Java for循環(huán)語句

在不少實(shí)際問題中有許多具有規(guī)律性的重復(fù)操作，因此在程序中就需要重復(fù)執(zhí)行某些語句。一組被重復(fù)執(zhí)行的語句稱之為循環(huán)體，能否繼續(xù)重復(fù)，取決于循環(huán)的終止條件。循環(huán)結(jié)構(gòu)是在一定條件下反復(fù)執(zhí)行某段程序的流程結(jié)構(gòu)，被反復(fù)執(zhí)行的程序被稱為循環(huán)體。循環(huán)語句是由循環(huán)體及循環(huán)的終止條件兩部分組成的。

為了幫助大家理解循環(huán)語句存在的意義，我們來看一段代碼：

System.out.println("hello world!");
System.out.println("hello world!");
System.out.println("hello world!");
System.out.println("hello world!");
System.out.println("hello world!");
System.out.println("hello world!");
System.out.println("hello world!");
System.out.println("hello world!");
System.out.println("hello world!");
System.out.println("hello world!");
//...
//...

以上程序的業(yè)務(wù)背景是：輸出100行“hello world!”，如果我們像以上方式進(jìn)行代碼編寫的話，代碼將無法得到重復(fù)使用，大家也可以看到“System.out.println("hello world!")”這行代碼重復(fù)出現(xiàn)，直到輸出100個為止。顯然程序應(yīng)該找一種更好的實(shí)現(xiàn)方式，這個時候我們就可以借助java語言中的循環(huán)語句來實(shí)現(xiàn)了。

java中的循環(huán)語句共包括三個，分別是：for循環(huán)、while循環(huán)、do..while循環(huán)，接下來我們先來學(xué)習(xí)for循環(huán)。

for循環(huán)的語法格式如下圖所示：

圖6-13：for循環(huán)語法結(jié)構(gòu)

對以上for循環(huán)語法結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明：初始化表達(dá)式最先執(zhí)行，并且在整個循環(huán)當(dāng)中初始化表達(dá)式只執(zhí)行一次，布爾表達(dá)式結(jié)果是true或者false，true表示循環(huán)可以繼續(xù)執(zhí)行，false表示循環(huán)結(jié)束，循環(huán)體當(dāng)中的代碼就是需要反復(fù)執(zhí)行的代碼，更新表達(dá)式一般是用來更新某個變量的值，更新操作之后可能布爾表達(dá)式的結(jié)果就不再是true了。那么for循環(huán)的執(zhí)行順序以及原理如下圖所示：

圖6-14：for循環(huán)語句執(zhí)行順序及原理

對于for循環(huán)來說，初始化表達(dá)式、布爾表達(dá)式、更新表達(dá)式都不是必須的，當(dāng)布爾表達(dá)式缺失的時候，沒有條件控制的前提下，會形成死循環(huán)，我們來看一下最簡單的for循環(huán)形式：

for(;;){
	System.out.print("死循環(huán)、");
}

執(zhí)行結(jié)果如下圖所示：

圖6-15：死循環(huán)輸出結(jié)果

最常見的for循環(huán)是怎樣的呢？看以下代碼：

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

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：

圖6-16：for循環(huán)輸出1~10

對以上代碼進(jìn)行分析：首先執(zhí)行int i = 1，并且只執(zhí)行一次，定義初始化變量i，賦值1，然后判斷i <= 10結(jié)果為true，則執(zhí)行循環(huán)體打印i = 1，循環(huán)體結(jié)束之后，執(zhí)行i++，然后i變成了2，繼續(xù)判斷i <= 10結(jié)果為true，則執(zhí)行循環(huán)體打印i = 2，如此循環(huán)執(zhí)行，直到打印i = 10之后，再執(zhí)行i++讓i變成了11，然后判斷i <= 10結(jié)果為false，循環(huán)結(jié)束，這樣就完成了1~10的輸出，當(dāng)然程序不是固定的，大家也可以把條件i <= 10修改為i < 11，這樣也是可以的。

關(guān)于for循環(huán)的使用我們還需要注意初始化變量的作用域，在for循環(huán)當(dāng)中聲明的變量只在for循環(huán)中有效，當(dāng)for循環(huán)結(jié)束之后，初始化變量的內(nèi)存就釋放了/消失了，所以在for循環(huán)之外是無法訪問該變量的，例如以下代碼在編譯的時候就會報錯了：

