diff --git a/docs/courses/java/01-Java语法入门/10-循环结构.md b/docs/courses/java/01-Java语法入门/10-循环结构.md new file mode 100644 index 000000000..1f751a645 --- /dev/null +++ b/docs/courses/java/01-Java语法入门/10-循环结构.md @@ -0,0 +1,629 @@ +--- +title: 循环结构 +author: 查尔斯 +date: 2020/10/08 8:24 +categories: + - Java基础快速入门 +tags: + - Java + - Java基础 +--- + +# 循环结构 + +## 前言 + +**C:** 在 [《控制语句和流程图》](./07-控制语句和流程图)篇中,笔者介绍了三种控制语句,每种控制语句都有它能解决的问题范围。例如:顺序控制语句可以解决“流水‘步骤,选择控制语句可以解决条件判断问题。 + +本篇我们要学习最后一种控制语句:循环控制语句。它可以用来解决业务中的重复、有规律性的问题。 + +![202010080736666](../../../public/img/2020/10/08/202010080736666.gif) + + + +## 什么是循环 + +### 生活 + +::: tip 循环 [circulate;circle] +- 以环形、回路或轨道运行; +- 沿曲折的路线运行; +- 特指运行一周而回到原处,再转。 +- 或说反复地连续做某事。 +::: + +计算机程序是来源于生活程序的。生活中,我们上班、上学、坚持某个习惯等都算是一个循环过程。 + +![202010080737123](../../../public/img/2020/10/08/202010080737123.png) + +甚至,在近两年的日常发言方面还有一个梗:“人类的本质是复读机”。 + +![202010080737815](../../../public/img/2020/10/08/202010080737815.jpeg) + +### 计算机 + +生活中有循环需求,在计算机程序中,类似的需求也是数不胜数的。 + +::: tip 笔者说 +在不少实际问题中有许多具有规律性的重复操作,因此在程序中就需要重复执行某些语句。循环结构是在一定条件下反复执行某段程序的流程结构,被反复执行的程序被称为循环体(循环操作)。[1] +::: + +**案例需求:熊大 Java 考试成绩未达到自己的目标。为了表明自己勤奋学习的决心,他决定写一百遍“好好学习,天天向上!”** + +这么有上进心的学生,真是令老师喜欢!那如何用 Java 代码来实现输出100遍 ”好好学习,天天向上” 呢? + +![202010080737888](../../../public/img/2020/10/08/202010080737888.png) + +好像没什么毛病,如果掌握了 Ctrl+C 和 Ctrl+V,就变得更加简单了。但是如果现在这位有上进心的学生,决定写10000遍呢?哪怕是用CV大法,这代码工作量也是吓坏个人 ! + +好在,Java 语言为我们准备了三种循环结构语法,它们都可以轻松解决此需求,接下来一起去看看吧。 + +## while循环 + +while 循环是一种经典的循环结构语法,不仅仅是在 Java 语言中,其他的编程语言中也有类似的概念和语法。 + +![202010080738759](../../../public/img/2020/10/08/202010080738759.png) + +### 语法 + +它的语法,宽松来讲包含两个组成,和 if 选择结构非常相似。 + +- 循环条件 +- 循环体 + +```java +while (循环条件) { + 循环体/循环操作 +} +``` + +从流程图中,我们可以看出它和选择结构的主要区别在于: **当条件成立且执行完操作后,它不会直接结束,而是会再次进入条件判断,直到条件不成立为止。** + +![202010080738975](../../../public/img/2020/10/08/202010080738975.png) + +### 使用 + +接下来我们通过案例来掌握一下使用步骤。 + +::: details 案例需求1:解决上方熊大的问题。 +**思路分析:** + +1. 此案例为重复性步骤需求,采用循环控制语句解决 + +2. 要应用 while 循环,需要先确定此案例中,循环的两个固定组成部分 + + - 循环条件:`<= 100` + + - 循环操作:输出 "好好学习,天天向上" + +3. 套用 while 循环的语法来编写代码 + + 宽松的语法只考虑循环条件和循环操作即可。但为了让各位同学编写代码时可以形成一个完整步骤思路,笔者对语法步骤做了扩展,扩展为了4部分,这样你在用循环解决问题时,就直接可以去思考4部分的组成。 + + - 初始化 循环变量:为循环条件表达式,准备一个起始变量 + + - 循环条件 + + - 循环操作 + + - 循环出口:对循环条件表达式中的变量进行变化,让循环可以在指定时机结束 + +4. 检查是否正常在业务完成后退出循环 + +(上方这多出来的两个组成,其实是为了补齐循环条件的使用。) +::: + +**代码实现:** + +```java +// 1.初始化 循环变量 +int i = 1; + +// 2.循环条件 +while (i <= 100) { + // 3.循环操作 + System.out.println("第" + i + "遍:好好学习,天天向上!"); + // 4.循环出口 + // 借助变量 i 来作循环条件,如果 i 的值不变动,会出现死循环 + i += 1; +} +``` + +::: tip 笔者说 +你看应用循环结构语法之后,简单的几行代码就搞定了原来的问题。而且如果要更改输出的次数,只需要改一下循环条件部分即可。 +::: + +::: details 案例需求2:实现打印50份试卷。 +**思路分析:** + +1. 此案例为重复性步骤需求,采用循环控制语句解决 +2. 要应用 while 循环,需要先确定此案例中,循环的两个固定组成部分 + - 循环条件:`<= 50` + + - 循环操作:打印试卷 +3. 套用 while 循环的语法来编写代码 +4. 检查是否正常在业务完成后退出循环 +::: + +**代码实现:** + +```java +// 1.初始化 循环变量 +int i = 1; + +// 2.循环条件 +while (i <= 50) { + // 3.循环操作 + System.out.println("正在打印第" + i + "份试卷"); + // 4.