13、循环结构（上）：while循环、do-while循环、循环的适用场景、循环的嵌套
说到循环，我脑子里第一个蹦出来的画面，是当年调试一个串口接收程序时的场景。那个程序需要不停地轮询接收标志位，直到数据到达。那时候我刚入行，写了个死循环把自己卡死了——嗯，从那以后我就对循环结构有了刻骨铭心的认识。
循环说白了，就是让一段代码反复执行。你想想看，如果让你写一个程序，打印1到100，没有循环的话你得写100行printf。有了循环，三行代码搞定。这就是循环的价值。
13.1 while循环：先判断，后执行
while循环的结构很简单，我直接上代码：
while (条件表达式) {
// 循环体
// 当条件为真时，反复执行这里的代码
}它的执行流程是这样的：先判断条件，条件成立就执行循环体，执行完再回来判断。条件不成立，直接跳过。所以while循环有可能一次都不执行——如果一开始条件就是假的。
我举个例子，咱们写一个倒计时程序：
#include <stdio.h>
int main() {
int count = 5;
while (count > 0) {
printf("倒计时：%d\n", count);
count--; // 别忘了改变条件，否则死循环
}
printf("发射！\n");
return 0;
}运行结果：
倒计时：5
倒计时：4
倒计时：3
倒计时：2
倒计时：1
发射！13.2 do-while循环：先执行，后判断
do-while和while的区别，说白了就是一个「先斩后奏」。先执行一次循环体，然后再判断条件。所以do-while至少会执行一次。
do {
// 循环体
// 先执行一次，再判断条件
} while (条件表达式); // 注意这里有个分号！我拿刚才的倒计时改一下：
#include <stdio.h>
int main() {
int count = 0; // 注意，这次count初始就是0
do {
printf("count = %d\n", count);
count++;
} while (count < 5);
return 0;
}运行结果：
count = 0
count = 1
count = 2
count = 3
count = 4你想想看，如果换成while，count初始为0，条件count < 5一开始就不成立，循环体一次都不会执行。但do-while至少会打印一次。这个特性在某些场景下特别有用。
13.3 循环的适用场景
我做了这么多年嵌入式，总结下来，循环主要用在以下几个场景：
| 场景 | 说明 | 推荐循环 |
|---|---|---|
| 已知循环次数 | 比如遍历数组、打印固定次数 | for循环（下节讲） |
| 未知循环次数，但知道结束条件 | 比如等待某个标志位、读取传感器直到数据稳定 | while循环 |
| 至少需要执行一次 | 比如菜单选择、用户输入验证 | do-while循环 |
| 无限循环 | 比如嵌入式主循环、操作系统调度 | while(1) 或 for(;;) |
我在项目中遇到过这样一个场景：读取一个温度传感器，传感器需要100ms才能稳定输出。这时候我就用while循环，不断读取状态寄存器，直到状态位变成「数据就绪」。循环次数不确定，但结束条件很明确——这就是while的典型应用。
13.4 循环的嵌套
循环嵌套，就是一个循环里面再套一个循环。说白了就是「外层循环每执行一次，内层循环完整跑一遍」。
我拿打印九九乘法表来举例，这个例子很经典：
#include <stdio.h>
int main() {
int i = 1, j;
while (i <= 9) {
j = 1;
while (j <= i) {
printf("%d*%d=%-2d ", j, i, i * j);
j++;
}
printf("\n");
i++;
}
return 0;
}运行结果：
1*1=1
1*2=2 2*2=4
1*3=3 2*3=6 3*3=9
1*4=4 2*4=8 3*4=12 4*4=16
...（后面省略）这里外层循环控制行数（i从1到9），内层循环控制每行的列数（j从1到i）。每次外层循环i加1，内层循环就重新从1开始跑。
- 内层循环的初始化要放在外层循环里面。你看上面代码，j = 1 是放在外层while里面的，每次外层循环开始，j都重新赋值为1。
- 嵌套层数不要太深。我见过有人嵌套了五六层，代码读起来跟迷宫一样。一般两层就够用了，三层已经是极限。
- 注意性能。内层循环的执行次数 = 外层次数 × 内层次数。如果外层1000次，内层1000次，那就是100万次。在嵌入式系统里，这可能会影响实时性。
下面这张图，是我画的一个循环嵌套的执行流程，你看一眼就明白了：
- 内层循环的变量和外层循环的变量搞混了。我见过有人内外层都用i，结果内层把i改了，外层循环乱套了。
- 忘记重置内层循环的计数器。比如上面乘法表的例子，如果j = 1写在while外面，那内层循环只跑一次就完了。
- 嵌套太深导致代码可读性差。我个人建议，如果超过三层，就考虑拆成函数吧。
13.5 实际项目中的循环选择
说了这么多，到底什么时候用while，什么时候用do-while？我分享几个实际经验：
- 等待硬件就绪：用while。比如等待ADC转换完成、等待SPI发送完毕。因为硬件可能已经就绪了，不需要先执行一次。
- 用户输入验证：用do-while。用户至少得输入一次，然后我们判断输入是否合法，不合法就继续问。
- 主循环：用while(1)。嵌入式程序的主循环就是无限循环，不需要结束条件。
- 遍历链表：用while。你不知道链表有多长，但知道结束条件是p != NULL。
我记得有一次，一个同事用do-while去等待一个串口标志位。结果标志位在进入循环前就已经置位了，do-while先执行了一次发送操作，导致多发送了一帧数据。从那以后，他再也不敢乱用do-while了。
循环结构就讲到这里。你想想看，while和do-while的区别其实就一句话：while是先看再干，do-while是先干再看。记住这个，就不会搞混了。下一节我们讲for循环，那又是另一种风格了。
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