3.2 循環(huán)控制結(jié)構(gòu)

在程序設(shè)計(jì)中，循環(huán)結(jié)構(gòu)用于有規(guī)律地反復(fù)執(zhí)行某一程序塊，被重復(fù)執(zhí)行的程序塊稱為“循環(huán)體”。Java語言提供的循環(huán)結(jié)構(gòu)語句有：while語句、do-while語句、for語句等。

3.2.1 while語句實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)

while語句的一般格式為：

循環(huán)體可以是單條語句，也可以包含多條語句。如果循環(huán)體包含多條語句，必須寫成塊語句的形式，也就是寫在一對(duì)花括號(hào)內(nèi)。

功能：布爾表達(dá)式的值為true時(shí)，執(zhí)行循環(huán)體；否則結(jié)束循環(huán)。

如圖3-3所示，while語句的特點(diǎn)是，先判斷條件，后執(zhí)行循環(huán)體。

【例3-6】隨機(jī)生成10道20以內(nèi)的加法測(cè)試題。由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試者輸入的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)判，輸出做對(duì)的題目數(shù)。

【程序】

【程序說明】

變量k用來存放做對(duì)的題數(shù)，變量i用來統(tǒng)計(jì)循環(huán)次數(shù)。

在寫循環(huán)語句之前，通常要對(duì)循環(huán)中涉及的變量進(jìn)行初始化，例如，i用來計(jì)數(shù)，循環(huán)之前一般賦值為0。k用來存放做對(duì)的題數(shù)，循環(huán)之前也必須賦值為0。

用while循環(huán)編寫程序需要明確兩個(gè)問題：一是什么樣的操作是需要循環(huán)執(zhí)行的；二是循環(huán)什么時(shí)候停下來。

這里明顯需要循環(huán)的操作有：生成和顯示算式，輸入計(jì)算結(jié)果，以及對(duì)計(jì)算結(jié)果正確性的判定。還有一個(gè)不太明顯的重復(fù)操作是計(jì)數(shù)。因?yàn)橐貜?fù)10次，做一次，數(shù)一次。做滿10次循環(huán)結(jié)束。

3.2.2 do-while語句實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)

do-while語句的一般格式為：

do-while語句的執(zhí)行流程如圖3-4所示。首先執(zhí)行循環(huán)體語句，然后檢查循環(huán)條件。如果布爾表達(dá)式為true，則繼續(xù)循環(huán)，否則循環(huán)結(jié)束。

可以看出，do-while語句和while語句的區(qū)別在于：while語句是先判斷后執(zhí)行，而do-while語句是先執(zhí)行后判斷；while語句的循環(huán)體可能一次都不執(zhí)行，而do-while語句無論條件真假，循環(huán)體至少執(zhí)行一次。

【例3-7】用do-while語句實(shí)現(xiàn)例3-6。

【程序】

【程序說明】

do-while循環(huán)體中包含以下操作：生成和顯示算式、輸入計(jì)算結(jié)果、對(duì)計(jì)算結(jié)果正確性的判定，以及更新循環(huán)控制變量值。i的值在循環(huán)前被初始化為0，i的值為0,1,2,…,9時(shí)執(zhí)行循環(huán)體，i的值為10時(shí)循環(huán)終止。i的值從0開始，一步一步增加到10后循環(huán)終止，循環(huán)體執(zhí)行了10次。

3.2.3 for語句實(shí)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)

for語句的一般格式為：

表達(dá)式1通常是初始化語句，在循環(huán)開始以前執(zhí)行一次，用于變量初始化。表達(dá)式2必須為布爾類型，是循環(huán)體執(zhí)行的條件，表達(dá)式3用于在循環(huán)體執(zhí)行后，修改循環(huán)條件相關(guān)變量的值。

for語句的執(zhí)行流程如圖3-5所示，首先執(zhí)行表達(dá)式1，再判斷循環(huán)條件，如果表達(dá)式2值為false，則結(jié)束循環(huán)，否則執(zhí)行循環(huán)體和表達(dá)式3，然后繼續(xù)判斷循環(huán)條件。

例如，若有定義：

那么計(jì)算數(shù)學(xué)表達(dá)式1+1/2+1/3+…+1/100的程序段為：

for語句的一般格式中的表達(dá)式1、表達(dá)式2、表達(dá)式3都可以為空，但兩個(gè)分號(hào)不可以省略。如果表達(dá)式2為空，則相當(dāng)于表達(dá)式2為true，即條件成立，那么需要其他方式終止循環(huán)。例如，上面的for語句也可以寫為：

