Оператор пошагового цикла for

Предназначен для реализации в программе полного варианта цикла с параметром – формирование начального и последующих значений параметра цикла, проверка каждого из них на соответствие диапазону изменения с реализацией тела цикла, если условие выполняется, и выходу из цикла в случае его невыполнения.

Структура оператора

for( [нач_выр] ; [усл_выр] ; [выр_прир] )

{

тело

цикла

}

где for – ключевое слово (для);

нач_выр – выражение, задающее начальное значение параметра цикла;

усл_выр – выражение, определяющее проверку условия повторения цикла;

выр_прир – выражение, формирующее текущее значение параметра цикла через предыдущее;

; – разделители выражений;

( ) – ограничители выражений;

[ ] – признак необязательности содержимого;

тело цикла – совокупность операторов, выполнение которых требуется повторять;

{ } – ограничители тела цикла.

Оператор, при наличии всех составляющих, выполняется следующим образом:

· определяется начальное значение параметра цикла (нач_выр);

· проверяется его соответствие диапазону счета (усл_выр);

· если выражение усл_выр истинно (результат не равен нулю):

– выполняется тело цикла;

– формируется новое текущее значение параметра (выр_прир);

– повторяется его проверка в усл_выр;

· если усл_выр ложно (результат равен нулю):

– выполнение оператора цикла прекращается;

– управление передается следующему после тела цикла оператору (осуществляется завершение цикла).

Схема выполнения оператора

for( нач_выр ; усл_выр ; выр_прир )

ЛОЖЬ ИСТИНА

{

тело

цикла

}

Правила записи и выполнения

1. В качестве начального выражения (нач_выр) используются одно простое (последовательное) или несколько (разделенных запятыми) присваиваний, например xi = xn (a=b=c=1.) или xi = xn, y=0., z=2.5, a=b=c=1.

2. Если начальное выражение отсутствует, начальное значение параметра цикла будет определяться содержимым соответствующей переменной (xi). Например, сформированным до входа в цикл:

xi = xn; /* формирование начального значения */

for( ; xi <= xk; xi = xi + dx )

{

. . .

yi = sin( xi );

. . .

}

3. В качестве усл_выр могут использоваться любые выражения Си. Арифметические, например ( sin( b ) + 0.5 ), ( 2*c - d / f ), (a) или простые (составные) логические выражения, например ( а != b ), ( sin( x ) < b ), ( x <= a && x >= b ).

4. Если условное выражение отсутствует, его значение считается истинным – создается бесконечный цикл.

ü Внимание ! Выход из такого цикла невозможен – требуется перезагрузка операционной системы.

Один из вариантов предотвращения подобной ситуации заключается в формировании в теле цикла отрицания условного выражения в виде оператора if со структурой, например if(усл_выр) break;

Реальное использование иллюстрируется фрагментами:

5. В качестве выражения приращения (выр_прир) используются одно или несколько (разделенных запятыми) присваиваний вида x_i = j ( x_{i - 1} ), например xi = xi + dx или xi = xi + dx , b=b+2.

6. Если выр_прир отсутствует, текущее значение параметра цикла будет определяться содержимым соответствующей переменной (xi). Если оно не меняется – создается бесконечный цикл.

ü Внимание ! Выход из такого цикла невозможен – требуется перезагрузка операционной системы.

Один из вариантов предотвращения подобной ситуации – формирование закона изменения параметра в теле цикла, например:

for( xi = xn ; xi <= xk ; ) /* заголовок цикла */

{

. . .

yi = sin( xi );

. . .

xi = xi + dx; /* закон изменения параметра*/

}

7. В принципе, нач_выр и выр_прир могут формироваться вне заголовка цикла. Первое – до него, второе – в теле цикла, например:

xi = xn; /* формирование начального значения параметра */

for( ; xi <= xk ; ) /* заголовок цикла */

{

. . .

yi = sin( xi );

. . .

xi = xi + dx; /* закон изменения параметра*/

}

В этом случае оператор for выполняет функции оператора while.

8. Тело цикла оформляется одним оператором (составным или простым).

