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## C++ `do-while` 循环 讲义
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### **1. 引言**
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#### **1.1 问题引入:书本例 4-5 猜数游戏**
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想象一下,让机器人在心里想一个1到100之间的整数,然后让大家来猜。
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* 你每猜一个数,会给你提示:“太大了 (Too large)” 或 “太小了 (Too small)”。
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* 如果你猜中了,它会说:“猜对了 (You are right!!)”。
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* 只要没猜对,你就要一直猜下去。
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这个“一直猜下去”的过程,在编程中应该如何实现呢?
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使用我们**循环**!但用我们之前学过的 `while` 循环,会遇到一个小小的问题。
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`while` 循环的特点是“**先判断,后执行**”。它的逻辑是:
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`while (猜的数 != 答案) { // 让你继续猜 }`
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这里问题就来了:在第一次进入循环,准备进行判断时,你**还根本没有猜过任何数字**!`猜的数` 这个变量里没有有效的值,这个判断也就失去了意义。
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这就引出了我们今天要学习的 `do-while` 循环。它专门用来解决这类“**无论如何,都得先做一次**”的问题。除了猜数游戏,还有很多类似场景:
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* **ATM取款**:你必须先输入一次密码,银行系统才能去验证它是否正确。
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* **游戏菜单**:程序至少要先显示一次菜单(开始游戏、加载存档、退出),你才能进行选择。
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* **输入验证**:程序至少要先让你输入一次,才能判断你的输入是否合规。
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### **2. 核心思想**
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#### **2.1 `while` 循环**
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我们先尝试用 `while` 循环来解决猜数问题,看看会发生什么。
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```cpp
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int main() {
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int ans = 42; // 假设答案是42
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int guess; // 准备存放你猜的数
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// 问题:第一次判断时,guess 是多少?
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while (guess != ans) {
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cout << "请输入你猜的数字: ";
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cin >> guess;
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// ...后续判断大小的逻辑...
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}
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return 0;
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}
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```
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在进入 `while` 的那一刻,`guess` 变量没有被初始化,它里面是一个不确定的值。用一个不确定的值去和 `ans` 比较,结果是完全不可预测的。
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为了让 `while` 循环能跑起来,我们需要做一些妥协,比如在循环外先写一次输入代码,像这样:
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```cpp
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// ...
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int ans = 42;
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int guess;
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cout << "请输入你猜的数字: ";
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cin >> guess; // 在循环外先猜一次
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while (guess != ans) {
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// ...判断大小的逻辑...
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cout << "请再猜一次: ";
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cin >> guess; // 在循环内又写了一遍
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}
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// ...
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```
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但是这样做的话, `cin >> guess;` 这句代码重复了,对于这种先执行,后判断的流程,C++有更加优雅的方式完成。
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#### **2.2 `do-while` **
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`do-while` 循环就是“**先执行,后判断**”。它保证循环体内的代码**至少会被执行一次**。
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它的语法结构如下:
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```cpp
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do {
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// 循环体
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// 这里的代码保证,无论如何都会先被执行一次。
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} while (循环条件); // 注意这里的分号
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```
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* **`do`**:一个关键字,代表循环体开始,并且不管三七二十一,先把 `{}` 里面的代码做一遍!
