C 語言| 迴圈寫法| 函數作用域
在開始學習程式時，迴圈（loops）是你會經常使用的工具。想像一下，不用一遍又一遍地手動寫程式，而是讓程式自動完成這些重複的工作。本篇會用有趣的例子解釋三種常見的迴圈：for、while和do...while，計算 1 到 100 的總和，再進階運用函數寫出九九乘法表。學會迴圈跟函數的概念，不僅在 C 語言使用，也可以在其他語言靈活運用來簡化程式。
如何用迴圈寫 1 加到 100？
在寫程式時我們先拆解成小問題，成 1+2+3+4。首先我們先看如何寫出 1 2 3 4 ，每一個都比前一個加 1，所以若 1 改成 i，2 就會寫成 i+1。
當你寫 i=i+1 時 （也可以寫成i++），意思是讓 i 自己加 1。舉個例子：如果 i 原本是 1，i=i+1 就會讓 i 變成 2。接著，新的 i 變成 2 後，再次執行i=i+1，它就會變成 3。每次都讓 i 變成原本的 i 再加 1。
最後，我們要「加總」，sum=sum+i。這個意思是，每次多加一個新的 i 所以要重新加總。在寫程式的時候不可能每次都重打 sum=sum+i 這時候就要使用迴圈。
for 用法
for (起始值; 停止條件 ; 每次執行完迴圈後變數更新) {
// 要重複做的事情
}
- 注意中間的分隔是
;
獲得這兩個邏輯後，我第一次寫程式居然跑出的答案是 2601 ，但我完全不知道為什麼。
#include <stdio.h>
int main(){
int sum = 0;
for (int i = 0 ; i <= 100 ; i++ ){ // i從0開始每次做完i都加1，直到100才停下
i = i + 1;
sum = sum + i;
}
printf("總和為%i", sum);
}
試了幾次答案都不是 5050。有一個簡單的方式是先輸入範圍較小的數字測試，例如 1 加到 3，觀察答案是否等於 6。
最後發現是我多寫 i = i +1 。
for 迴圈中的第三個欄位，每次執行時 i 都會增加 1，正常來說應該遍歷 0 到 100。但是，因為我在迴圈裡又寫了 i = i + 1;，所以每次 i 都會額外增加 1，這會導致每次 i 的值跳過一個數字（例如從 0 跳到 2，再從 2 跳到 4）。結果：迴圈實際上只加總了偶數的 i 值（2, 4, 6,..., 100），而不是 1 到 100 的全部數字。
- 為了更方檢查是哪個區段出問題，我將起始值跟最後的值設為變數。
#include <stdio.h>
#include <cs50.h>
int main(){
int x = get_int("起點: ");
int y = get_int("終點: ");
int sum = 0;
for (int i = x-1 ; i <= y;i++ ){
sum = sum + i;
}
printf("總和為%i",sum);
}
do...while 用法
也是迴圈的一種，但無論條件是否成立，他至少會執行第一次。
do {
// 先做這裡的事
} while (條件);
同樣計算 1 到 100 的總和，用 do...while 就會是：
#include <stdio.h>
int main(){
int sum = 0;
int i = 0;
do{
sum = sum + i; // 要做的事
i++; // 每次做完都要執行的動作
}while (i<= 100);
printf("總和為%i",sum);
}
什麼時候適合用 do...while
do...while 的迴圈會用在輸入使用者密碼，想讓他們先輸入一次密碼，再來檢查是否正確。如果密碼錯誤，就要求他們再輸入。這時候，do...while 就很有用，因為你至少需要讓使用者先輸入一次密碼。
#include <stdio.h>
int password;
do {
printf("請輸入密碼：");
scanf("%d", &password); //scanf()讀取使用者輸入的值，後續會介紹&變數的意思
} while (password != 1234);
while 用法
while (條件) {
// 當條件成立時，重複執行這裡的程式碼
}
#include <stdio.h>
int main(){
int sum = 0;
int i = 0;
while(i <= 100) { // i 小於100的條件成立，重複執行以下的程式碼
sum = sum +i;
i++;
}
printf("總和為%i",sum);
}
什麼時候用 while：
- 當你不知道要執行幾次：例如要求使用者輸入正確的密碼，或者等到某個狀況發生為止，這種情況下
while很適合。 - 持續重複某個動作直到條件改變：例如等待某個感測器達到一定溫度，或者等到某個數據變化。