9. В теле цикла возможно использование специальных операторов break, goto, continue, обеспечивающих искусственный (принудительный) выход из цикла. Оператор break прекращает выполнение цикла и передает управление оператору, записанному непосредственно под телом цикла. Оператор goto m организует выход из цикла с передачей управления оператору, помеченному его меткой. Оператор continue прерывает выполнение тела цикла и возвращает управление заголовку цикла, например:

for( ai=an ; ai > b ; ai= ai + da ) { . . . if( c < ai ) break; . . . } d = 15.;

for( ai=an ; ai > b ; ai= ai + da ) { . . . if( c < ai ) goto k; . . . } d = 15.; . . . k: d=12.;

for( ai=an ; ai > b ; ai= ai + da ) { . . . if( c < ai ) continue; . . . } d = 15.;

Первый фрагмент предписывает искусственный выход из цикла при выполнении в теле цикла условия c < ai с передачей управления оператору d = 15. Второй – нарушает естественный порядок вычисления тела цикла при c < ai с передачей управления оператору d=12., помеченному меткой k. Третий прерывает выполнение тела цикла по тому же условию, но управление возвращается заголовку цикла.

10. В теле цикла возможно использование других (вложенных) операторов цикла.

Вывод: оператор for позволяет программировать арифметические циклы с параметром, например, представленные схемами рис. 5.6 (блоки 4, 5, 6, 7); рис. 5.7в (блоки 4, 5, 6). При этом задание начального значения параметра, его проверка на соответствие диапазону счета и изменение осуществляются в заголовке цикла (блок 4).

Рассмотренные операторы цикла позволяют реализовать составленные ранее схемы алгоритмов.

ü Внимание ! Используемые в алгоритме переменные З_i и З_i-1 математически представляют текущие и предыдущее значения одной и той же переменной. Поэтому в программе они должны идентифицироваться как одна именованная ячейка (переменная).

Идентификация переменных с учётом сказанного имеет вид табл. 5.2.

Таблица 5.2

Составим возможные варианты программ решения задачи с каждым из рассмотренных операторов цикла.

Программа по алгоритму цикла с предусловием

Анализ алгоритмов, выполненных в виде цикла с предусловием (рис. 5.4, 5.7а) и структур операторов цикла, позволяет сделать вывод, что программирование возможно только с while. Вариант программы имеет вид:

/* Программа с использованием цикла с предусловием */

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h> /* директивы */

#include <math.h> /* препроцессора */

main() /* заголовок основной функции */

{

float zn,zi,zk,dz,pn,nali; /* описание вещественных переменных */

int n; /* описание целой переменной */

scanf("%4f%5f%4f%3f",&zn,&zk,&dz,&pn); /* ввод переменных */

printf(" zn=%6.2f zk=%7.2f dz=%6.2f pn=%5.2f\n",zn,zk,dz,pn);

zi=zn; /* формирование начального значения параметра цикла */

while( zi<=zk ) /* заголовок цикла */

{

nali=(zi*pn)/100.; /* вычисление текущего значения налога */

printf(" %10.2f %10.2f\n",zi,nali); /* печать zi, nali */

zi=zi+dz; /* формирование текущего значен`ия параметра цикла */

}

n=(zk-zn)/dz+1; /* оператор, следующий за циклом */

printf(" N=%2d\n",n);

}

842.2500.100.12.

Под телом программы расположена строка численных значений вводимых переменных.

Программа по алгоритму цикла с постусловием

Анализ алгоритмов, выполненных в виде цикла с постусловием (рис. 5.5, 5.7б) и структур операторов цикла, позволяет сделать вывод, что программирование возможно только с do ... while. Вариант программы имеет вид:

/* Программа с использованием цикла с постусловием */

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h> /* директивы */

#include <math.h> /* препроцессора */

main() /* заголовок основной функции */

{

float zn,zi,zk,dz,pn,nali; /* описание вещественных переменных */

int n; /* описание целой переменной */

scanf("%4f%5f%4f%3f",&zn,&zk,&dz,&pn); /* ввод переменных */

printf(" zn=%6.2f zk=%7.2f dz=%6.2f pn=%5.2f\n",zn,zk,dz,pn);

zi=zn; /* формирование начального значения параметра цикла */

do /* начало цикла */

{

nali=(zi*pn)/100.; /* вычисление текущего значения налога */

printf(" %10.2f %10.2f\n",zi,nali); /* печать zi, nali */

zi=zi+dz; /* формирование текущего значения параметра цикла */

}

while( zi<=zk ); /* проверка условия повторения цикла */

n=(zk-zn)/dz+1; /* оператор, следующий за циклом */

printf(" N=%2d\n",n);

}

842.2500.100.12.

Под телом программы расположена строка численных значений вводимых переменных.

