广州番禺Python, Java小班周末班培训

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6.2.1 理解循环控制

理解循环控制，首先得理解什么是循环。以下内容引自汉语词典:

循环意指往复回旋，指事物周而复始地运动或变化，或反复地连续做某事

那么，放到编程语言中进行类比，则很容易理解循环控制:通过某些指令来控制程序反复地执行。通过控制程序指令反复地执行，可以将程序员从繁琐的代码编写工作中解放出来。同学们先思考下面这个问题:

计算1到10之间的所有自然数的和

乍看是一个很简单的问题，要解决这个问题，只需将1到10之间的所有自然数罗列出来，然后再直接相加即可:

int sum = 1+2+3+4+5+6+7+8+9+10;

但如果把问题改成“计算1到100000之间的所有自然数的和”，该怎么编写程序代码？通过手写的方式，逐数字的进行相加是非常低效的。对于这类问题，编程语言中的循环控制可以提供完美解决方案。

6.2.2 for循环结构

在Java中通过for与while关键字来定义循环结构。

(1) for循环语法结构

for (initial_expression; condition_expression; state_expression){  
  ;
}

initial_expression表示初始表达式，常见的操作是定义一个赋值表达式，condition表达式表示条件表达式，只要条件成立，循环就会一直执行。state_expression表示状态表达式，不断更新变量的状态，直到不满足条件表达式的条件，就会退出循环。for循环结构{}里面的为循环体。现在来看一个简单的例子,计算1到10之间的所有整数的和：

public class HelloJava{
    public  static void main(String[] args) {
        // 定义变量sum来保存1到10之间的所有整数的和
        int sum = 0;
        /*
        (1) 初始表达式为定义了一个number变量，并初始化为1
        (2) 条件表达式为number<=10,一旦number大于10就会退出循环
        (3) 状态表达式为不断自增变量number的值
         */
        for(int number=1; number <=10; ++number) {
            // 循环体中的代码为sum不断与number累加
            sum += number;
        }
        System.out.println("sum:"+sum);
    }
}

在以上代码实例中，初始表达式只执行一次，即定义变量number并初始化为1。然后在条件表达式中判断条件是否成立，即判断number是否小于等于10，如果条件成立就执行循环体中的代码：将变量sum与number累加，再将求和的结果赋值给变量sum。最后通过状态表达式++number来进行自增运算，再进入下一次循环：判断条件是否成立，若成立就执行循环体中的代码，否则退出循环。对以上代码进行梳理，读者可进一步理解for循环的执行过程：

(1) 计算初始表达式的值
(2) 判断条件是否成立，如果成立就执行循环体中的代码，否则退出循环
(3) 计算状态表达式，更新变量的状态
(4) 重复(2)(3)步的操作

6.2.3 while循环结构

(1) while循环语法结构

while (expression){
    ;
}

expression表示表达式，当表达式的值为真值时，会循环执行while循环体中的的代码，否则会退出循环。

代码实例-计算1到10之间的奇数的和：

public class HelloJava{
    public  static void main(String[] args) {
        // 定义变量sum来保存1到10之间的所有奇数的和
        int sum = 0;
        int number =1;
        int end = 10;
        // while中的条件表达式为number小于等于end，如果number大于end就退出循环
        while(number <= end){
            // 如果number与2求余后的结果为1，说明为奇数
            if(number % 2 == 1) {
                // 为奇数就相加
                sum += number;
            }
            // 在循环体中不断自增变量number的值，直到number大于end,退出循环
            ++number;
        }
        System.out.println("sum:"+sum);
    }
}

6.2.4 do-while循环结构

(1) do-while循环语法结构

do {
    ;
} while(expression);

do-while循环结构会先执行循环体中的代码，然后再判断while中的表达式是否为真，如果为真就继续执行，否则退出循环。代码实例-计算0到10之间的偶数的和：

public class HelloJava{
    public  static void main(String[] args) {
        // 定义变量sum来保存0到10之间的所有偶数的和
        int sum = 0;
        int number =0;
        int end = 10;
        do{
            // 如果number与2求余后的结果为0，说明为偶数
            if(number % 2 == 0){
                // 是偶数就相加
                sum+=number;
            }
            ++number;
        } while(number <=end);
        System.out.println("sum:"+sum);
    }
}

6.2.5 循环结构可以嵌套

循环结构同条件控制结构一样，也可以嵌套。同样地，嵌套的深度不宜过深(通常不应该超过两层)，否则会导致代码的可读性变差，代码难以维护。

代码实例-计算1到10之间的所有合数的和:

public class StateMachine{
    public  static void main(String[] args) {
        // 定义变量sum来保存0到10之间的所有偶数的和
        int sum = 0;
        int end = 10;
        /*
        (1) 合数指自然数中除了能被1和本身整除外还能被其他数（0除外）整除的数
        (2) 所以首先排除1和2,在循环中直接从3开始迭代
         */
        for (int number = 3; number < end; ++number){
            // 如果从2到当前number的某一个数能整除number,说明一定是合数
            // 思考题，为什么是从2开始？
            int number_ = 2;
            while(number_ < number){
                if (number % number_ == 0){
                    // 如果求余后的结果为0，说明能被整除，是合数
                    sum += number;
                    // 执行break语句退出循环,思考这里为什么要退出循环？
                    break;
                }
                ++number_;
            }
        }
        System.out.println("0到10之间的合数的和:"+sum);
    }
}

在上文的代码实例中，在for循环中嵌套了while循环，同样可以在for循环中嵌套for循环，在while循环中嵌套while循环，for循环。同学们可将上文中的代码实例全部改成for循环结构，以比较while循环与for循环的使用区别。

6.2.6 课后习题

(1) 简述你对循环控制的理解。

(2) 在Java中通过哪些关键字来编写循环结构？

(3) 编写一个程序，计算1到100之间的所有奇数的和，使用for循环进行实现。

(4) 编写一个程序，计算1到100之间的所有偶数的和，使用while循环进行实现。

(5) 将6.2.5节中的代码实例全部改为for循环结构。

(6) 分别用for循环和while循环来编写一个死循环，死循环即不会退出的循环结构。

(7) 计算1到100之间的所有质数的和。提示:质数是指大于1的自然数，且除了1和它自身外，不能被其他自然数整除。可参考6.2.5节中的代码进行实现，so easy!

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