【程序段1】

【程序段2】

【程序段3】

在程序段3的循環(huán)體中，當(dāng)i>100時(shí)，執(zhí)行break語句，終止循環(huán)。

需要指出的是，雖然表達(dá)式1、表達(dá)式2和表達(dá)式3可以為空，但完整的for語句更加清晰。

【例3-8】用for語句實(shí)現(xiàn)例3-6。

【程序】

【程序說明】

例3-6、例3-7、例3-8分別用while、do-while和for語句實(shí)現(xiàn)同樣的功能，這3種語句都是通用的，但形式上各有特色、略有不同。如果事先可以確定循環(huán)次數(shù)，那么采用for語句編寫的程序會(huì)更加清晰。

3.2.4 break語句

在switch結(jié)構(gòu)中，break語句用于退出switch語句。break語句也可以用在循環(huán)結(jié)構(gòu)中，與if語句配合，實(shí)現(xiàn)在一定條件下終止循環(huán)。

【例3-9】隨機(jī)生成10道20以內(nèi)的加法測(cè)試題。由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試者輸入的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)判，只要有一題答錯(cuò)，測(cè)試者立即失去答題機(jī)會(huì)。

【程序】

【程序說明】

在for語句的循環(huán)體中，首先生成并顯示加法題，然后接收用戶輸入的計(jì)算結(jié)果，其后的if語句對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行判定。如果條件為真，也就是輸入的結(jié)果與正確結(jié)果不相等，就執(zhí)行break語句。一旦執(zhí)行了break語句，就會(huì)直接跳出循環(huán)，不管是循環(huán)體中后繼的其他語句，還是for語句結(jié)構(gòu)中的表達(dá)式2和表達(dá)式3，都不會(huì)再執(zhí)行。也就是說，在答題過程中，只要有一道題目答錯(cuò)，循環(huán)馬上終止。

程序中的變量flag用來表示用戶是否全部答對(duì)10道題目。在循環(huán)開始前，flag初始化為1，即當(dāng)前沒有答錯(cuò)的題目。如果全部答對(duì)，那么flag的值保持為1。如果某道題目答錯(cuò)，則在break語句之前，flag被置為0。這樣循環(huán)結(jié)束以后，就可以通過flag的值輸出相應(yīng)的提示信息。

3.2.5 continue語句

continue語句只能用在循環(huán)結(jié)構(gòu)中。如果在循環(huán)體中執(zhí)行了continue語句，則跳過本輪循環(huán)的剩余語句，轉(zhuǎn)而進(jìn)行下一輪循環(huán)條件的判定，并根據(jù)判定再一次執(zhí)行循環(huán)體，或終止循環(huán)。continue語句只結(jié)束本次循環(huán)，不終止整個(gè)循環(huán)的執(zhí)行，而break語句則是結(jié)束整個(gè)循環(huán)過程。

【例3-10】在例3-9基礎(chǔ)上增加一個(gè)新功能：給測(cè)試者提供的算式結(jié)果均小于20。

【程序】

【程序說明】

本程序的功能要求是給測(cè)試者提供運(yùn)算結(jié)果均小于20的算式。為此，在循環(huán)體中，先產(chǎn)生兩個(gè)隨機(jī)整數(shù)，然后判斷兩數(shù)之和是否大于等于20。如果條件成立，則執(zhí)行continue語句，放棄執(zhí)行循環(huán)體中的剩余語句，轉(zhuǎn)去重新檢查循環(huán)條件，也就是說，剛剛這個(gè)不符合題目要求的算式被丟棄。相反，如果判斷兩數(shù)之和小于20，就不執(zhí)行continue語句，繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體的剩余語句，即顯示加法題、接收鍵盤輸入及判斷正確性等。

實(shí)際上，如果不用continue語句，也可以用下面的程序段代替程序中的while語句，實(shí)現(xiàn)完全相同的功能。

3.2.6 循環(huán)嵌套

當(dāng)一個(gè)循環(huán)語句的循環(huán)體中包含另一個(gè)循環(huán)語句時(shí)，就構(gòu)成了循環(huán)的嵌套，前面介紹的3種循環(huán)都可以構(gòu)成循環(huán)嵌套結(jié)構(gòu)。

圖3-6所示的程序段就是表達(dá)式1+1/2!+1/3!+…+1/100!的值。內(nèi)層循環(huán)重復(fù)i次，每次循環(huán)完成一次乘法。外層循環(huán)重復(fù)100次，每次累加1項(xiàng)（1/item），其中，item的值（也就是i！）由內(nèi)層循環(huán)計(jì)算得到。