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* **`{ ... }`**:循环体,和 `while` 循环一样,是需要重复执行的代码。
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* **`while (循环条件);`**:在循环体执行**之后**,才在这里进行条件判断。如果条件为真,就跳回到 `do` 的位置,开始下一次循环;如果为假,则循环结束,继续执行后面的代码。
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#### **2.3 步骤拆解**
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`do-while` 的执行流程我们可以拆解为以下几步:
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1. **无条件执行**:程序遇到 `do`,先直接进入 `{}` 执行循环体内的所有语句。
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2. **事后判断**:循环体执行完毕后,来到 `while(条件)` 这一行,计算括号内条件表达式的真假。
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3. **决策**:
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* 如果条件为 **真 (true)**,程序跳转回 `do` 关键字处,准备开始新一轮的循环(重复步骤1和2)。
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* 如果条件为 **假 (false)**,循环正式结束。程序会越过这个循环结构,去执行 `while(...);` 后面的代码。
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### **3. 实例**
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#### **3.1 具体案例**
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假设小洛机器人心里想的数字是 **42**,那么我们就可以通过`do-while`写出如下的代码。
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**代码片段:**
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```cpp
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int ans = 42;
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int guess;
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do {
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cout << "猜一个1-100的数: ";
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cin >> guess;
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if (guess > ans) { cout << "太大了!\n"; }
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if (guess < ans) { cout << "太小了!\n"; }
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} while (guess != ans);
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cout << "猜对了!!\n";
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```
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### **4. 代码实现**
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现在,我们来完成一个功能完整的“猜数游戏”。输入数字,来判断玩家猜测的数字是否正确,并且给出提示。
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注意在真实的游戏中,答案不应该是固定的,而应该是一个随机数。
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#### **4.1 完整代码**
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```cpp
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#include <iostream>
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#include <cstdlib> // 用于 rand() 和 srand()
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#include <ctime> // 用于 time()
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int main() {
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// 设置随机数种子
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// 使用当前时间作为种子,确保每次运行程序时随机数都不同
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srand(time(0));
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// 生成一个 1 到 100 之间的随机数
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// rand() % 100 的范围是 [0, 99],加1后范围变为 [1, 100]
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int ans = rand() % 100 + 1;
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int guess; // 用来存储玩家猜测的数字
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// 3. 使用 do-while 循环让玩家猜测
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do {
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cin >> guess;
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if (guess > ans) {
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cout << "太大了!\n";
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} else if (guess < ans) {
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cout << "太小了!\n";
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}
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} while (guess != ans); // 只要猜的数不等于答案,就继续循环
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// 4. 循环结束,说明猜对了
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cout << "恭喜你,猜对了!\n";
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return 0;
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}
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```
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#### **4.2 代码解读**
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* **`#include <cstdlib>` 和 `<ctime>`**:这两个头文件是生成“随机数”的关键。`<cstdlib>` 包含了 `rand()`(生成伪随机数)和 `srand()`(种子),`<ctime>` 包含了 `time()`(获取当前时间)。
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* **`srand(time(0));`**:这是非常关键的一行。计算机生成的随机数其实是“伪随机”,它由一个“种子”开始,通过一个固定算法算出一串数。如果种子不变,那串数也永远不变。`time(0)` 能获取从1970年1月1日到现在的秒数,这个数时刻在变,是作为种子的绝佳选择。**这行代码通常在程序开始时只执行一次**。
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* **`rand() % 100 + 1`**:这是一个生成特定范围随机数的经典公式。
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* `rand()` 生成一个从 0 到 `RAND_MAX`(一个很大的数)的整数。
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* `% 100` 对100取余,结果一定是 0 到 99 之间。
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* `+ 1` 将 `[0, 99]` 的范围整体平移,得到 `[1, 100]`。
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* **`do { ... } while (guess != ans);`**:整个“输入-判断-提示”的逻辑被包裹在 `do` 的循环体中,确保玩家至少能猜一次。然后 `while` 在每次猜测后检查是否猜中,决定是继续还是结束。
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## **5. 总结**
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**在什么时候用 `do-while`,什么时候用 `while`?**
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* 标准就是:**循环体是否需要无条件地至少执行一次?**
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* 如果**是**,比如菜单显示、输入验证等,`do-while` 是最佳选择。
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* 如果**否**,也就是可能一次都不需要执行,那么 `while` 更合适。
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#### **对比:`while` vs `do-while`**
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| 特性 | `while` 循环 | `do-while` 循环 |
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| :----------- | :--------------------------- | :------------------------------- |
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| **核心原则** | **先判断,后执行** | **先执行,后判断** |
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| **执行保证** | 可能执行 **0** 次或多次 | **至少**执行 **1** 次 |
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| **语法结构** | `while (条件表达式) { ... }` | `do { ... } while (条件表达式);` |
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