Structuri repetitive (while, do while, for, etc)

De multe ori se întâmplă să avem nevoie să repetăm un set de instrucțiuni de un număr de ori. Iată câteva exemple:

• Să calculăm valoarea a^b (a la puterea b): trebuie să îl înmulțim pe a în mod repetat, de b ori;
• Să calculăm media a n numere.

Limbajul C++ ne oferă o varietate de modalități de a repeta un set de instrucțiuni. Le vom prezenta aici, menționând de asemenea la ce este bun fiecare structură repetitivă în parte (unele structuri vor fi utile doar în anumite contexte).

Se recomandă să cunoști structura de decizie (if și switch) înainte de a învăța structurile repetitive.

Structura repetitivă while

Vezi articolul în detaliu aici

Una dintre cele mai des utilizate structuri repetitive, instrucțiunea while funcționează ca și un if, doar că repetă instrucțiunile dintre acolade până când condiția este falsă.

Sintaxa structurii while

Iată sintaxa instrucțiunii. Este asemănătoare ca la cea de if.

while(condiție) {
    instrucțiune 1;
    instrucțiune 2;
    …
}

Observații

Dacă condiția este falsă de la început, atunci nu se vor executa instrucțiunile niciodată.

Dacă condiția este mereu adevărată, atunci se va crea o buclă infinită, iar codul nu se va opri niciodată.

Exemple

Să zicem că avem un număr n și vrem să afișăm în ordine numerele n, n - 1, …, 3, 2, 1. Putem să folosim structura while astfel:

//Pentru n = 5, se va afișa:
//5 4 3 2 1
int n;
cin >> n;
while(n != 0) {
    cout << n << " ";
    n--;
}

Să vedem pas cu pas ce se întâmplă. Urmărește animația de mai jos:

Consolă: 5 4 3 2 1

Observăm că dacă condiția este mereu adevărată, atunci codul nu se va opri niciodată (spunem că formăm o buclă infinită). De aceea, este important să ne asigurăm că va exista un moment în care condiția să fie falsă. În următorul exemplu, este evident că nu va exista niciun moment în care condiția n == n să fie falsă, însă în exemplul de după poate fi mai dificil să găsim eroarea.

//Pentru n = 5, se va afișa:
//5 5 5 5 5 5 5 5 … (la infinit)
int n;
cin >> n;
while(n == n) {
    cout << n << " ";
}

//Pentru n = 6, se va afișa:
//6 4 2
//Pentru n = 5, se va afișa:
//5 3 1 -1 -3 -5 … (va continua la infinit, deoarece nu se atinge niciodată valoarea 0)
int n;
cin >> n;
while(n != 0) {
    cout << n << " ";
    n -= 2;
}

În următorul exemplu, codul nu va intra deloc în structura while:

int n = 0;
while(n != 0) {
    cout << n << " ";
}
cout << "Nu se va afișa niciun număr, pentru că n este 0 încă de la început, condiția fiind falsă.";

Structura repetitivă do while

Vezi articolul în detaliu aici

Spre deosebire de structura while, do while execută instrucțiunile dintre acolade cel puțin o dată, indiferent dacă condiția este adevărată sau nu.

Exemplu

Pentru codul anterior, putem executa instrucțiunile cel puțin odată folosind structura do while în loc de cea while.

//Se afișează 0 o singură dată
int n = 0;
do {
    cout << n << " ";
} while(n != 0);

Structura repetitivă for

Vezi articolul în detaliu aici

Instrucțiunea for este utilă în cazul în care vrem să executăm niște instrucțiuni de un număr fix de ori — spre deosebire de while sau do while, când executăm codul pe baza unei condiții oarecare.

Sintaxa instrucțiunii for

Iată sintaxa acestei instrucțiuni.

for(inițializare; condiție; continuare) {
    instrucțiune 1;
    instrucțiune 2;
    …
}

Sintaxa acestei instrucțiuni poate părea dificilă pentru început, însă se dovedește a fi foarte ușor de înțeles dacă analizăm modul de execuție.

Modul de execuție a instrucțiunii for

Instrucțiunea for se execută astfel:

1. Se execută instrucțiunea inițializare;
2. Cât timp condiția este adevărată:
   1. Se execută instrucțiune 1, instrucțiune 2, …;
   2. Se execută instrucțiunea continuare;

Observații

Practic, echivalentul instrucțiunii for este următorul:

inițializare;
while(condiție) {
    instrucțiune 1;
    instrucțiune 2;
    …
    continuare;
}

Deși avem un echivalent al codului folosind while, care este astfel mai versatil, observăm că acest cod poate fi mai greu de înțeles — nu știm, cel puțin la prima vedere, dacă instrucțiunea inițializare are legătură sau nu cu structura repetitivă, și nu știm dacă instrucțiunea continuare are legătură sau nu cu celelalte instrucțiuni dintre acolade.

Instrucțiunile inițializare, condiție și continuare Pot fi lăsate goale. Iată un echivalent pentru while(n == n):

for(; n == n;) {
    …
}

În exemplul de mai sus, instrucțiunea de inițializare este inexistentă, și nu există nicio instrucțiune de continuare.