- 如果條件永遠成立，會造成無限迴圈，例如：
while (1) { // 1 是布林值true
// 這樣會一直執行，因為條件永遠成立
}
這樣會使讓程式卡住，需特別小心。
只加總偶數
至於 1 到 100 的偶數需要搭配餘數的概念，a%b 意思是取 a/b 的餘數。
#include <stdio.h>
int main(){
for (int i=1; i <= 100; i++){
int a = i; // 一開始我先用實際的整數，像是2 4 6 8 測試
int b = 2;
if (a % b == 0 ){ // a/b的餘數等於0，百分比表示餘數
printf("%i ",a);
}
}
從九九乘法表來看巢狀迴圈（nested loops）和函數作用域
既然已經熟悉三種迴圈的使用方式，我們來練習寫出九九乘法表。
思路拆解：（可參考一遍我寫的，稍後會詳細介紹思考流程）
- 需要有「相乘」的功能。
- 先成功寫出第一列（row），注意唯一的變化是哪些數字。
- 再往外擴展外層迴圈。
#include <stdio.h>
int mul(int a, int b); // 宣告後面會使用mul這個函數。
int main()
{
for (int j = 1; j <= 9; j++)//重複九列
{
for (int i = 1; i <= 9; i++) // 外層寫i，內層j的寫法更常見
{
int z = mul(i, j); //這是第一列 (先寫)
printf("%ix%i=%i\t", i, j, z);
}
printf("\n"); //一列跑完就換列
}
}
int mul(int a, int b)
{
return a * b;
}
相乘的功能怎麼寫？
在Ｃ語言可以自定義函數，我習慣解釋成「功能」。例如我定義 mul 兩數相乘的功能，只要我餵了兩個數字，這個函數接受兩個數字，然後回傳它們的乘積。 建議使用 a 跟 b （任何獨立於主程式的變數） 而不是待會要跑迴圈使用的變數，避免在解讀程式時搞混變數。a 跟 b 也可以解釋成，接受兩個不同的數值。
int mul(int a, int b)
{
return a * b;
}
1. 作用域
作用域指的是一個變數可以在哪裡被存取。
- 像是變數
i和j它們只在for迴圈裡有效，這叫做「區域變數」。這些變數只會在迴圈裡面被使用，出了迴圈就消失。 mul函數裡的變數a和b也是區域變數，它們只在mul裡面有效，函數執行完畢後它們就不再存在了，所以我們還需要做函數宣告。
2. 函數宣告的概念（函數原形 function prototype）
在 int mul(int a, int b); 這裡，這是一個函數宣告，寫在主程式前面。告訴程式「等一下我會用到 mul 這個函數」。這樣程式知道這個函數的存在，即使它的細節在後面才寫出來。
為什麼不要作用在全域？
1. 程式可讀性降低
當一個變數作用於全域，也就是適用於整個程式，會使追蹤變數的來源變得很困難。當你想知道其中一個數值是怎麼來的，你需要檢查整個程式。
2. 除錯（debug）困難
因為全域變數可以在任何地方被修改，當出現問題時，你很難快速確定是哪個部分的程式修改了這個變數。
成功寫出第一列
for (int i = 1; i <= 9; i++)
{
int z = mul(i, 1); // 這是第一列 (一開始寫，先定義1個變數就好)
printf("%ix%i=%i\t", i, 1, z); // 印出 1x1=1 2x1=2 ....
}
- 雖然程式運行從外圈開始運行，但我習慣從內圈往外寫。
- 先定義的 z ，z 的值用
mul函數，計算乘積。 - 印出來最後加上
\t使每次印出的資料都空格一個 tab 鍵。
加上第二個迴圈（外圈）
for (int j = 1; j <= 9; j++) { // (2)總共跑9列，定變數為j，再去把內層迴圈裡面的1改成j
for (int i = 1; i <= 9; i++) {
int z = mul(i, j);
printf("%ix%i=%i\t", i, j, z);
}
printf("\n")；// (1)一列跑完要換列
}
外層迴圈（for (int j = 1; j <= 9; j++)）：
- 我的思路：(1) 成功跑出第一列後，要換列。(2) 預期要連續跑 9 列，所以再做一個外層迴圈，定義變數為
j（一般來說是外層i內層j，但我的示範是保留原本的紀錄） - 這個迴圈會讓變數
j從 1 遞增到 9。 - 這是外層迴圈，它控制了每一列的開始。
總結
- 外層迴圈控制行數（從 1 到 9）。
- 內層迴圈控制每行中的列數（從 1 到 9）。
- 函數宣告與作用域賦予乘積的功能。
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