循环出口 + i += 1; +} +``` + +## do-while循环 + +**案例需求:老师每天检查张浩的学习任务是否合格,如果不合格,则继续进行。老师给熊二安排的每天的学习任务为:上午阅读教材,学习理论部分,下午上机编程,掌握代码部分。** + +这个需求,大致一看可确定也是采用循环来解决,其中循环的两个要素: + +- 循环条件:检查不合格继续进行 + +- 循环操作:学习任务(上午阅读教材,学习理论部分,下午上机编程,掌握代码部分) + +但是我们发现,该案例与刚才的两个案例,有显著不同的地方: + +- 逻辑顺序:它的逻辑是先进行学习任务(循环操作),然后再由老师检查(循环条件)。 +- 条件复杂:它的条件也不再是普通次数递增,而是判断是否合格。 + +面对此需求,条件复杂倒是可以更改相应变量即可,但逻辑顺序方面却无法与 while 循环的流程相符( **while 循环是先执行判断,再进行循环操作** )。因此,Java 语言提供的第二种循环结构语法可以派上用场了: `do-while` 循环。 + +### 语法 + +```java +do { + 循环体/循环操作 +} while (循环条件); +``` + +从流程图中,我们可以看出:`do-while` 循环的执行讲究一个先 do(循环操作),然后再执行循环条件。而且 **无论条件是否能成立,它至少会执行一次循环操作** 。 + +![202010080739706](../../../public/img/2020/10/08/202010080739706.png) + +### 使用 + +我们来使用 `do-while` 解决下熊二的问题。 + +```java +Scanner input = new Scanner(System.in); + +// 1.初始化循环变量 +String result; +// 套用do-while语句 +do { + // 2.循环操作 + System.out.println("熊二上午阅读教材,学习理论部分。"); + System.out.println("熊二下午上机编程,掌握代码部分。"); + // 3.循环出口 + System.out.print("老师检查是否合格(y/n):"); + result = input.next(); +} while ("n".equals(result)); // 4.循环条件 + +System.out.println("今日学习圆满!"); +``` + +## for循环 + +学完了 while 系列的循环语法,接下来笔者再带你认识最后一种循环语法:for循环。 + +### Why? + +**for循环是我们后期高频次使用的一种循环语法!** 为什么高频使用,一定有缘由,看看下方 “输出100遍,好好学习” 实现对比! + +```java +// =============while循环============= +// 1.初始化 循环变量 +int i = 1; + +// 2.循环条件 +while (i <= 100) { + // 3.循环操作 + System.out.println("第" + i + "遍:好好学习,天天向上!"); + // 4.循环出口 + // 借助变量 i 来作循环条件,如果 i 的值不变动,会出现死循环 + i += 1; +} +``` + +```java +// =============for循环============= +for (int i = 1; i <= 100; i += 1) { + System.out.println("第" + i + "遍:好好学习,天天向上!"); +} +``` + +显而易见,**在循环次数固定的情况下,for 循环比while 循环更简洁** 。 + +### 语法 + +for 循环的语法要更加简洁,更加灵活,但是上方总结的循环四要素是没有变化的。只不过它要求我们将循环中经常忘却的几个组成要素,先指定好,这样就可以更专注于循环操作了。所以你可以将 for 循环理解为是 while 循环的延伸。(就像多重 if 延伸为 switch 选择结构一样) + +::: tip 笔者说 +对于笔者个人来讲,如果 for 和 while 都能解决的问题,我更偏向于 for 的使用。因为在使用 while 循环时,自上而下的编写代码,经常忘却的就是循环出口。 +::: + +```java +for (初始化 循环变量; 循环条件; 循环出口) { + 循环体/循环操作 +} +``` + +### 使用 + +::: details 案例需求1:循环输入某同学期末考试的5门课成绩,并计算平均分。 +**思路分析:**(平均分:总成绩 / 数量) + +1. 此案例为重复性步骤需求,采用循环控制语句解决 +2. 确定此案例中,循环的两个固定组成部分 + + - 循环条件:`<= 5` + - 循环操作:输入每门课成绩,并累加求和(+=) +3. 由于是固定次数循环,套用 for 循环的语法来编写代码 + + - 初始化 循环变量:为循环条件表达式,准备一个起始变量 + - 循环条件 + - 循环操作 + + - 循环出口:对循环条件表达式中的变量进行变化,让循环可以在指定时机结束 +4. 检查是否正常在业务完成后退出循环 +::: + +![202010080739719](../../../public/img/2020/10/08/202010080739719.png) + +**代码实现:** + +```java +Scanner input = new Scanner(System.in); + +System.out.print("请输入学生姓名:"); +String name = input.next(); + +// 定义变量存储成绩和 +double sum = 0; + +// 输入每门课成绩 +for (int i = 1; i <= 5; i++) { + System.out.print("请输入第" + i + "门课的成绩:"); + double score = input.nextDouble(); + // 累加成绩和 + sum += score; +} + +// 计算平均分,平均分 = 成绩和 / 课数量 +double avg = sum / 5; +System.out.println(name + "的平均分为:" + avg); +``` + +::: details 案例需求2:输出如图所示加法表。 +**思路分析:** + +1. 此案例为重复性步骤需求,采用循环控制语句解决 + +2. 确定此案例中,循环的两个固定组成部分 + + - 循环条件:`<= 输入的值` + - 循环操作:要输出加法运算 + 加法运算的两个操作数 + - 第一个操作数:从0递增到你输入的值 + - 第二个操作数:从你输入的值递减到0 + +3. 