В Java, как и практически в любом языке программирования, имеются инструменты для обеспечения многократного повторения определенного фрагмента кода, или, как их принято называть, циклов. Циклы в Java представлены такими операторами, как for и while, а также их разновидностями. Как правило, циклы используются для прохода по одномерным и многомерным массивам и итерируемым структурам данных (в т.ч. коллекциям) с целью нахождения определенных элементов и дальнейших операций с ними. Однако это не единственный способ применения такого инструмента, как цикл Java. Примеры использования будут приводиться по мере их рассмотрения.
Цикл while Java: описание и примеры
Основополагающим оператором цикла в Java является while. Фрагмент кода, заключенный в его теле, будет повторяться до тех пор, пока условие выражения, заключенного в скобки после него, будет удовлетворять логическому значению истинности. Общая форма оператора while имеет следующий вид:
while(условие) {
//тело цикла
}
Как только значение логического условия перестанет быть истинным, заключенный в тело цикла код перестанет выполняться и управление передастся идущей сразу после него строке.
Для наглядности давайте разберем пример, представленный на рисунке ниже:
Объявленная переменная count изначально имеет значение 1. Далее мы видим логическое выражение, заключенное в скобки после названия оператора. Оно будет истинным, т.е. возвращать значение true, до тех пор, пока значение переменной count будет меньше или равно 10. В теле цикла с каждым проходом (итерацией) значение переменной увеличивается на 1 и выводится на консольный экран. Обратите внимание на то, что когда значение переменной достигло 11, цикл прекратил работу.
Если бы значение переменной count изначально равнялось 11, то условие цикла было бы ложным, и программа даже не зашла бы в его тело.
Стоит отметить, что синтаксис Java позволяет использовать оператор while без тела. Приведем пример. Допустим, у нас есть две переменные i = 100 и j = 200, перед нами стоит задача программно вычислить их среднее арифметическое – для этого можно использовать «пустотелый» while:
while(++i < --j);
В результате значение любой из двух переменных будет равно среднему их изначальных значений. Как видите, цикл прекрасно отработал без тела и выполнил все необходимые действия в условном выражении.
Цикл do-while
В предыдущих примерах если условное выражение изначально возвращало значение false, то выполнение программы проигнорировало бы тело цикла и пошло дальше. Однако часто возникают ситуации, в которых выполнение кода, содержащегося в теле цикла, обязательно хотя бы единожды независимо от истинности условного выражения. Иными словами бывает так, что проверять истинность условного выражения требуется не в начале, а в конце цикла. Такую функциональность может обеспечить разновидность цикла while под названием do-while. Он имеет следующую форму:
do {
//тело цикла
} while(условие);
Как мы видим, сначала на выполнение идет тело цикла, и лишь потом проверяется истинность условия – и так каждую итерацию.
Код, приведенный выше, отработает примерно так же, как в случае с обычным while. Однако если бы мы присвоили переменной count значение 11, тело цикла все равно выполнилось бы один раз, перед тем как оператор смог проверить истинность выражения.
Описание и примеры for – Java цикл
Цикл for представляет собой универсальную и эффективную языковую форму в Java. До пятой версии Java SDK была только одна традиционная форма оператора for, а после появилась новая – for each. В данном разделе мы ознакомимся с традиционной формой оператора. for Java цикл имеет следующий вид:
Перед тем как управление передастся коду в теле цикла, сначала выполняется инициализация переменной i, выступающей в качестве счетчика. Далее проверяется условное выражение, в котором счетчик сравнивается с определенным значением, и если оно возвращает true, тело цикла выполняется. Затем значение счетчика изменяется на заранее заданный шаг и опять проверяется условное выражение, и так до тех пор, пока условие не станет ложным. Блок-схема ниже иллюстрирует все этапы работы цикла.
Для лучшего понимания приведем пример того, как работает for Java цикл:
Мы видим, что в качестве счетчика используется переменная loopVal. После каждой итерации цикла ее значение будет прирастать на 1, и это будет происходить до тех пор, пока оно не достигнет 11. Обратите внимание, что управляющую переменную можно объявлять и за пределами оператора for, но если вы не собираетесь использовать эту переменную нигде кроме как в цикле, рекомендуется объявлять ее непосредственно в операторе. Имейте в виду, что объявленная в самом операторе переменная имеет область видимости в пределах этого самого цикла.
