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for循环

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除了whiledo while循环,Java使用最广泛的是for循环。

for循环的功能非常强大,它使用计数器实现循环。for循环会先初始化计数器,然后,在每次循环前检测循环条件,在每次循环后更新计数器。计数器变量通常命名为i

我们把1到100求和用for循环改写一下:

// for
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int sum = 0;
        for (int i=1; i<=100; i++) {
            sum = sum + i;
        }
        System.out.println(sum);
    }
}

for循环执行前,会先执行初始化语句int i=1,它定义了计数器变量i并赋初始值为1,然后,循环前先检查循环条件i<=100,循环后自动执行i++,因此,和while循环相比,for循环把更新计数器的代码统一放到了一起。在for循环的循环体内部,不需要去更新变量i

因此,for循环的用法是:

for (初始条件; 循环检测条件; 循环后更新计数器) {
    // 执行语句
}

如果我们要对一个整型数组的所有元素求和,可以用for循环实现:

// for
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
        int sum = 0;
        for (int i=0; i<ns.length; i++) {
            System.out.println("i = " + i + ", ns[i] = " + ns[i]);
            sum = sum + ns[i];
        }
        System.out.println("sum = " + sum);
    }
}

上面代码的循环条件是i<ns.length。因为ns数组的长度是5,因此,当循环5次后,i的值被更新为5,就不满足循环条件,因此for循环结束。

思考:如果把循环条件改为i<=ns.length,会出现什么问题?

注意for循环的初始化计数器总是会被执行,并且for循环也可能循环0次。

使用for循环时,千万不要在循环体内修改计数器!在循环体中修改计数器常常导致莫名其妙的逻辑错误。对于下面的代码:

// for
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
        for (int i=0; i<ns.length; i++) {
            System.out.println(ns[i]);
            i = i + 1;
        }
    }
}

虽然不会报错,但是,数组元素只打印了一半,原因是循环内部的i = i + 1导致了计数器变量每次循环实际上加了2(因为for循环还会自动执行i++)。因此,在for循环中,不要修改计数器的值。计数器的初始化、判断条件、每次循环后的更新条件统一放到for()语句中可以一目了然。

如果希望只访问索引为奇数的数组元素,应该把for循环改写为:

int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
for (int i=0; i<ns.length; i=i+2) {
    System.out.println(ns[i]);
}

通过更新计数器的语句i=i+2就达到了这个效果,从而避免了在循环体内去修改变量i

使用for循环时,计数器变量i要尽量定义在for循环中:

int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
for (int i=0; i<ns.length; i++) {
    System.out.println(ns[i]);
}
// 无法访问i
int n = i; // compile error!

如果变量i定义在for循环外:

int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
int i;
for (i=0; i<ns.length; i++) {
    System.out.println(ns[i]);
}
// 仍然可以使用i
int n = i;

那么,退出for循环后,变量i仍然可以被访问,这就破坏了变量应该把访问范围缩到最小的原则。

灵活使用for循环

for循环还可以缺少初始化语句、循环条件和每次循环更新语句,例如:

// 不设置结束条件:
for (int i=0; ; i++) {
    ...
}
// 不设置结束条件和更新语句:
for (int i=0; ;) {
    ...
}
// 什么都不设置:
for (;;) {
    ...
}

通常不推荐这样写,但是,某些情况下,是可以省略for循环的某些语句的。

for each循环

for循环经常用来遍历数组,因为通过计数器可以根据索引来访问数组的每个元素:

int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
for (int i=0; i<ns.length; i++) {
    System.out.println(ns[i]);
}

但是,很多时候,我们实际上真正想要访问的是数组每个元素的值。Java还提供了另一种for each循环,它可以更简单地遍历数组:

// for each
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
        for (int n : ns) {
            System.out.println(n);
        }
    }
}

for循环相比,for each循环的变量n不再是计数器,而是直接对应到数组的每个元素。for each循环的写法也更简洁。但是,for each循环无法指定遍历顺序,也无法获取数组的索引。

除了数组外,for each循环能够遍历所有“可迭代”的数据类型,包括后面会介绍的ListMap等。

练习1

给定一个数组,请用for循环倒序输出每一个元素:

// for
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
        for (int i=?; ?; ?) {
            System.out.println(ns[i]);
        }
    }
}

练习2

利用for each循环对数组每个元素求和:

// for each
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
        int sum = 0;
        for (???) {
            // TODO
        }
        System.out.println(sum); // 55
    }
}

练习3

圆周率π可以使用公式计算:

\frac{\mathrm\pi}4=1-\frac13+\frac15-\frac17+\frac19-\dots

请利用for循环计算π:

// for
----
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        double pi = 0;
        for (???) {
            // TODO
        }
        System.out.println(pi);
    }
}

for循环计算π练习

小结

for循环通过计数器可以实现复杂循环;

for each循环可以直接遍历数组的每个元素;

最佳实践:计数器变量定义在for循环内部,循环体内部不修改计数器;


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