由于是固定次数循环,套用 for 循环的语法来编写代码 + + - 初始化 循环变量:为循环条件表达式,准备一个起始变量 + - 循环条件 + - 循环操作 + - 循环出口:对循环条件表达式中的变量进行变化,让循环可以在指定时机结束 + +4. 检查是否正常在业务完成后退出循环 +::: + +![202010080739888](../../../public/img/2020/10/08/202010080739888.png) + +**代码实现:** + +```java +Scanner input = new Scanner(System.in); + +System.out.print("请输入一个值:"); +int num = input.nextInt(); + +System.out.println("根据这个值可以输出以下加法表:"); +// 套用 for 语法 +// 注意:int i = 0, j = num; 这也是变量定义的方式,但不常用 +for (int i = 0, j = num; i <= num; i++, j--) { + System.out.println(i + " + " + j + " = " + (i + j)); +} +``` +或者是: +```java +Scanner input = new Scanner(System.in); + +System.out.print("请输入一个值:"); +int num = input.nextInt(); + +System.out.println("根据这个值可以输出以下加法表:"); +// 套用 for 语法 +// 定义两个计算变量 +int i = 0; +int j = num; +for (; i <= num;) { + System.out.println(i + " + " + j + " = " + (i + j)); + // 循环出口 + i++; + j--; +} +``` + +### 注意事项 + +- for 循环的三大项都可以省略,但是两个 `;` 号不能省!省略了三大项之后,就成了死循环。 +- for 循环中的初始化变量和循环出口可以单独拿出来,比如为了提升变量作用域的情况。 +- for 循环只能用于循环次数固定的场景。 + +## 三种循环的区别 + +执行顺序区别: + +- while 循环:先判断再执行 +- do-while 循环:先执行再判断。初始情况不满足循环条件时,do-while 至少也会执行一次。 +- for 循环:先判断再执行 + +适用情况区别: + +- 循环次数固定的情况,通常选用 for 循环 +- 循环次数不确定的情况,通常选用 while 或 do-while 循环 + +## 死循环 + +上方介绍循环时,笔者大量提到了一个概念:死循环。死循环,就是当你循环没有出口,导致循环无法结束的一种现象。 + +下方是最简单的三种死循环代码,但只要循环条件或循环出口的错误或缺失,其实都会导致死循环出现。 + +```java +while (true) { + +} +``` + +```java +do { + +} while (true); +``` + +```java +for (;;) { + +} +``` + +按理说死循环是不好的情况,但正如:“功法没有正邪之分,主要看使用者。“ 合理使用死循环会让你的程序编写更加便捷。 + +例如:当你 **不知道一个循环什么时候结束的时候**,使用死循环会更加合适。但一般它要配合跳转语句来使用。 + +### 跳转语句 + +#### break + +生活中参加长跑比赛,如果在比赛过程中身体不支/不适,是可以退出比赛的。 + +而程序中,也有需要在指定的情况下就不要再执行循环的需求,这时候跳转语句们就可以灵活的调度这个循环流程。 + +`break` 关键字,在 switch 语句中我们就见过,表示中断的意思。它还可以使用在三大循环结构中,此时它表示 **结束当前所在的循环流程,跳转到循环块外的下一条语句** 。 + +```java +// 伪代码:4000米长跑 +for (int i = 0; i < 10; i++) { + if (体力不支) { + // 退出比赛 + break; + } +} +``` + +**案例需求:循环录入某学生5门课的成绩并计算平均分,如果某分数录入为负,停止录入并提示录入错误。** + +![202010080739999](../../../public/img/2020/10/08/202010080739999.png) + +该需求,就是刚才 for 循环中实现过的案例,只不过是增加了些许要求。 + +```java +Scanner input = new Scanner(System.in); + +System.out.print("请输入学生姓名:"); +String name = input.next(); + +double sum = 0; + +// 提升作用域 +// 如果 i 定义在for循环块中,那它就只能在for循环块中使用。 +int i = 1; +for (; i <= 5; i++) { + System.out.print("请输入第" + i + "门课的成绩:"); + double score = input.nextDouble(); + // 如果输入了负数,提示错误并结束循环 + if (score < 0) { + System.out.println("分数录入错误!请重新开始录入!"); + break; + } + sum += score; +} + +// 提前结束循环则不需要进行平均分计算 +if (i > 5) { + double avg = sum / 5; + System.out.println(name + "的平均分为:" + avg); +} +``` + +#### continue + +除了 `break` 之外,还有一个跳转语句:`continue`。顾名思义,它的作用是 **跳过本次循环体中余下尚未执行的语句,立即进行下一次的循环条件判定,可以理解为仅结束本次循环** 。 + +**案例需求:使用循环 + continue实现,循环录入 Java 课的学生成绩,统计分数大于等于80分的学生比例。