Day 4 : 循環結構（while、do…while、for）

1. 循環結構(while、do…while、for)

1.1. 什麼是循環結構

在平常生活中，會有不少須要反覆執行的事情，好比：每年的4個季節，每一週的7天，每日的3餐，打印機每份文檔打印50份，一圈跑道400米跑3圈，都是在反覆執行的。

再看軟件系統中的需求：

問題1：輸出100行語句，每行語句都同樣，即:

• 行動是成功的階梯，行動越多，登得越高!
• 行動是成功的階梯，行動越多，登得越高!
• 行動是成功的階梯，行動越多，登得越高!

…

問題2：輸出100行語句，每行語句都相似，即:

• 第1,行動是成功的階梯，行動越多，登得越高!
• 第2,行動是成功的階梯，行動越多，登得越高!
• 第3,行動是成功的階梯，行動越多，登得越高!
• …
• 第100,行動是成功的階梯，行動越多，登得越高!

問題3：計算1到50乘以8.88的結果

• 1× 8.88 ＝8.88
• 2 × 8.88 ＝17.76
• 3 × 8.88 ＝26.64
• 4 × 8.88 ＝35.52
• …
• 50 × 8.88 ＝444

諸如此類問題都是在反覆執行的，在軟件系統中能夠經過循環這種語法結構來解決。循環是程序設計語言中反覆執行某些代碼的一種計算機處理過程， 是一組相同或類似語句被有規律的重複性執行。

對於循環來講，須要考慮兩個要素，其一要素爲循環體， 也就是被反覆執行的相同或類似的語句，其二要素爲循環的條件，也就是循環得以繼續執行下去的條件，經常以循環次數的方式體現。

經常使用的循環結構有：while、do-while、for。

1.2. while語句

1.2.1. while語句的執行邏輯

while語句是循環的一種常見語法結構，語法以下：

 

while( boolean表達式 ) {        語句塊；
}

 

while語句的執行過程爲，首先計算boolean表達式的值，然後進行判斷，若值爲true則執行語句塊，語句塊執行完後再次判斷boolean表達式的值，若是爲true則繼續執行語句塊，如此循環往復，直到boolean表達式的值爲false時退出while循環而執行while以後的語句。

1.2.2. while語句的流程圖

while語句的流程圖如圖 - 11所示，須要注意的是，通常狀況下，循環操做中會存在使得循環條件不知足的可能性，不然該循環將成爲「死循環」。「死循環」意味着會一直執行循環體操做，循環後面的語句永遠不會被執行，「死循環」在軟件系統中是須要避免的。

圖 - 11

1.2.3. while語句用於處理循環邏輯

while語句在實際應用中應用比較普遍，經過以下示例體會while語句的執行邏輯：

int age = 1;
while (age<=100) {
System.out.println(「立刻有錢」);
age++;
}

 

上面的語句執行過程以下，首先聲明整型變量age並賦初始值爲1，然後判斷age是否小於等於100，條件爲真，輸出「立刻有錢」並將age的值增1變爲2，再次判斷條件，此時age爲2，依然小於100，再一次輸出「立刻有錢」並將age的值再增1變爲3，以此類推，直到age等於101時，判斷條件爲false，循環結束。

1.2.4. 使用break語句跳出循環

break用在循環體中用於退出循環結構。看以下示例代碼：

int x = 0;
while ( x < 10 ) {
        if ( 5 == x )
    {
            break;
    }
        System.out.println(x);
        x + + ;
}

 

分析上面的代碼得出結論，輸出結果爲0 1 2 3 4，由於當x等於5時執行break語句直接退出循環結構了，即if語句塊後面的輸出x的值以及x++再也不被執行。

1.3. do-while語句

1.3.1. do-while語句的執行邏輯

do-while語句也是循環的一種常見語法結構，語法以下：

do {
        語句塊
} while( boolean表達式 ) ;

 

do-while語句的執行過程爲，先執行語句塊，再判斷boolean表達式，若是爲true則再次執行語句塊，如此循環往復，直到boolean表達式的值爲false時止。也就是說，do-while語句，不管boolean表達式是否爲true，都先執行一次語句塊。

