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两学期学会Java
4循环
在本章结束时，你应该能够：
- 解释术语迭代
- 用for循环重复一段代码
- 用while循环重复一段代码
- 用dohellip;hellip;while循环重复一段代码
- 为特定任务选择最合适的循环
- 用break语句终止循环
- 用continue语句跳出一个循环
- 解释术语input validation并编写简单的验证程序
4.1介绍
到目前为止，我们已经把“顺序”和“选择”作为程序控制的形式。使用计算机而不是人类来完成任务的好处之一是，他们可以一次又一次地重复这些任务，而不会感到疲倦。有了电脑，我们就不必担心因为疲劳而出现错误，因为人们需要休息，以防在很长一段时间里执行重复任务时变得马虎或粗心大意。在我们的程序中，既不允许顺序也不允许选择来执行这种控制。举个例子，假设一个程序需要在屏幕上显示一个正方形的星号（5*5），如下所示：
可以通过按顺序执行五个输出语句来实现，如下面的一个我们称之为DisplayStars的程序所示：
虽然这会得到预期结果，但程序实际上只包含以下指令来输出一行，但是要重复5次：
多次写出同一行代码有点浪费我们作为程序员的宝贵时间。想象一下如果我们想要一个40*40的正方形会发生什么！
与其把这个指令写五遍，我们更倾向于把它写一遍，让程序把同一行再重复四遍。比如说：
“迭代”是程序控制的一种形式，它允许我们通过重复一段代码来指示计算机多次执行一项任务。因此这种形式的控制通常也被称为重复。用于控制这种重复的编程结构通常被称为循环；我们说循环迭代一定次数。Java中有三种类型的循环：
for循环；
while循环；
dohellip;hellip;while循环。
我们将依次考虑这三种类型。
4.2“for”循环
如果我们希望重复一段代码固定的次数(在上面的例子中是五次)，我们将会用到java的for循环。例如下面的程序通过使用for循环重写DisplayStars。看一下，然后我们再讨论：
你可以看到在for循环的头部有三段信息，每段信息之间用一个分号隔开：
这三个信息关联着一个计数器。计数器只是另一个必须创建的变量(通常是整数)。我们用它来追踪到目前为止我们运行循环的次数。在这个例子中，我们称计数器为“i”，但是我们可以给它取任何变量名--通常，选择像“i”和“j”这样简单的名字。
仔细观察for循环是如何工作的。首先计数器被初始化为某个值。我们决定将其初始化为1：
注意到循环计数器i在循环体头部声明并初始化。虽然可以在循环之前声明计数器变量，但是在头部声明计数器变量会限制对循环本身使用这个变量。这样显然更好。
头部的第二段信息是一个测试，非常类似于执行选择时的测试。当测试返回一个布尔值true时，循环重复；当它返回一个布尔值false时，循环结束。在这种情况下计数器用来测试循环次数是否小于或等于5（因为我们希望重复这个循环5次）：
因为计数器被设置为1，所以这个测试为真，循环开始。我们有时把循环中的指令称为循环体。和if语句一样，当循环体中只需要一条指令时，for循环的大括号可以省略--但为了清晰起见，我们选择在循环中使用大括号。当循环体开始时，循环大括号中的所有指令都会被执行。在这种情况下，只有一个指令要执行：
这条线在屏幕上输出一排星号。一旦大括号内的指令完成，循环就返回到开头，执行for循环头部的第三段信息i 。第三段信息改变计数器的值，因此最终循环测试将为false。如果我们希望循环重复5次，并且计数器从1开始，我们应该在每次循环时都在计数器上加1：
在第一个递增之后，计数器现在的值是2。一旦计数器已经被改变，测试再次检查，看循环是否需要重复：
这次测试仍然为真，因为计数器仍然不大于5。由于测试为真，循环的主体被再次输入，输出另一行星号。这个测试、循环和改变计数器重复的过程会持续到输出5行星号。此时计数器正常递增：
此时由于计数器大于5，显示测试为false：
当for循环的测试为false时，循环停止。循环内的指令被跳过，程序继续执行此循环后的任何指令。现在你已经看到了一个for循环使用的例子，for循环的一般形式如下：