** + +![202010080740608](../../../public/img/2020/10/08/202010080740608.png) + +```java +Scanner input = new Scanner(System.in); + +System.out.print("请输入班级总人数:"); +int num = input.nextInt(); + +// 设 >= 80分的学生人数 +int count = 0; +for (int i = 1; i <= num; i++) { + System.out.print("请输入第" + i + "位学生的成绩:"); + double score = input.nextDouble(); + // 统计成绩 >= 80分以上的学生人数 + if (score < 80) { + // 结束本次循环,进入下一次循环 + continue; + } + // 累加人数 + count ++; +} + +// 计算 +double percent = count * 1.0 / num * 100; +System.out.println("80分以上的学生人数为:" + count); +System.out.println("80分以上的学生所占的比例为:" + percent + "%"); +``` + +::: tip 笔者说 +这个案例,continue不是必须的,我们也可以把统计人数部分代码更换为: + +```java +if (score > 80) { + count ++; +} +``` +::: + +### 死循环 + 跳转语句 + +好了,再介绍完跳转语句,笔者给大家介绍一种死循环结合跳转语句,实现重复输入的应用。 + +- 死循环的使用,可以令程序不结束永远执行下去 +- break的使用,可以结束该循环 +- continue的使用,可以结束本次循环,进入下次循环 + +![202010080741306](../../../public/img/2020/10/08/202010080741306.png) + +```java +Scanner input = new Scanner(System.in); + +while (true) { + System.out.print("请输入用户名:"); + String username = input.next(); + System.out.print("请输入用户密码:"); + String password = input.next(); + // 失败重输 + if (!("admin".equals(username) + && "abcd123".equals(password))) { + System.out.println("登录失败!请重新输入!"); + // 结束本次循环,进入下次循环 + continue; + } + // 结束死循环 + break; +} + +System.out.println("登录成功!"); +``` + +::: tip 笔者说 +是不是感觉稍微有些烧脑了?多写几次就好了!它还可以写成下方这种。 + +但笔者 **个人** 还是比较喜欢死循环的写法,只要"时机"到了,随时结束或进入下一次,很直接,很纯粹,很果断。 + + +::: + +```java +Scanner input = new Scanner(System.in); + +boolean flag; +do { + // 初始化 循环变量 + // 初始为true,只有当登录成功才将flag状态改为false以结束循环 + flag = true; + + System.out.print("请输入用户名:"); + String username = input.next(); + System.out.print("请输入用户密码:"); + String password = input.next(); + // 失败重输 + if ("admin".equals(username) + && "abcd123".equals(password)) { + System.out.println("登录成功!"); + // 更改循环状态 + flag = false; + } else { + System.out.println("登录失败!请重新输入!"); + } +} while (flag); +``` + +## 出题环节 + +### 计算和 + +::: details 需求:使用 while、do-while 以及 for 循环三种编程方式分别实现:计算100以内(包括100)的偶数之和。 + +提示:偶数,能够被 2 整除的数字被称为偶数。例如:4 % 2 == 0,4为偶数。 +::: + +### 打印数列 + +**需求:** 使用循环输出 100、95、90、85、.......5。 + +### 输出所有的水仙花数 + +::: details 需求:使用单层循环实现所有水仙花数的输出。 +**提示:什么是水仙花数?** + +1. 水仙花数都是三位数 + +2. 水仙花数的个位的立方 + 十位立方 + 百位立方 = 水仙花数字本身 +::: + +### 输出星期数 + +**需求:** 从键盘输入一位整数,当输入1 ~ 7 时,输出"星期一" ~ "星期日"。 + +- 输入其他数字时,提示用户重新输入。 +- 输入数字0,程序结束 + +![202010080741825](../../../public/img/2020/10/08/202010080741825.png) + +## 参考文献 + +[1]张桂珠、张平、陈爱国.Java面向对象程序设计(jdk1.6)第三版:北京邮电大学出版社,2005 + +## 后记 + +我想,学完这一篇的同学们一定会开始有些许头疼。因为循环它开始变得有所抽象,简单的几行代码却要表述出成百上千次操作,循环操作越是复杂,那需要的空间思维越是庞大,不过别担心,下一篇,笔者解救你。 + +另外,笔者在本篇给相同的需求,反复给出不同的解决方法,这对于初次学习,以及"刻板化"学习的同学会有些难受,因为不知道选择哪个了。 + +::: tip 笔者说 +实际上,生活从来不是一个"刻板化"的步骤,生活中遇到的问题也不总是“刻板化”的来解决,程序亦是如此,千人千面,千题千解。 + +笔者给你一个个人建议,根据自身情况,先选择一种最喜欢的解决方法,然后当这种解决方法怎么都无法解决问题的时候,考虑下另一种或更多种。 +::: + +::: info 笔者说 +对于技术的学习,笔者一贯遵循的步骤是:先用最最简单的 demo 让它跑起来,然后学学它的最最常用 API 和 配置让自己能用起来,最后熟练使用的基础上,在空闲时尝试阅读它的源码让自己能够洞彻它的运行机制,部分问题出现的原因,同时借鉴这些技术实现来提升自己的代码高度。 + +所以在笔者的文章中,前期基本都是小白文,仅仅穿插很少量的源码研究。当然等小白文更新多了,你们还依然喜欢,后期会不定时专门对部分技术的源码进行解析。 +::: diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080736666.gif b/docs/public/img/2020/10/08/202010080736666.gif new file mode 100644 index 000000000..07769d5b9 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080736666.gif differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080737123.