嵌套循环及其应用

1. 入门

先来个问题：为啥要把一个循环套进另一个循环里？其实很多时候，我们的数据或者任务不是一条线排的，而是像表格、网格，甚至多维结构。比如你想在屏幕上输出乘法表，遍历二维数组，或者统计所有元素对的交集。这种时候，一个循环肯定不够用——得循环里套循环。

在编程里，嵌套循环就像两个闹钟：外面的先响，里面的每次都要响一遍，只要外面的还在响。也就是说，每次外层循环迭代，内层循环都会完整跑一遍（而且每次外层都要重新来一次）。

举个例子——小时和分钟。小时是外层循环，从0到23，分钟是内层循环，从0到59。每次外层变一次，内层都能把所有值跑一遍。

2. 嵌套循环的语法

在C#里，嵌套循环的语法和普通循环没啥区别——你只要在另一个循环体里写一个循环就行。来看下for和while的例子：

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    for (int j = 0; j < 4; j++)
    {
        Console.Write($"{i},{j} ");
    }
    Console.WriteLine();
}

这里外层循环控制变量i（从0到2），内层循环控制变量j（从0到3）。每个i的值，内层循环都会从j=0跑到j=3。你运行下这段代码，会看到一个很整齐的坐标表：

0,0 0,1 0,2 0,3 
1,0 1,1 1,2 1,3 
2,0 2,1 2,2 2,3 

用while写法也一样：

int i = 0;
while (i < 3)
{
    int j = 0;
    while (j < 4)
    {
        Console.Write($"{i},{j} ");
        j++;
    }
    Console.WriteLine();
    i++;
}

注意：每次外层循环的时候，内层循环的变量（j）都要重新初始化，不然你只会看到一行！

3. 嵌套循环的例子

例子1：输出棋盘（8x8）

第一个任务——在屏幕上输出经典的棋盘，用黑白格子表示（比如#是黑格，_是白格）。用for嵌套循环来实现：

for (int row = 0; row < 8; row++)
{
    for (int col = 0; col < 8; col++)
    {
        if ((row + col) % 2 == 0)
            Console.Write("_");
        else
            Console.Write("#");
    }
    Console.WriteLine();
}

效果：

_#_#_#_#
#_#_#_#_
_#_#_#_#
#_#_#_#_
_#_#_#_#
#_#_#_#_
_#_#_#_#
#_#_#_#_

重点：嵌套保证了每一行（row）都能完整遍历所有列（col）。没嵌套你只能得到一行或者一列，根本不是棋盘。

例子2：乘法表

最经典的嵌套循环用法之一！来输出1-9的乘法表：

for (int i = 1; i <= 9; i++)
{
    for (int j = 1; j <= 9; j++)
    {
        Console.Write($"{i * j,3} ");
    }
    Console.WriteLine();
}

${i * j,3}这个格式化是为了让表格看起来更整齐。

效果：

   1   2   3   4   5   6   7   8   9
  2   4   6   8  10  12  14  16  18 
  3   6   9  12  15  18  21  24  27 
  4   8  12  16  20  24  28  32  36 
...
  9  18  27  36  45  54  63  72  81 

4. 嵌套循环的控制细节

关于break和continue在嵌套循环里的作用

很多新手会在这里踩坑！如果你在内层循环用break或者continue，它们只影响内层循环。外层循环还是会继续跑。

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    for (int j = 0; j < 5; j++)
    {
        if (j == 3)
            break; // 只跳出内层循环！
        Console.Write($"{i},{j} ");
    }
    Console.WriteLine();
}

效果：

0,0 0,1 0,2 
1,0 1,1 1,2 
2,0 2,1 2,2 

如果你想一次性跳出两个嵌套循环（比如在表格里一找到就立刻结束），一般会用个flag或者特殊写法（比如return——如果都在函数里）。

5. 嵌套循环的可视化

有时候很难“看见”嵌套循环的执行顺序。来看下面这个流程图：

表格形式——如果i从1到3，j从1到4，一共多少次迭代？

6. 嵌套循环常见错误和坑

常见错误——内层循环变量初始化不对。比如在外层循环外面声明变量，但每次没重置。结果内层循环可能根本不跑，或者跑错了。

int j = 0;
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    while (j < 4) // 哎呀！j在第一次循环后可能已经等于4了。
    {
        Console.Write($"{i},{j} ");
        j++;
    }
    Console.WriteLine();
}

这样循环只会跑一次。记得内层循环变量要在外层循环里初始化！

还有，如果你不小心写了两个嵌套循环用一样的变量名，编译器会报错：变量已经定义过了。

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
    for (int i = 0; i < 3; i++)
    {
        Console.Write($"{i},{i} ");
    }
    Console.WriteLine();
}

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循环第 4 级，课程 5

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