要做到小心认真，保证循环计数器和测试达到预期的结果。例如，思考以下程序：
你能看出有什么问题吗？
继续循环的条件是计数器大于或等于10（igt;=10）。但是计数器从1开始，所以这个测试马上为false。所以直接全部跳过而根本不会循环！
现在思考这个程序：
你能看出有什么问题吗？
继续循环的条件是计数器大于或等于1（igt;=1）。但是，计数器从1开始，每次增加1，所以这个测试将永远为true，所以当循环开始后它将永远不会停止循环！
然而，只要你小心应对计数器和测试，让for循环重复一定次数非常容易。例如，如果我们在1开始计数器，每次增加1，并且需要执行一些指令70次，我们可以在for循环中执行以下程序：
4.2.1改变循环计数器
DisplayStars2程序演示了使用for循环的常用方法；从1开始计数，每次增加1。但是在构建循环时，你可以以任何值启动计数器，并以任何选择的方式更改计数器。
例如，我们可以重新编写上面程序的for循环，使得计数器从0开始而不是1。在这种情况下，如果我们希望for循环仍然执行指令5次，那么计数器应该到4而不是5：
另一种确保计数器不超过4的方法是保证将计数器保持在5以下。在这种情况下我们需要使用“less than”语句（lt;），而不是“less than or equal to”（lt;=）：
我们也可以在每次迭代后改变我们修改计数器的方式。回到原来的for循环，我们每次增加2，而不是1。如果我们仍然希望循环重复5次，我们可以从2开始，并加到10：
最后，计数器可以增加和减少。举例来说，看看下面的程序，它倒序输出从10到1的数字。
计数器从10开始，每次减少1。当计数器的值低于1时，循环就会停止。注意循环体中循环计数器的使用：
这种做法完全可以接受，因为循环计数器只是另一个变量。但是，在执行此操作时，请注意不要随意更改循环体中的循环计数器，因为这可能会使for循环的测试偏离轨道！运行Countdown程序得到以下结果：
4.2.2循环体
循环体循环体可以包含任意数量和类型的指令，包括变量声明、if语句、switch语句，甚至是另一个循环！例如，下面的DisplayEven程序通过在for循环中包含一个if语句修改了我们的Countdown程序，这样可以只显示从10到1的偶数：
可以看到for循环的主体包含一个if语句。If语句的测试检查循环计数器lsquo;irsquo;的当前值是否为偶数：
偶数是当除以2时没有余数，所以我们使用取模运算符(%)来检查。现在只有当它是一个偶数时循环计数器才会显示。运行这个程序会出现显而易见的结果：
在这个例子中，我们在for循环中包含了if语句。也可能是一个for循环包含着另一个循环。当一个循环包含另一个循环时，我们称这些循环为嵌套循环。举例来说，思考下面的程序DisplayStars3，它像以前一样显示一个正方形的星号，但是这次使用了一对嵌套的循环来实现：
可以看到，外部for循环与前面在DisplayStars2中使用的循环相同。而在最初的程序中，我们只有一条指令来显示循环中的一行星号：
在DisplayStars3中，我们用另一个for循环替换了这个指令，后面跟着一个空的输出指令：
需要注意的是，当我们将一个循环放入另一个循环时，我们需要为嵌套循环中的循环计数器取一个新名称。在这种情况下，我们称计数器为“j”。这些声明允许我们显示一行5颗星号，然后移动到新的一行，准备输出下一行。
来看看这个程序中的控件是如何移动的，首先设置外循环计数器为1：
然后检查外循环的程序运行：
这个测试为true，所以外部循环的主体被执行。首先内循环重复五次：
内循环在屏幕上输出一行5个星号，如下所示：
内部循环停止后，还有一条指令需要完成：将光标移动到新的命令行：
这样就完成了外循环的一个循环，然后程序返回到这个循环的开始，并增加一次计数：
然后检查外循环的测试，发现为true，因此整个过程重复，输出一个正方形的五颗星号。
DisplayStars3显示了一个5*5的星号图案。现在观察下一个程序，看看你能不能搞清楚它是干什么的。特别注意内循环的头部：
