利用 while 循环打造高效的程序控制流程

计算机编程中，程序的逻辑控制流程是非常重要的。不同的控制流程可以使代码具备不同的应用场景、运算速度和优化效果。在众多的控制流程中，while 循环因其灵活性和高效性，成为了程序员们经常使用的工具之一。

while 循环是一种基本的控制流程，它的功能是在满足某个条件的前提下，循环执行一段语句块。当这个条件不再满足时，循环不再执行，代码跳出循环，继续执行下一步操作。它的语法结构如下：

```

while(表达式)

{

// 执行此处的循环语句块

}

```

在这里，如果表达式的结果为 true，就会一直执行循环语句块，直到表达式的结果为 false 才会跳出循环。因此，while 循环的语句块必须包含改变循环条件的代码，否则程序将永远在循环中运行。下面我们来看一个经典的示例：

```

int i = 0;

while (i < 10)

{

cout << i << endl;

i++;

}

```

在这个例子中，我们定义了一个变量 i 作为循环的迭代变量。在 while 循环的表达式中，我们判断 i 是否小于 10，如果成立则会执行 cout 语句输出 i 的值，同时使 i 的值加一。通过循环的迭代，我们将从 0 输出到 9 的数字输出到屏幕上。这个例子是 while 循环最基础的用法，当然它还有更多的特性。

### while 循环的变种

#### do-while 循环

do-while 循环和 while 循环的差异在于条件的判断点。在 while 循环中，循环体会在判断条件之前被执行一次，而在 do-while 循环中，循环体会在判断条件之后再被执行一次，确保循环体至少被执行一次。它的语法结构如下：

```

do

{

// 此处的循环语句块

} while( 表达式 );

```

下面我们通过一个例子来说明一下 do-while 循环的使用：

```

int i = 0;

do

{

cout << i << endl;

i++;

} while(i < 10);

```

我们定义了一个变量 i，然后执行 do-while 循环，将 i 的值输出到屏幕上，每次网络迭代执行完于判断 i 是否小于 10，如果成立则继续执行循环，否则跳出循环。和 while 循环相比，do-while 循环适合处理需要至少执行一次循环的情况。

#### 嵌套循环

在很多情况下，我们需要在循环内部再嵌套一层或多层循环，构建一个复杂的控制流程。这时候，while 循环也可以被嵌套使用，实现多层次的嵌套循环。在下面的例子中，我们使用两个 while 循环实现一个九九乘法表：

```

int i = 1, j = 1;

while (i <= 9)

{

j = 1;

while (j <= i)

{

cout << j << "*" << i << "=" << i * j << " ";

j++;

}

cout << endl;

i++;

}

```

这个例子使用两个 while 循环构建了一个九九乘法表。外层的 while 循环控制行数，内层的 while 循环控制列数，通过循环迭代将每个数字组合到一起输出到屏幕上。这个例子说明了 while 循环嵌套循环的用法，它可以被用于一些复杂的控制流程的构建。

### 高效利用 while 循环

在使用 while 循环的过程中，我们还需要注意一些优化技巧，以提高程序的运行效率，这些技巧包括：

#### 循环范围控制

我们通常会考虑到程序的运行效率，在 while 循环内部加入尽可能少的代码。因此，在编写 while 循环的时候，应尽可能精细地控制其循环范围，确保循环的次数最少，仅满足运行需求即可。而不是一味地将更多的代码塞进循环体内，导致运行效率大打折扣。

#### 循环条件控制

while 循环的语法中，循环条件的控制是最为核心的功能。在控制 while 循环的表达式中，我们可以使用逻辑运算符、比较运算符、位运算符等，进一步优化循环终止的条件。比如：

```

int i = 1, sum = 0;

while (i <= 100)

{

sum += i;

i++;

}

cout << sum << endl;

```

上面这个例子就是计算 1+2+3+...+100 的代码。在这个代码片段中，我们使用 while 循环将从 1 到 100 的数字累加到了 sum 变量中。而循环的表达式就是 i <= 100，当 i 的值为 100 时，表达式的结果为 false，循环跳出。这个例子也说明，我们在写 while 循环的过程中，需要考虑到循环的表达式会逐步改变，我们需要关注表达式的变化情况，确定最终循环该何时终止。

#### 操作位的技巧

计算机底层中主要有两个比较深奥的概念，一个是位运算，一个是指针运算。其中，位运算在编写高效代码时是非常有用的工具，而 while 循环是很多位运算代码片段的核心部分。对于位运算，我们通常会使用位或、位与、异或、左移、右移等运算来进行控制。比如，下面这个示例中，我们通过位运算统计了一个无符号整数中二进制 1 的个数：

```

int countOne(unsigned int n)

{

int count = 0;

while(n > 0)

{

count += n & 1;

n >>= 1;

}

return count;

}

```

在这个代码片段中，我们使用 while 循环和右移运算计算了一个无符号整数中包含的二进制 1 的个数。这个例子也说明了，对于一些具体的编程需求，我们可以使用位运算来进行控制，进而使用 while 循环来实现更加高效的代码操作。

#### 面向问题思考

在使用控制流程时，我们需要根据实际问题思考，确定该采用何种类型的控制流程。比如，while 循环适合解决需要循环多次，但又不确定具体循环次数的问题。而如果需要在一个已知的循环次数之内进行循环操作，则应该使用 for 循环。此外，还需要考虑到编程规范、代码风格、程序结构等方面，因此合理利用语句，可以让代码更加可读、可理解也会更高效。

### 总结

while 循环是一个灵活性和高效性都比较突出的控制流程。它具备基本的表达式判断、循环体操作、控制流程的功能，同时支持多种嵌套、位运算、循环范围控制技巧等，在满足程序需求的同时可以使代码运行更加高效。任何一个程序员都应该熟悉 and 掌握 while 循环，以确保在程序开发的过程中，能够优化控制流程的执行，提高程序运行效率。