C語言三大循環結構全解析：for、while、do-while 異同與轉換

2. while 條件後加分號 = 空循環體

while (i < n);  // ❌ 死循環或空轉，body 被視為空語句
{ i++; }        // 這裡不屬於 while

3. do-while 必須以分號結尾

do { ... } while (cond)  // ❌ 缺分號，編譯錯誤
do { ... } while (cond); // ✅

4. 迴圈變量作用域（C99）

for (int i = 0; i < n; i++) { ... }  // i 僅在 for 作用域內可見
// C89 需外部聲明 int i; for (i=0; ...)

5. 迴圈不變量與邊界檢查

// 經典 off-by-one
for (int i = 0; i <= n; i++)  // 共 n+1 次，通常錯誤
for (int i = 0; i < n; i++)   // 共 n 次，正確

性能對比（現代編譯器 -O2 後基本一致）

• 已知次數優先 for（語義清晰、編譯器易優化向量化）。
• 條件複雜/依賴外部狀態用 while。
• 菜單、至少一次處理用 do-while。

進階模式：迴圈展開與標籤

// 手動展開（編譯器 -funroll-loops 會自動做）
for (int i = 0; i < n; i += 4) {
    process(a[i]);
    process(a[i+1]);
    process(a[i+2]);
    process(a[i+3]);
}

// 帶標籤的 break/continue（跳出多層迴圈）
outer: for (int i = 0; i < n; i++) {
    for (int j = 0; j < m; j++) {
        if (found) break outer; // 直接跳出外層
    }
}

總結

• for：計數器管理集中，已知次數首選。
• while：條件驅動，未知次數、可能零次。
• do-while：體驗驅動，至少一次（菜單、輸入驗證）。
• 三者**可相互機械轉換**，選**語義最清晰**者。
• **分號位置**是新手最大坑：while(cond); 空體、do{}while(); 必加分號。