你可以看到这非常像前一个程序，除了在该程序的内部循环每次显示5个星号。在这种情况下，星号的数量并不固定，而是外循环计数器i的值：
在第一次循环中，当i计数器从1开始时，内循环一行只显示1个星号。第二次循环时，当i计数器递增时，它会显示2颗星，然后是3颗星。最终，当外部i计数器达到5时，它会在最后一次循环时显示5颗星。实际上，这意味着程序将显示一个三角形的星星，如下所示：
4.2.3再次访问循环计数器
在我们继续研究java中的其他类型的循环之前，重要的是要明白，虽然for循环用于固定次数地重复某件事情，但是在写程序时，你并不一定需要知道这个固定次数。例如，这个固定数字可以是程序用户给你的值。这个数字可以用来测试你的循环计数器。下面的程序通过让用户确定星号的平方的大小来修改DisplayStars3。
在这个程序中，你不能从代码中精确地知道循环将会迭代多少次，但是你可以说它们将会迭代num的值的次数--不管用户为num赋值多少。所以在这个意义上，循环仍然是固定的。下面是DisplayStars4例子的运行结果：
下面是另一个例子的运行结果：
4.3while循环
计算机的大部分功能来自于要求它们执行重复性任务的能力，因此迭代是程序控制的一种非常重要的形式。For循环是一个常用的结构，用来实现固定次数的重复。
但是，有时候需要重复的次数并不固定，因此for循环并不是在这种情况下使用的最佳循环。思考下面的场景，例如：
- 一个赛车游戏，重复地在轨道上移动一辆车直到车祸;；
- 一个发票程序，重复地提供门票出售，直到用户选择退出程序；
- 一个密码检查程序，在用户输入正确的密码之前，不允许用户进入应用程序。
上述每种情况都涉及重复，但重复的次数并不固定，而是取决于某种条件。While循环提供了一种非固定迭代。用java构造这个循环的语法如下：
如您所见，这个循环比for循环构造起来要简单得多：由于这个循环没有重复固定的次数，因此不需要创建一个计数器来跟踪重复的次数。那这种循环什么时候有用？我们将研究的第一个示例是使用while循环检查用户输入的数据。检查输入数据中的错误称为输入验证。
例如，回顾一下上一章中的DisplayResult程序显示的结果，它要求用户输入一个考试标记：
输入的分数在0~100之间。当时我们假设用户会正确地输入标记。但是，好的程序员从来不做这样的假设！在接受所输入的标记并进入下一阶段的程序之前，最好检查所输入的标记是否确实有效。如果不是，则允许用户再次输入标记。直到用户输入一个有效标记为止。我们可以用下面的伪代码来表示：
该设计明确指出，每当用户输入无效标记时，就会显示一条错误消息。用户可能多次输入一个无效的标记，因此需要在这里进行迭代。
然而，迭代的次数并不固定，我们因为不可能知道用户将会犯多少错误(如果有的话)。
这听起来就像是while循环能解决的工作了。
下面的程序显示了重写以包含输入验证的所有显示结果。注意它是如何工作的--我们要求用户的标记：如果它是在可接受的范围内，while循环没有执行，我们将它转移给其他指令。但是，如果输入的标记小于零或大于100，我们就会进入循环，显示一个错误消息，并要求用户再次输入标记。这样一直持续，直到标记在要求的范围内。
下面是例子的运行结果：
4.4lsquo;dohellip;hellip;whilersquo;循环
我们需要告诉你的是在Java中还有一种循环，那就是dohellip;hellip;while循环。
Dohellip;hellip;while循环是另一个可变循环结构，但是与while循环不同，dohellip;hellip;while循环在循环结束时而不是开始时进行测试。
Dohellip;hellip;while循环的语法如下：
您可能想知道测试是在循环的结尾还是开始会有什么不同。当然有一个细微的区别。如果测试位于循环的末尾，则循环将至少迭代一次。但是，如果测试位于循环的开始，则条件可能一开始就是false，并且循环永远不会执行。因此while循环执行零次或多次，而dohellip;
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