Java for循環語句

在不少實際問題中有許多具有規律性的重復操作，因此在程序中就需要重復執行某些語句。一組被重復執行的語句稱之為循環體，能否繼續重復，取決于循環的終止條件。循環結構是在一定條件下反復執行某段程序的流程結構，被反復執行的程序被稱為循環體。循環語句是由循環體及循環的終止條件兩部分組成的。

為了幫助大家理解循環語句存在的意義，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!");
//...
//...

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

java中的循環語句共包括三個，分別是：for循環、while循環、do..while循環，接下來我們先來學習for循環。

for循環的語法格式如下圖所示：

圖6-13：for循環語法結構

對以上for循環語法結構進行說明：初始化表達式最先執行，并且在整個循環當中初始化表達式只執行一次，布爾表達式結果是true或者false，true表示循環可以繼續執行，false表示循環結束，循環體當中的代碼就是需要反復執行的代碼，更新表達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式的結果就不再是true了。那么for循環的執行順序以及原理如下圖所示：

圖6-14：for循環語句執行順序及原理

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

for(;;){
	System.out.print("死循環、");
}

執行結果如下圖所示：

圖6-15：死循環輸出結果

最常見的for循環是怎樣的呢？看以下代碼：

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

運行結果如下圖所示：

圖6-16：for循環輸出1~10

對以上代碼進行分析：首先執行int i = 1，并且只執行一次，定義初始化變量i，賦值1，然后判斷i <= 10結果為true，則執行循環體打印i = 1，循環體結束之后，執行i++，然后i變成了2，繼續判斷i <= 10結果為true，則執行循環體打印i = 2，如此循環執行，直到打印i = 10之后，再執行i++讓i變成了11，然后判斷i <= 10結果為false，循環結束，這樣就完成了1~10的輸出，當然程序不是固定的，大家也可以把條件i <= 10修改為i < 11，這樣也是可以的。

關于for循環的使用我們還需要注意初始化變量的作用域，在for循環當中聲明的變量只在for循環中有效，當for循環結束之后，初始化變量的內存就釋放了/消失了，所以在for循環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循環內部聲明的變量i只在for循環中可見/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？那是因為i變量的作用域已經被擴大了，不再只是for循環中可以使用，for循環之外也可以使用，換句話說，以上的for循環結束之后i變量的內存并不會被釋放。后續的程序可以繼續使用。i變量的作用域是在整個test()方法中都有效，直到test()方法執行結束的時候才會釋放i變量的內存空間。

接下來我們再來看看for循環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);
}

以上程序運行結果，請看下圖：

圖6-17：for循環的其它編寫方式執行結果

接下來，我們再使用for循環實現1~100所有數字的求和，實現思路是：定義變量i，初始值從1開始，每循環一次加1，這樣就可以取到1~100的每一個整數了，那么求和怎么做呢？求和就是將1~100的每一個整數累加，這必然需要提前定義一個變量，使用變量實現累加，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);

運行結果如下所示：

圖6-18：1~100所有整數求和

通過以上程序我們可以學到什么？編程語言當中的累加可以使用擴展類賦值運算符+=來實現，另外sum變量為什么定義到for循環外面，而不是定義到循環體當中呢？那是因為當定義到循環體內之后，每一次循環體在執行的時候，都會重新定義sum變量，這樣會讓sum變量歸0，無法達到累加的效果。

接下來，我們在以上程序的基礎之上實現1~100所有奇數的和，編程思路是：在累加之前先判斷變量i是否為奇數，如果是奇數則累加，這就需要在sum += i外面套一個if語句進行控制，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);

運行結果如下所示：

圖6-19：1~100所有奇數和的執行結果

其實以上的方式是將每一個數字取出來，然后再判斷是否為奇數，這種方式會導致循環次數達到100次，實際上可以換成另外一種解決方案，假設從1開始，每次累加2，那么每次取出的數字為1,3,5...，這樣正好每次取出的數字都是奇數，可以直接累加了，這樣循環的次數基本上會減半，效率則提高了，這種代碼既優雅，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);

運行結果如下所示：

圖6-20：1~100所有奇數和的執行結果

以上演示的所有循環都是單層的，循環當中可以嵌套循環嗎？答案是：當然可以，之前我們就說過所有控制語句都是可以嵌套使用的，當循環A中嵌套循環B的時候就等于在A循環體中的代碼是B循環。其實大家在學習循環嵌套的時候完全沒必要特殊化對待，完全可以把A循環體當中的B循環看做是一段普通的java代碼。接下來我們看一段代碼：

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

System.out.println();

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

System.out.println();

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

運行結果如下圖所示：

圖6-21：for循環嵌套

分析以上for循環嵌套，請看下圖：

圖6-22：for循環嵌套分析

分析循環嵌套的小竅門，如下圖所示：

圖6-23：for循環嵌套小竅門

學習了for循環嵌套的使用，我們一起來寫一下經典的九九乘法表，九九乘法表的結構大家還記得嗎，我們一起來回顧一下小學的知識（嘿嘿）：

圖6-24：九九乘法表結構

通過觀察九九乘法表結構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);
	}
}

運行結果如下：

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，那么結論是第i行有i個式子，以上循環確定為外層循環，共循環9次，外層循環每循環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進行控制，而且這個循環被放到內部，循環的次數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();

}

運行結果如下所示：

圖6-26：九九乘法表每個表達式的執行結果

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();

}

運行結果如下所示：

圖6-28：九九乘法表運行結果

通過以上代碼的學習，需要每位讀者能夠掌握什么是循環，為什么要使用循環，for循環的語法結構是什么，for循環的執行順序以及原理是什么，嵌套的for循環又應該怎么理解，大家也可以挑戰一下三層for循環嵌套，或者更多。總之for循環在實際開發中使用非常頻繁，大家務必掌握。