在 C# 中，while、for 和其他循环结构

前言：

        在 C# 中，while、for 和其他循环结构（例如 do-while）都是控制程序流的常用工具。它们在语法和应用场景上有所不同，理解它们的特点和适用场景对于写出高效的代码至关重要。我们来逐一分析它们的特点、时间复杂度，以及适合的使用场景。

1. for 循环
        语法：

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    // 执行的代码
}

特点：

• 适用于已知循环次数的情况，通常用于计数和遍历。
• 循环结构紧凑，初始化、条件判断和增量表达式都在一行中，便于理解和控制。
• 常用于迭代数组、列表等集合。

时间复杂度：

• 如果循环的次数是常数 n，那么 for 循环的时间复杂度是 O(n)。

应用场景：

• 适用于数组、集合、固定次数的迭代等。

        示例：

// 计算数组元素的和
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int sum = 0;
for (int i = 0; i < numbers.Length; i++)
{
    sum += numbers[i];
}
Console.WriteLine("Sum: " + sum);

2. while 循环
        语法：

while (condition)
{
    // 执行的代码
}

特点：

• 适用于在开始时无法确定循环次数的情况，循环会在每次迭代前检查条件是否成立。
• 条件是循环继续的依据，常用于等待某个条件成立再退出循环。

时间复杂度：

• 如果条件在每次迭代后能够改变并最终变为 false，则时间复杂度为 O(n)，n 是循环次数。

应用场景：

• 适用于条件未知或需要根据动态状态停止循环的情况。例如，从外部输入获取数据直到满足某个条件，或等待某个事件触发。

        示例：

// 读取用户输入直到输入正确
string input;
while (true)
{
    Console.WriteLine("请输入一个正整数：");
    input = Console.ReadLine();
    if (int.TryParse(input, out int number) && number > 0)
    {
        break;
    }
    Console.WriteLine("输入无效，请重新输入！");
}
Console.WriteLine("输入的数字是：" + input);

3. do-while 循环
        语法：

do
{
    // 执行的代码
} while (condition);

特点：

• 与 while 循环类似，不同的是 do-while 循环在条件判断之前至少会执行一次。
• 适用于需要至少执行一次循环体的情况，常用于输入验证、菜单驱动程序等场景。

时间复杂度：

• 同样，如果循环的次数是常数 n，那么时间复杂度为 O(n)。

应用场景：

• 适用于至少执行一次操作再检查条件的情况。例如，确保用户至少能输入一次数据。

        示例：

// 保证用户至少输入一次
int number;
do
{
    Console.WriteLine("请输入一个正整数：");
} while (!int.TryParse(Console.ReadLine(), out number) || number <= 0);
Console.WriteLine("输入的数字是：" + number);

4. foreach 循环
        语法：

foreach (var item in collection)
{
    // 执行的代码
}

特点：

• 适用于遍历集合（如数组、列表、字典等）时。
• foreach 循环没有显式的计数器，它简化了集合元素的访问过程。
• 不适用于修改集合的结构（如添加或删除元素），但可以用于读取集合元素。

时间复杂度：

• 遍历集合的时间复杂度是 O(n)，其中 n 是集合中的元素数量。

应用场景：

• 遍历集合、数组等数据结构时，尤其是当你不关心索引时。

        示例：

// 遍历数组并打印每个元素
int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5 };
foreach (var number in numbers)
{
    Console.WriteLine(number);
}

5. break 和 continue 在循环中的使用

• break：立即退出循环，跳出当前的循环结构。
• continue：跳过当前迭代，直接进入下一次循环判断。

        示例：

// 使用 break 和 continue
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    if (i == 5) break; // 当 i == 5 时退出循环
    if (i % 2 == 0) continue; // 跳过偶数
    Console.WriteLine(i); // 只打印奇数
}

总结对比：

总结：

• for 循环 最适用于已知循环次数或范围的情况，结构清晰，便于控制。
• while 循环 更适用于循环次数不确定的情况，依赖于条件的变化。
• do-while 循环 确保至少执行一次，适合确保第一次操作执行的场景。
• foreach 循环 简单高效，用于遍历集合，不需要关心索引。