C语言实现沙漏图案输出：算法详解与代码优化351

沙漏图案是一种常见的图形输出题目，在学习编程的过程中，它可以很好地锻炼我们对循环嵌套、条件判断以及代码逻辑的理解。本文将深入探讨如何使用C语言高效地输出各种大小的沙漏图案，并分析不同算法的优劣，最终给出经过优化的高效代码。

首先，我们需要明确沙漏图案的构成。它通常由一个上三角形、一个矩形（或单行）以及一个下三角形组成。因此，我们的算法需要分别处理这三个部分的输出。

基础算法：利用循环嵌套

最直观的实现方法是使用嵌套循环。外层循环控制行数，内层循环控制每行输出的空格和星号的数量。对于上三角形，空格数量逐渐减少，星号数量逐渐增加；对于下三角形，空格数量逐渐增加，星号数量逐渐减少。中间的矩形（或单行）则根据沙漏的大小进行调整。

以下是一个简单的实现代码，假设沙漏的高度为奇数`n`：```c
#include
void print_hourglass(int n) {
// 上三角形
for (int i = 0; i < n / 2; i++) {
for (int j = 0; j < i; j++) {
printf(" ");
}
for (int j = 0; j < n - 2 * i; j++) {
printf("*");
}
printf("");
}
// 中间行
for (int i = 0; i < 1; i++) {
for (int j = 0; j < n / 2; j++) {
printf(" ");
}
printf("*");
}
// 下三角形
for (int i = n / 2; i > 0; i--) {
for (int j = 0; j < i -1; j++) {
printf(" ");
}
for (int j = 0; j < 2 * (n - i); j++) {
printf("*");
}
printf("");
}
}
int main() {
int n;
printf("请输入沙漏的高度（奇数）：");
scanf("%d", &n);
if (n % 2 == 0) {
printf("高度必须是奇数!");
return 1;
}
print_hourglass(n);
return 0;
}
```

这段代码简洁易懂，但效率并非最佳。对于较大的`n`值，嵌套循环的执行次数会显著增加，导致运行时间变长。

算法优化：减少循环次数

我们可以通过优化循环结构来提高代码效率。例如，可以将一些重复计算的结果存储起来，避免重复计算。此外，我们可以尝试使用更精简的循环结构，减少循环嵌套的层数。

以下是一个经过优化的版本：```c
#include
void print_optimized_hourglass(int n) {
if (n % 2 == 0) {
printf("高度必须是奇数!");
return;
}
for (int i = 0; i < n; i++) {
int spaces = abs(n / 2 - i);
int stars = n - 2 * spaces;
for (int j = 0; j < spaces; j++) {
printf(" ");
}
for (int j = 0; j < stars; j++) {
printf("*");
}
printf("");
}
}
int main() {
int n;
printf("请输入沙漏的高度（奇数）：");
scanf("%d", &n);
print_optimized_hourglass(n);
return 0;
}
```