loops.cpp

// ============================================================
// Ch03 - 迴圈示範（for, while, do-while, range-based for）
// 編譯：g++ -std=c++17 -Wall -o loops loops.cpp
// 執行：./loops
// ============================================================

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

int main() {
    // ══════════════════════════════════════════
    // 1. for 迴圈 — 基本用法
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "=== for 迴圈 ===" << std::endl;

    // 基本：從 1 數到 10
    std::cout << "1 到 10：";
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 倒數
    std::cout << "倒數：";
    for (int i = 10; i >= 1; i--) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 每次增加 2（輸出偶數）
    std::cout << "偶數：";
    for (int i = 2; i <= 20; i += 2) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 每次乘以 2（輸出 2 的次方）
    std::cout << "2 的次方：";
    for (int i = 1; i <= 1024; i *= 2) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 累加 1 到 100
    int sum = 0;
    for (int i = 1; i <= 100; i++) {
        sum += i;
    }
    std::cout << "1 + 2 + ... + 100 = " << sum << std::endl;

    // ══════════════════════════════════════════
    // 2. while 迴圈
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "\n=== while 迴圈 ===" << std::endl;

    // 基本：從 1 數到 5
    std::cout << "while 計數：";
    int count = 1;
    while (count <= 5) {
        std::cout << count << " ";
        count++;
    }
    std::cout << std::endl;

    // 計算位數
    int number = 123456;
    int digits = 0;
    int temp = number;
    while (temp > 0) {
        digits++;
        temp /= 10;
    }
    std::cout << number << " 有 " << digits << " 位數" << std::endl;

    // 找出最大的 2 的次方（不超過 1000）
    int power = 1;
    while (power * 2 <= 1000) {
        power *= 2;
    }
    std::cout << "不超過 1000 的最大 2 的次方：" << power << std::endl;

    // ══════════════════════════════════════════
    // 3. do-while 迴圈（至少執行一次）
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "\n=== do-while 迴圈 ===" << std::endl;

    // 即使條件一開始為 false，也會執行一次
    int val = 100;
    std::cout << "do-while（條件為 false）：";
    do {
        std::cout << val << " ";
        val++;
    } while (val < 5);  // 條件一開始就是 false，但仍執行了一次
    std::cout << "(只執行了一次)" << std::endl;

    // 對比 while（條件為 false 則一次都不執行）
    val = 100;
    std::cout << "while（條件為 false）：";
    while (val < 5) {
        std::cout << val << " ";
        val++;
    }
    std::cout << "(完全沒執行)" << std::endl;

    // 模擬使用者輸入驗證
    std::cout << "\n模擬輸入驗證（模擬輸入 -1, 0, 5）：" << std::endl;
    int inputs[] = {-1, 0, 5};
    int idx = 0;
    int input;
    do {
        input = inputs[idx++];
        std::cout << "  輸入：" << input;
        if (input <= 0) {
            std::cout << " → 無效，請輸入正數" << std::endl;
        }
    } while (input <= 0 && idx < 3);
    if (input > 0) {
        std::cout << " → 有效！" << std::endl;
    }

    // ══════════════════════════════════════════
    // 4. 範圍 for 迴圈（Range-based for，C++11）
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "\n=== 範圍 for 迴圈 ===" << std::endl;

    // 遍歷 C 風格陣列
    int arr[] = {10, 20, 30, 40, 50};
    std::cout << "陣列元素：";
    for (int value : arr) {
        std::cout << value << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 遍歷 std::vector
    std::vector<std::string> fruits = {"蘋果", "香蕉", "橘子", "芒果", "葡萄"};
    std::cout << "水果：";
    for (const std::string& fruit : fruits) {
        std::cout << fruit << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 使用 auto 簡化（推薦寫法）
    std::cout << "auto 版：";
    for (const auto& fruit : fruits) {
        std::cout << fruit << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 使用參考修改元素
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::cout << "原始：";
    for (int n : numbers) {
        std::cout << n << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 加上 & 才能修改原始元素
    for (int& n : numbers) {
        n *= 2;
    }
    std::cout << "加倍：";
    for (int n : numbers) {
        std::cout << n << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // ══════════════════════════════════════════
    // 5. break — 提前跳出迴圈
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "\n=== break ===" << std::endl;

    // 找到第一個能被 7 整除的數
    std::cout << "第一個能被 7 整除的數（從 50 開始）：";
    for (int i = 50; i <= 100; i++) {
        if (i % 7 == 0) {
            std::cout << i << std::endl;
            break;  // 找到就停止
        }
    }