Бывают ситуации, когда требуется объявить несколько управляющих циклом переменных. For Java цикл позволяет указывать две и более переменные через запятую, причем делать это как при их инициализации, так и при итерации. Такой оператор будет иметь следующий вид:
for(int i = 1, int j = 10; i < j; ++i, --j) {}
При каждой итерации значение переменной i будет увеличиваться на 1, а значение переменной j уменьшаться на 1. Итерации будут выполняться до тех пор, пока i не станет больше или равно j.
Особенности применения оператора for
Цикл for представляет собой довольно гибкую конструкцию, поскольку все три его части (инициализацию, условие и инкремент/декремент) можно использовать не по прямому назначению. К примеру, вместо условного выражения с управляющей переменной можно подставить любую логическую переменную.
boolean exit = false;
for (int i = 0; !exit; ++i) {
exit = true;
}
На примере выше мы можем наблюдать, как работа цикла абсолютно не зависит от управляющей переменной i и количество итераций зависит исключительно от того, в какой момент переменная exit примет значение true. Более того управляющую переменную можно и вовсе убрать из цикла и это никак не отразится на его работе: for( ; !exit; ) {}. Хотя это и не самый разумный способ программирования, иногда это может быть полезным. Главное - предусмотреть ситуацию, в которой переменная примет нужное для выхода из цикла значение, чтобы не превратить его в бесконечный.
For Java цикл может быть объявлен и таким способом: for( ; ; ) {}. Это типичный пример бесконечного цикла с особыми условиями прерывания. О том, каким же образом прерывать такого рода циклы, мы поговорим немного позже.
Цикл в стиле for each
Цикл foreach Java всегда применяется для последовательного перебора элементов массива или какой-либо структуры данных и выполнения над ними определенных повторяющихся операций. Пример данной формы оператора for представлен ниже:
В качестве итерационной переменной объявляется name, а объявленный ранее массив строк names выступает вторым аргументом оператора. Переменная name будет поочередно принимать значения каждого элемента массива, пока все его элементы не будут извлечены. Следует отметить, что тип переменной должен быть совместимым с типом элементов, которые хранятся в массиве. Также переменная name доступна исключительно для чтения и попытка ее изменения не приведет к изменению самого элемента в массиве.
Операторы прерывания цикла
Существует три оператора прерывания цикла: break, return и continue. Первые два способны полностью прервать работу цикла, а continue прерывает лишь работу текущей итерации. Если вы используете в своем коде умышленно бесконечный цикл Java, данные операторы обязательно должны в нем присутствовать. Рассмотрим простой пример использования break:
Хотя в данном операторе for предусмотрено 11 итераций, выполнится только 8, поскольку, когда счетчик i будет равен 7, сработает условие, в теле которого имеется оператор break.
Оператор return действует аналогичным образом, с тем отличием, что он не только обеспечивает выход из цикла Java, но и из метода, в который помещен этот цикл.
Использование break в качестве goto
Следует иметь в виду, что break прерывает работу только того цикла, в теле которого он непосредственно находится, т.е. если вы используете его во вложенном цикле, то внешний цикл не прекратит своей работы. Для этого оператор break можно использовать в качестве цивилизованной формы goto.
В этом варианте данный оператор используется в связке с меткой, которая позволяет организовывать выход не только из циклов, но и из любого блока кода. Метка представляет собой именованный соответствующим образом идентификатор с двоеточием после него. Метка объявляется в начале помечаемого блока кода. Чтобы прервать выполнение помеченного блока, в нужном месте необходимо объявить: break имя_метки. Рассмотрим пример на рисунке ниже:
В коде объявлено три блока с именами меток One, Two и Three соответственно. Оператор break с меткой Two вложен во все три блока, но при его срабатывании программа выйдет из блоков Three и Two и продолжит выполнение в блоке One. Т.е. в консоли мы увидим два сообщения: Three и One.
Заключение
Мы ознакомились с понятием циклов в Java, главными операторами while и for, а также их формами do-while и for each соответственно. Для лучшего понимания рекомендуем проделать упражнения с применением данных операторов в различных формах, а также различных способов их прерывания и перехода из одного блока в другой.