Exemple

Să zicem că vrem să afișăm primele n numere naturale nenule. Putem proceda astfel:

for(int i = 1; i <= n; i++) {
    cout << i << " ";
}

Mai întâi, inițializăm o variabilă i, de tip int, egală cu 1. Condiția de oprire este i <= n, iar la fiecare pas, instrucțiunea de continuare este i++. Putem urmări ce se întâmplă în animația de mai jos, pentru n = 5:

Consolă: 1 2 3 4 5

În programare, se obișnuiește să numești variabila de iterație (numit și iteratorul) i, j, și așa mai departe.

Sau, putem parcurge forul invers:

for(int i = n; i >= 1; i--) {
    cout << i << " ";
}

Instrucțiunea break

Vezi articolul în detaliu aici

Instrucțiunea break întrerupe execuția unei structuri repetitive (while, do while, for), trecând la instrucțiunile de după indiferent dacă condiția acestor structuri mai sunt sau nu adevărate.

Sintaxa instrucțiunii break

Sintaxa instrucțiunii break este următoarea:

break;

Exemple

Afișarea primelor n numere naturale, însă dacă atingem valoarea 5, ne oprim.

//Pentru n = 8, se va afișa:
//1 2 3 4 5 (ne oprim la 5)
//Pentru n = 3, se va afișa:
//1 2 3
for(int i = 1; i <= n; i++) {
    cout << i << " ";
    if(i == 5) {
        break;
    }
}

Multe probleme cer citirea și prelucrarea unor numere până când se întâlnește valoarea 0. De exemplu, dacă vrem să calculăm suma unor numere până la întâlnirea lui 0, putem proceda astfel:

//Pentru numerele 4 9 10 0, se va afișa:
//23
int sum = 0;
while(true) {
    int nr;
    cin >> nr;
    if(nr == 0) {
        break;
    }
    sum += nr;
}
cout << sum;

Instrucțiunea continue

Vezi articolul în detaliu aici

Instrucțiunea continue trece peste instrucțiunile rămase din iterația curentă și continuă cu următoarea iterație. Putem observa cum funcționează instrucțiunea continue în diagrama următoare:

Sintaxa instrucțiunii continue

Sintaxa acestei instrucțiuni este următoarea:

continue;

Exemplu

Să zicem că vrem să afișăm numerele pare mai mici sau egale decât n. Procedăm astfel:

//Pentru n = 7, se va afișa:
//2 4 6
int n;
cin >> n;
for(int i = 1; i <= n; ++i) {
    if(i % 2 == 1) { //Numărul este impar, deci sărim peste el
        continue;
    }
    //Linia următoare se rulează doar pentru numerele pare:
    cout << i << " ";
}

Probleme rezolvate

Media geometrică

Să se calculeze media geometrică a n numere naturale. Media geometrică este egală cu rădăcina de ordinul n a produsului numerelor. Testează-ți rezolvarea pe această pagină.

Exemplu: Pentru n = 3 și numerele 1, 8, 27, rezultatul va fi 6.

Rezolvare: Vom citi n, după care folosind o structură repetitivă de tip for, vom calcula produsul numerelor. La final, ridicăm numărul la puterea 1 / n.

#include <iostream>
#include <cmath>

using namespace std;

int main()
{
    int n, prod = 1;
    cin >> n;
    for(int i = 1; i <= n; ++i) {
        int x;
        cin >> x;
        prod *= x;
    }
    cout << pow(prod, 1.0 / n);
}

Zece la puterea n

Dându-se un număr natural n (cel mult egal cu 100), să se afișeze pe ecran rezultatul operației 10^n. Testează-ți rezolvarea pe această pagină.

Exemplu: Pentru n = 3, se va afișa 1000.

Rezolvare: Pentru valori mici ale lui n, putem să înmulțim repetat o variabilă cu 10. Cu toate acestea, răspunsul pentru n = 100 nu va încăpea nici măcar în tipul de dată long long. De aceea, mai simplu este să folosim un artificiu de afișare: afișăm pe ecran 1, urmat de n 0uri.

#include <iostream>
#include <cmath>

using namespace std;

int main()
{
    int n;
    cin >> n;
    cout << "1";
    for(int i = 1; i <= n; ++i) {
        cout << "0";
    }
}

Exerciții propuse

Completează următoarele secvențe de cod:

int n;
cin >> n;
for(int i = n; i >= 1; i--) {
    if(??? % 3 == 0) {
        ???;
    }
    cout << i << " ";
}

int n, sum = 0;
cin >> n;
for(int i = 1; i <= n; i++) {
    if(i > 10) {
        ???;
    }
    cout << i << " ";
}

Probleme propuse

Bibliografie și alte resurse

• Structura repetitivă while (InfoAs)
• Structura repetitivă do while (InfoAs)
• Structura repetitivă for (InfoAs)
• Instrucțiunea break (InfoAs)
• Instrucțiunea continue (InfoAs)
• PbInfo
• Desprecpp
• UAIC