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080737123.png new file mode 100644 index 000000000..9133532d4 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080737123.png differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080737815.jpeg b/docs/public/img/2020/10/08/202010080737815.jpeg new file mode 100644 index 000000000..d82b4e475 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080737815.jpeg differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080737888.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080737888.png new file mode 100644 index 000000000..9e0f673c0 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080737888.png differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080738759.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080738759.png new file mode 100644 index 000000000..32e5c31be Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080738759.png differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080738975.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080738975.png new file mode 100644 index 000000000..e7a280bbb Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080738975.png differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080739706.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080739706.png new file mode 100644 index 000000000..b6da20f51 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080739706.png differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080739719.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080739719.png new file mode 100644 index 000000000..8973d8e74 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080739719.png differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080739888.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080739888.png new file mode 100644 index 000000000..9b61a8c19 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080739888.png differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080739999.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080739999.png new file mode 100644 index 000000000..bb32a6515 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080739999.png differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080740608.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080740608.png new file mode 100644 index 000000000..13e660373 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080740608.png differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080741306.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080741306.png new file mode 100644 index 000000000..4686462b3 Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080741306.png differ diff --git a/docs/public/img/2020/10/08/202010080741825.png b/docs/public/img/2020/10/08/202010080741825.png new file mode 100644 index 000000000..cd5762e8e Binary files /dev/null and b/docs/public/img/2020/10/08/202010080741825.png differ