//在for循環(huán)內(nèi)部聲明的變量i只在for循環(huán)中可見/有效
for(int i = 1; i <= 10; i++){
	System.out.println("i = " + i);
}
//這行編譯報錯，i變量不存在
System.out.println("i = " + i);

當(dāng)然，這樣寫就不會報錯了：

public static void test(){
	//變量的聲明位置放到了for循環(huán)之外
	int i = 1;
	for(; i <= 10; i++){
		System.out.println("i = " + i);
	}
	//這里就可以訪問變量i了
	System.out.println("i = " + i);
}

為什么這樣寫就可以了呢？那是因?yàn)閕變量的作用域已經(jīng)被擴(kuò)大了，不再只是for循環(huán)中可以使用，for循環(huán)之外也可以使用，換句話說，以上的for循環(huán)結(jié)束之后i變量的內(nèi)存并不會被釋放。后續(xù)的程序可以繼續(xù)使用。i變量的作用域是在整個test()方法中都有效，直到test()方法執(zhí)行結(jié)束的時候才會釋放i變量的內(nèi)存空間。

接下來我們再來看看for循環(huán)還有哪些其它的寫法：

for(int i = 10; i > 0; i--){
	System.out.println("i = " + i);
}
System.out.println("-------------分割線---------------");
for(int i = 10; i > 0; i -= 2){
	System.out.println("i = " + i);
}
System.out.println("-------------分割線---------------");
for(int i = 100; i >= 10; i /= 3){
	System.out.println("i = " + i);
}

以上程序運(yùn)行結(jié)果，請看下圖：

圖6-17：for循環(huán)的其它編寫方式執(zhí)行結(jié)果

接下來，我們再使用for循環(huán)實(shí)現(xiàn)1~100所有數(shù)字的求和，實(shí)現(xiàn)思路是：定義變量i，初始值從1開始，每循環(huán)一次加1，這樣就可以取到1~100的每一個整數(shù)了，那么求和怎么做呢？求和就是將1~100的每一個整數(shù)累加，這必然需要提前定義一個變量，使用變量實(shí)現(xiàn)累加，例如：a += 1，a += 2，a += 3...，代碼如下所示：

int sum = 0;
for(int i = 1; i <= 100; i++){
	sum += i;
}
System.out.println("sum = " + sum);

運(yùn)行結(jié)果如下所示：

圖6-18：1~100所有整數(shù)求和

通過以上程序我們可以學(xué)到什么？編程語言當(dāng)中的累加可以使用擴(kuò)展類賦值運(yùn)算符+=來實(shí)現(xiàn)，另外sum變量為什么定義到for循環(huán)外面，而不是定義到循環(huán)體當(dāng)中呢？那是因?yàn)楫?dāng)定義到循環(huán)體內(nèi)之后，每一次循環(huán)體在執(zhí)行的時候，都會重新定義sum變量，這樣會讓sum變量歸0，無法達(dá)到累加的效果。

接下來，我們在以上程序的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)1~100所有奇數(shù)的和，編程思路是：在累加之前先判斷變量i是否為奇數(shù)，如果是奇數(shù)則累加，這就需要在sum += i外面套一個if語句進(jìn)行控制，代碼如下所示：

int sum = 0;
for(int i = 1; i <= 100; i++){
	if(i % 2 != 0){
		sum += i;
	}
}
System.out.println("sum = " + sum);

運(yùn)行結(jié)果如下所示：

圖6-19：1~100所有奇數(shù)和的執(zhí)行結(jié)果

其實(shí)以上的方式是將每一個數(shù)字取出來，然后再判斷是否為奇數(shù)，這種方式會導(dǎo)致循環(huán)次數(shù)達(dá)到100次，實(shí)際上可以換成另外一種解決方案，假設(shè)從1開始，每次累加2，那么每次取出的數(shù)字為1,3,5...，這樣正好每次取出的數(shù)字都是奇數(shù)，可以直接累加了，這樣循環(huán)的次數(shù)基本上會減半，效率則提高了，這種代碼既優(yōu)雅，又高效。請看以下代碼：

int sum = 0;
for(int i = 1; i < 100; i += 2){
	sum += i;
}
System.out.println("sum = " + sum);