1.3.2. do-while語句的流程圖

do-while語句的流程圖如圖 - 12所示，與while語句同樣，do-while語句也要避免「死循環」的發生。

圖- 12

1.3.3. do-while語句用於處理循環邏輯

do-while語句在實際應用中應用比較普遍， 經過以下示例體會do-while語句的執行邏輯：

int pwd ;
do{
    System.out.print(「請輸入密碼」);
    pwd = scanner.nextInt();
} while ( 123 != pwd) ;

 

上面的語句執行過程以下，首先聲明整型變量pwd，在do語句中提示「請輸入密碼」,接收用戶輸入的數據賦給pwd， 然後判斷123是否不等於pwd，若爲true則執行do語句塊，以此類推，直到123等於pwd時，循環結束。

1.3.4. while和do-while語句的區別

while與do-while都是用於執行循環結構的語句，區別在於，while循環先判斷再執行，而do-while循環先執行一次，再判斷。那麼，當初始狀況不知足循環條件時，while循環就一次都不會執行，而do-while循環無論任何狀況都至少會執行一次。

注意：while和do-while語句的不一樣僅僅體如今第一次就不知足條件的循環中；若是不是這樣的狀況，while與do-while能夠互換。請看以下兩段示例程序：

//示例1：while循環方式
int pwd = 0;
while ( 123 != pwd){
        System.out.print(「密碼：」);
        pwd = scanner.nextInt();
}
//示例2: do-while循環方式
int    pwd ;
do{
        System.out.print(「密碼」);
        pwd = scanner.nextInt();
} while ( 123 != pwd) ;

 

分析示例1與示例2得出結論，運行結果徹底同樣。這是由於兩段代碼第一次的while條件都知足，此時while與do-whlie能夠互換，因此結果徹底同樣。

1.4. for語句

1.4.1. 考慮以下循環問題的相同之處

請考慮以下三個題目的類似之處：

1. 計算從1加到100的值；
2. 計算1+1/3+1/5+…+1/999；
3. 找出從第1號學員到第500號學員中成績大於90的學員。

經過上面的問題能夠看出，如上三個題目都是在有規律的重複執行某個操做，在程序中

考慮使用循環結構來解決。首先須要先找到前面介紹的循環變量，此循環變量在每一次的循環中有規律的發生變化，而且經常做爲判斷是否繼續循環的條件。

首先，看第1個題目，設計循環變量i ，i的值爲1,2,…,100，即：從1開始，每次增1。第二個題目，設計循環變量i , i的值爲1,3,5,…,999，即：從1開始，每次增2。第三個題目，設計循環變量i , i的值爲1,2,…,500，即：從1開始，每次增1。

經過上面的分析，能夠看出，如上的循環都是固定次數的循環，這種狀況，優先考慮使用for語句來實現。

1.4.2. for語句的執行邏輯

for語句是循環中最最經常使用的一種方式。for循環用於將某個語句或語句塊重複執行預約次數的情形。語法以下：

1. for ( 表達式1；表達式2；表達式3 ) {
2. 語句塊（循環體）
3. }

能夠看出，for循環的三個表達式之間經過分號；進行分隔，其執行邏輯以下所示：

1. 計算表達式1的值，一般爲循環變量賦初值；
2. 計算表達式2（表達式2爲邏輯表達式）的值，即判斷循環條件是否爲真，若值爲真則執行循環體一次(語句塊)，不然跳出循環；
3. 執行循環體；
4. 計算表達式3的值，此處一般寫更新循環變量的賦值表達式；
5. 計算表達式2的值，若值爲true則執行循環體，不然跳出循環；
6. 如此循環往復，直到表達式2的值爲false。

1.4.3. for語句的流程圖

for語句流程圖如圖-1所示：

圖- 1

簡單示例以下：

for ( int i = 1 ; i <= 10 ; i + + ) {
        System.out.println( i );
}

 

如上程序的輸出結果爲：1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

分析如上程序的執行過程：首先，初始化i的值爲1，判斷i是否小於等於10，結果爲true，其次，輸出i的值1，而後，執行i的自增1，再判斷i是否小於等於10，結果爲true，執行輸出i的值2，以此類推……輸出i的值10後，執行i的自增1，此爲i爲11，判斷結果爲false，程序終止。

1.4.4. for語句用於實現固定次數循環

for語句經常用於解決固定次數循環的處理，好比說累加和，想求1+2+3+…+100的結果，次數固定執行100次，能夠考慮使用for循環處理，參見以下代碼：

int sum = 0 ;
for ( int i = 1 ; i <= 100 ; i + + ) {
sum += i ;
}
System.out.println(「1到100的和爲：」 + sum ) ;

