//i进行更改，自增成为下一个数，例如刚开始i为1，将1累加到sum中之后，i需要变成2 
    }
    cout << "Sum of numbers from 1 to 10 is: " << sum << endl;
    return 0;
}

在这个例子中，首先定义一个和变量sum并初始化为0，循环变量i的初始值为1。循环条件是i <= 10，循环体内，将i的值加到sum上，然后将i递增1。当i大于10时，循环终止，程序输出总和。

while循环的注意事项

避免无限循环：确保循环条件最终会变为false，否则会导致无限循环，通常称为"死循环"。无限循环会消耗系统资源，可能导致程序崩溃或系统无响应。例如以下程序代码：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main() {
    while (1) { 
        cout<<'#'; 
    }
    return 0;
}

while循环里面的条件表达式恒为True，在循环体里面没有提前结束循环的break语句，因此会一直不断输出'#'，陷入了无限循环中，程序无法停止。

初始化：虽然while循环本身不包含初始化语句，但确保在循环前正确初始化所有需要的变量是很重要的。

更新循环变量：在循环体中更新循环变量，以确保循环能够正确终止。

可读性：对于复杂的循环条件，使用括号和适当的空格来提高代码的可读性。

实战训练—角谷猜想：

问题描述：

所谓角谷猜想，是指对于任意一个正整数，若是奇数，则乘以3加1，若是偶数，则除以2。得到的结果再按照上述规则重复处理，最终总能得到1。例如假定初始整数为5,每步计算的结果分别为16,8,4,2,1。程序要求输入一个正整数,将得到1的过程输出来。

输入格式：

一行一个正整数n（n<=20000000）。

输出格式：

从输入正整数到1的步骤,每一步为一行，每一步中描述计算过程。最后一行输出End。如果输入1,那么直接输出End。

输入输出样例：

问题分析：

对于任意一个输入的正整数，按照奇偶性的不同做不同的处理，然后重读执行这一过程，直到结果为1，到底需要循环多少次，没有一个确定的值来表示次数，只需要判断结束的条件（结果不是1），循环就要继续执行下去，所以使用while循环来解决此问题；其次当输入的正整数可能达到2000000时，需要考虑整数类型的范围，为了防止在运算过程中出现溢出的情况，提高代码的健壮性和可移植性，将n的类型修改为long long类型。具体程序代码如下：

#include<bits/stdc++.h>
using namespace std;
int main(){
    long long n;//首先定义正整数变量n 
    cin>>n;//输入n的值 
    while(n>1){//只要n大于1 
        long long tmp;//定义临时变量tmp存储对n计算之后的值 
        if(n%2==0){//如果n为偶数 
	     tmp = n/2;//n为偶数，则执行n除以2 
            cout<<n<<'/'<<2<<'='<<tmp<<endl;//输出n为偶数的计算过程 
            n=tmp;//修改n为计算之后的值 
        }else if(n%2==1){//如果n为奇数 
            tmp = n*3+1;//n为奇数，则执行n乘以3加1 
            cout<<n<<'*'<<3<<'+'<<1<<'='<<tmp<<endl;//输出n为奇数的计算过程 
            n=tmp;//修改n为计算之后的值 
        }
    }
    cout<<"End"<<endl;//最后输出End，如果n的输入值为1，那么不执行while循环，直接输出End 
    return 0;
}