Программа по алгоритму цикла с параметром

Анализ алгоритмов, выполненных в виде цикла с параметром (рис. 5.6, 5.7в) и структур операторов цикла, позволяет сделать вывод, что программирование возможно только с for. Вариант программы имеет вид:

/* Программа с использованием пошагового цикла */

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h> /* директивы */

#include <math.h> /* препроцессора */

main() /* заголовок основной функции */

{

float zn,zi,zk,dz,pn,nali; /* описание вещественных переменных */

int n; /* описание целой переменной */

scanf("%4f%5f%4f%3f",&zn,&zk,&dz,&pn); /* ввод переменных */

printf(" zn=%6.2f zk=%7.2f dz=%6.2f pn=%5.2f\n",zn,zk,dz,pn);

for(zi=zn;zi<=zk;zi=zi+dz) /* заголовок цикла */

{

nali=(zi*pn)/100.; /* тело */

printf(" %10.2f %10.2f\n",zi,nali); /* печать zi, nali */

}

n=(zk-zn)/dz+1; /* оператор, следующий за циклом */

printf(" N=%2d\n",n);

}

842.2500.100.12. - численные значения вводимых переменных.

Циклы с табличным заданием аргумента

К классу циклических процессов с табличным заданием (изменением) аргумента относятся вычислительные процессы вида

y_i = f(x_i)

при задании аргумента конкретными численными значениями

x₁, x₂, . . . , x_i, . . . , x_m.

В математике такая последовательность переменных называется одномерным массивом.

Массив – упорядоченная совокупность однородных элементов (данных), имеющих одно имя и разные индексы.

Каждый массив (матрица) характеризуется тремя параметрами:

· именем;

· размерностью (количеством измерений);

· размером.

Имя – основная часть обозначения массива (каждого его элемента). В качестве имени массива в математике, как правило, используются заглавные буквы, например: A, X, B. Элементы массива обозначают строчными буквами с индексами, например: a₁, x_k, b_{i j}, y_{k 8}, z_{k p t}.

Размерность – число измерений (направлений изменения) массива. Размерность определяет количество индексов у каждого элемента массива.

Одномерный массив имеет одно направление изменения, а каждый элемент – один индекс. Если измерений больше одного, массив относится к многомерным. Большинство из многомерных массивов – двумерные и трёхмерные.

Двумерный массив можно представить в виде таблицы (матрицы), при этом первое измерение определяет строку, второе – столбец. Каждый элемент двумерного массива имеет два индекса. Первый задает номер строки, второй – номер столбца элемента в таблице.

Трехмерный массив – последовательная совокупность одинаковых по структуре таблиц (страниц). Следовательно, каждый элемент такого массива имеет три индекса, первый из которых определяет номер страницы, второй – номер строки, третий – номер столбца, где расположен элемент.

В качестве индексов элементов могут использоваться числа, переменные и арифметические выражения целого типа, например: 8, i, j+2. Поэтому обозначения элементов одномерного массива X – x₁, x_j, x_j+2; двумерного Y – y_{2 6}, y_{i j}, y_{k j+3}; трехмерного Z – z _{2 6 4}, z _{i j k}, z _{i j+6 k-4}.

Размер – величина, определяющая максимальное количество элементов массива.

В математике размер записывается в круглых скобках после имени массива и указывается отдельно по каждому измерению. Для многомерных (двумерных и трехмерных) массивов последовательность указания размеров аналогична рассмотренной для индексов. Для указания размера могут использоваться числа и переменные целого типа.

Например, обозначения Y(7), X(m) определяют одномерные массивы Y и X размером 7 и m элементов соответственно. Двумерный массив D, состоящий из 20 строк и 30 столбцов, обозначается как D(20х30). Его размер определяет число элементов (20х30=600) в массиве. Двумерный массив Z из m строк и n столбцов обозначается как Z(mхn), а его размер вычисляют как произведение указанных величин. Трехмерный массив S из десяти страниц с пятью строками и пятнадцатью столбцами на каждой обозначается как S(10х5х15), т.е. состоит из 10х5х15=750 элементов.

Следовательно, в рассматриваемой задаче вычисления y_i = f(x_i) табличное задание аргумента соответствует одномерному массиву X(m) с именем X и размером m, текущий элемент которого обозначается x_i.

Структура – совокупность разнотипных элементов.

Поэтому программирование задачи начинается с определения принадлежности используемых данных к массиву или структуре. В большинстве случаев элементы приводятся к одному типу, что позволяет объединить их в языке Си понятием массив. Обязательными условиями работы с массивом или его элементами (элементом) являются:

· описание массива;

· обозначение элементов.