    // 線性搜尋
    std::vector<int> data = {23, 45, 67, 89, 12, 34, 56};
    int target = 89;
    bool found = false;
    int position = -1;

    for (int i = 0; i < static_cast<int>(data.size()); i++) {
        if (data[i] == target) {
            found = true;
            position = i;
            break;
        }
    }

    if (found) {
        std::cout << "找到 " << target << " 在索引 " << position << std::endl;
    } else {
        std::cout << target << " 不在陣列中" << std::endl;
    }

    // ══════════════════════════════════════════
    // 6. continue — 跳過本次迭代
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "\n=== continue ===" << std::endl;

    // 跳過 3 的倍數
    std::cout << "1-15（跳過 3 的倍數）：";
    for (int i = 1; i <= 15; i++) {
        if (i % 3 == 0) {
            continue;  // 跳過本次，直接進入下一次迭代
        }
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 只處理正數
    std::vector<int> mixed = {3, -1, 4, -5, 2, -3, 8};
    std::cout << "只輸出正數：";
    for (int n : mixed) {
        if (n <= 0) continue;
        std::cout << n << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // ══════════════════════════════════════════
    // 7. 巢狀迴圈 — 九九乘法表
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "\n=== 九九乘法表 ===" << std::endl;

    for (int i = 1; i <= 9; i++) {
        for (int j = 1; j <= 9; j++) {
            // 格式化輸出，讓結果對齊
            int result = i * j;
            if (result < 10) {
                std::cout << " ";
            }
            std::cout << i << "×" << j << "=" << result << "  ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    // ══════════════════════════════════════════
    // 8. 巢狀迴圈 — 星號圖形
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "\n=== 星號圖形 ===" << std::endl;

    // 直角三角形
    std::cout << "直角三角形：" << std::endl;
    int rows = 5;
    for (int i = 1; i <= rows; i++) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            std::cout << "* ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    // 倒直角三角形
    std::cout << "\n倒直角三角形：" << std::endl;
    for (int i = rows; i >= 1; i--) {
        for (int j = 1; j <= i; j++) {
            std::cout << "* ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    // 等腰三角形（金字塔）
    std::cout << "\n金字塔：" << std::endl;
    for (int i = 1; i <= rows; i++) {
        // 先印空格
        for (int j = 1; j <= rows - i; j++) {
            std::cout << " ";
        }
        // 再印星號
        for (int j = 1; j <= 2 * i - 1; j++) {
            std::cout << "*";
        }
        std::cout << std::endl;
    }

    // ══════════════════════════════════════════
    // 9. 無窮迴圈搭配 break
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "\n=== 無窮迴圈 + break ===" << std::endl;

    // 模擬一個需要特定條件才停止的迴圈
    int attempts = 0;
    int secretNumber = 7;
    int guesses[] = {3, 9, 5, 7, 2};

    while (true) {  // 無窮迴圈
        int guess = guesses[attempts];
        attempts++;

        std::cout << "第 " << attempts << " 次猜測：" << guess;

        if (guess == secretNumber) {
            std::cout << " → 猜對了！" << std::endl;
            break;  // 猜對就跳出
        } else if (guess < secretNumber) {
            std::cout << " → 太小了" << std::endl;
        } else {
            std::cout << " → 太大了" << std::endl;
        }

        if (attempts >= 5) {
            std::cout << "猜測次數用完了！" << std::endl;
            break;
        }
    }

    std::cout << "共猜了 " << attempts << " 次" << std::endl;

    // 也可以用 for(;;) 寫無窮迴圈
    // for (;;) { ... break; }

    // ══════════════════════════════════════════
    // 10. 實用範例：費波那契數列
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "\n=== 費波那契數列（前 15 項）===" << std::endl;

    int fib1 = 0, fib2 = 1;
    std::cout << fib1 << " " << fib2 << " ";

    for (int i = 2; i < 15; i++) {
        int next = fib1 + fib2;
        std::cout << next << " ";
        fib1 = fib2;
        fib2 = next;
    }
    std::cout << std::endl;

    // ══════════════════════════════════════════
    // 11. for 迴圈的變化形式
    // ══════════════════════════════════════════
    std::cout << "\n=== for 迴圈變化 ===" << std::endl;

    // 多個初始化與更新
    std::cout << "雙變數：";
    for (int i = 0, j = 10; i < j; i++, j--) {
        std::cout << "(" << i << "," << j << ") ";
    }
    std::cout << std::endl;

    // 省略部分（三個部分都可以省略）
    // for (;;) { ... } 是無窮迴圈的另一種寫法
    std::cout << "省略初始化：";
    int k = 0;
    for (; k < 5; k++) {
        std::cout << k << " ";
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}