 

分析上面代碼的執行過程，首先，聲明一個變量用於保存累加和，此變量命名爲sum，賦初始值爲0，然後，for循環從1開始，每次增1，執行100次，循環體中將i的值累加到sum變量中。注意：每次都是在sum的基礎之上加上i，因此使用了sum += i。循環結束後，輸出結果「1到100的和爲：5050「。

瞭解瞭如上題目以後，問：想求10的階乘，即1*2*3*…*10，可不可使用for循環來解決，若是能夠的話要如何解決呢？固然能夠，try！！！

1.4.5. for語句三個表達式特殊用法

首先回顧for語句的語法：

for ( 表達式1；表達式2；表達式3 ) {
語句塊    }

 

經過上面的代碼能夠看出，for語句實現循環時須要3個表達式而且使用分號；分隔，

在實際使用時，for語句能夠有幾種特殊的使用方法：

特殊方式1：表達式1位置內容爲空，看以下代碼：

int sum = 0 ;
int i = 1;
for ( ; i <= 10 ; i + + ) {
        sum += i ;
}
System.out.println(「1到10的和爲：」 + sum ) ;

 

經過上面的代碼能夠看出，雖然省略了表達式1，但只是將它放在了for循環的外面進行聲明，只是位置不一樣而已。在此須要注意一點，即便for語句中不寫表達式1了，表達式2前面的分號；也不能省略。

特殊方式2：表達式3位置內容爲空時，看以下代碼：

int sum = 0 ;
for ( int i = 1 ; i <= 10 ; ) {
sum += i ;
        i + + ;
}
System.out.println(「1到10的和爲：」 + sum ) ;

 

經過上面的代碼能夠看出，雖然省略了表達式3，但也只是將它放在了for循環體之中，只是位置不一樣而已。在此須要注意一點，即便for語句中不寫表達式3了，表達式2後面的分號；也不能省略。

特殊方式3：表達式1,2,3位置內容均爲空時，看以下代碼：

for ( ; ; ) {
System.out.println(「我要學習……」);
}

 

經過上面的代碼能夠看出，如上代碼沒有循環變量、沒有條件控制，所以會形成死循環，而死循環在編寫程序過程當中是必需要避免的，能夠在循環體中添加break跳出循環。

特殊方式4：表達式 1 和 3 位置內容的多樣化

for語句中的三個表達式中表達式1和表達式3可使用逗號表達式，逗號表達式就是經過」，」運算符隔開的多個表達式組成的表達式，從左向右進行計算。看以下示例：

 

for ( int i =1 , j = 6 ; i <= 6 ; i +=2 , j -=2 ) {
System.out.println(「 i , j = 「 + i + 「,」 + j );
}

 

上面的代碼的執行邏輯以下：初始設置i爲1，j爲6，判斷i是否小於等於6，爲真執行循環體，然後執行i+=2，j-=2，即：i增2，j減2。再判斷i是否小於等於6，爲真繼續執行循環體，以此類推，直到條件爲false。本程序的輸出結果爲：

i , j = 1 , 6
i , j = 3 , 4
i , j = 5 , 2

 

1.4.6. 循環中使用break語句

循環中的break語句應用率很廣，break可用於循環語句或switch語句中，其用於循環時，可以使程序終止循環而執行循環後面的語句，經常與條件語句一塊兒使用，看以下代碼：

 

int sum = 0;
for(int i=1; i<=100; i++){
if(sum>=4000){
break;
}
sum += i;
}
System.out.println(sum);

 

上面的程序須要統計1到100的累加和，條件是當和大於等於4000時則終止計算，此案例經過在if語句中使用break實現了for語句的退出，本程序最終sum的值爲：4005。

1.4.7. 循環中使用continue語句

continue語句只能用於循環中，它的做用爲跳過循環體中剩餘語句而執行下一次循環，看以下代碼：

 

int sum = 0;
for(int i=1; i<=100; i++){
if( i % 10 == 3 ){
continue;
}
sum += i;
}
System.out.println(sum);

 

上面的程序須要統計1到100的累加和，條件是跳過全部個位爲3的，此案例經過在if語句中使用continue實現了跳過for語句中剩餘的循環體語句，本程序最終sum的值爲： 4570。