【例3-11】隨機(jī)生成10道20以內(nèi)的加法測(cè)試題，由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試者輸入的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)判，每道題目有3次答題機(jī)會(huì)。

【程序】

【程序說明】

外層循環(huán)重復(fù)10次，每循環(huán)一次執(zhí)行的操作包括：生成并顯示加法題及內(nèi)層for循環(huán)。內(nèi)層循環(huán)最多重復(fù)3次，內(nèi)層循環(huán)的循環(huán)體包含輸入語句和if語句，如果輸入的計(jì)算結(jié)果與正確結(jié)果不相等，則輸出提示“Wrong.”，執(zhí)行times++，再檢查循環(huán)條件。如果輸入的計(jì)算結(jié)果與正確結(jié)果相等，則輸出提示“Good！”，執(zhí)行k++，再執(zhí)行break語句。應(yīng)注意，break語句只能跳出直接包含它的內(nèi)層循環(huán)，也就是說，執(zhí)行break語句之后會(huì)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外層循環(huán)的i++，再進(jìn)行外層循環(huán)的循環(huán)條件判定。

3.2.7 帶標(biāo)號(hào)的break語句

在嵌套循環(huán)結(jié)構(gòu)中，不帶標(biāo)號(hào)的break語句僅可以終止它所在的最內(nèi)層的循環(huán)，帶標(biāo)號(hào)的break語句則可以跳出標(biāo)號(hào)所指定的循環(huán)。如果標(biāo)號(hào)指向外層循環(huán)，那么break語句跳出外層循環(huán)；如果標(biāo)號(hào)指向內(nèi)層循環(huán)，那么break語句跳出內(nèi)層循環(huán)。

帶標(biāo)號(hào)的break語句的一般格式是：

【例3-12】隨機(jī)生成10道20以內(nèi)的加法測(cè)試題。由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試者輸入的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)判，每道題目可有3次答題機(jī)會(huì)。如果答錯(cuò)總次數(shù)達(dá)到10，測(cè)試結(jié)束，判定為失敗（Fail）。

【程序】

【程序說明】

程序中定義了L1、L2兩個(gè)標(biāo)號(hào)，分別對(duì)應(yīng)外層循環(huán)語句和內(nèi)層循環(huán)語句。每道加法練習(xí)題，有3次答題機(jī)會(huì)，但只要答對(duì)就馬上退出內(nèi)層循環(huán)。顯然，這里的“break L2”可以替換為“break”。

變量total用于統(tǒng)計(jì)總的答錯(cuò)次數(shù)，如果total值為10，則執(zhí)行“break L1”語句，跳出外層循環(huán)，測(cè)試結(jié)束。

3.2.8 帶標(biāo)號(hào)的continue語句

continue語句也可以帶標(biāo)號(hào)，當(dāng)在循環(huán)結(jié)構(gòu)中執(zhí)行帶標(biāo)號(hào)的continue語句時(shí)，將直接執(zhí)行標(biāo)號(hào)所指向的循環(huán)結(jié)構(gòu)的下一次循環(huán)。帶標(biāo)號(hào)的continue語句一般用于嵌套的循環(huán)結(jié)構(gòu)中。

【例3-13】隨機(jī)生成10道20以內(nèi)的加法測(cè)試題，由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試者輸入的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)判，每道題目有3次答題機(jī)會(huì)（使用帶標(biāo)號(hào)的continue語句實(shí)現(xiàn)）。

【程序】

【程序說明】

程序中的內(nèi)層循環(huán)使每道題目最多可有3次答題機(jī)會(huì)。當(dāng)輸入的計(jì)算結(jié)果正確時(shí)，就會(huì)執(zhí)行“continue L1”語句，從而放棄執(zhí)行本輪循環(huán)的剩余語句，進(jìn)入下一次循環(huán)的判定與執(zhí)行。由于這里的L1對(duì)應(yīng)外層循環(huán)，因此所謂“本輪循環(huán)的剩余語句”不僅包括內(nèi)層循環(huán)的剩余語句，也包括外層循環(huán)的剩余語句，也就是說，程序流程直接轉(zhuǎn)去執(zhí)行外層for循環(huán)的表達(dá)式3（i++），接下來再判斷外層循環(huán)條件（i<10），根據(jù)條件確定是否進(jìn)入外層循環(huán)的循環(huán)體。