運(yùn)行結(jié)果如下所示：

圖6-20：1~100所有奇數(shù)和的執(zhí)行結(jié)果

以上演示的所有循環(huán)都是單層的，循環(huán)當(dāng)中可以嵌套循環(huán)嗎？答案是：當(dāng)然可以，之前我們就說過所有控制語句都是可以嵌套使用的，當(dāng)循環(huán)A中嵌套循環(huán)B的時候就等于在A循環(huán)體中的代碼是B循環(huán)。其實(shí)大家在學(xué)習(xí)循環(huán)嵌套的時候完全沒必要特殊化對待，完全可以把A循環(huán)體當(dāng)中的B循環(huán)看做是一段普通的java代碼。接下來我們看一段代碼：

//循環(huán)5次（B循環(huán)）
for(int i = 1;i <= 5; i++){
	System.out.print("i = " + i + ",");
}

System.out.println();

//循環(huán)2次（A循環(huán)）
for(int j = 1;j <= 2; j++){
	System.out.print("j = " + j + ",");
}

System.out.println();

//將B循環(huán)放到A循環(huán)體當(dāng)中
for(int j = 1;j <= 2; j++){ //A循環(huán)(2次)
	
	for(int i = 1;i <= 5; i++){ //B循環(huán)(5次)
		
		System.out.print("i = " + i + ",");
		
	}
}

運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：

圖6-21：for循環(huán)嵌套

分析以上for循環(huán)嵌套，請看下圖：

圖6-22：for循環(huán)嵌套分析

分析循環(huán)嵌套的小竅門，如下圖所示：

圖6-23：for循環(huán)嵌套小竅門

學(xué)習(xí)了for循環(huán)嵌套的使用，我們一起來寫一下經(jīng)典的九九乘法表，九九乘法表的結(jié)構(gòu)大家還記得嗎，我們一起來回顧一下小學(xué)的知識（嘿嘿）：

圖6-24：九九乘法表結(jié)構(gòu)

通過觀察九九乘法表結(jié)構(gòu)我們可以看出來它有9行，所以可以得出一定需要以下代碼：

public static void main(String[] args) {
	for(int i = 1; i <= 9; i++){
		System.out.println("i = " + i);
	}
}

運(yùn)行結(jié)果如下：

圖6-25：九九乘法表9行

觀察上圖我們可以得出i是行號，那么再次觀察九九乘法表的規(guī)律得知，第1行1個式子，第2行2個式子，第3行3個式子...，第9行9個式子，那么結(jié)論是第i行有i個式子，以上循環(huán)確定為外層循環(huán)，共循環(huán)9次，外層循環(huán)每循環(huán)一次要保證能夠輸出九九乘法表的1整行。那么輸出九九乘法表1整行的時候又需要一個循環(huán)進(jìn)行控制，而且這個循環(huán)被放到內(nèi)部，循環(huán)的次數(shù)隨著行號的變化而變化。代碼如下所示：

for (int i = 1; i <= 9; i++) {

	for (int j = 1; j <= i; j++) {

		System.out.print(i * j + " ");

	}

	System.out.println();

}

運(yùn)行結(jié)果如下所示：

圖6-26：九九乘法表每個表達(dá)式的執(zhí)行結(jié)果

分析以上代碼，請看下圖：

圖6-27：分析九九乘法表程序

接下來我們在每一個“結(jié)果”前添加“i * j = ”，代碼如下所示：

for (int i = 1; i <= 9; i++) {

	for (int j = 1; j <= i; j++) {

		System.out.print(i + "*" + j + "=" + i * j + " ");

	}

	System.out.println();

}

運(yùn)行結(jié)果如下所示：

圖6-28：九九乘法表運(yùn)行結(jié)果

通過以上代碼的學(xué)習(xí)，需要每位讀者能夠掌握什么是循環(huán)，為什么要使用循環(huán)，for循環(huán)的語法結(jié)構(gòu)是什么，for循環(huán)的執(zhí)行順序以及原理是什么，嵌套的for循環(huán)又應(yīng)該怎么理解，大家也可以挑戰(zhàn)一下三層for循環(huán)嵌套，或者更多。總之for循環(huán)在實(shí)際開發(fā)中使用非常頻繁，大家務(wù)必掌握。