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- 2023.08.04 -
循環結構是Java中非常重要的程式控制流程，它可以讓我們重複執行某些操作，實作複雜的算法和資料處理任務。今天這篇文章将介紹Java基礎中的循環結構。
一、什麼是循環結構？
循環結構是計算機程式設計中的一種常見的控制流程結構，用于重複執行某段代碼塊，直到滿足退出條件為止。循環由循環條件和循環體組成。
循環條件是一個邏輯表達式，在每次循環開始時判斷其是否滿足退出條件，如果滿足則跳出循環，否則繼續執行循環體。循環體是一段需要重複執行的代碼塊，通常包括多條語句。
循環結構可以通過計數器、标志變量、布爾表達式等方式來實作不同的循環控制方式。在程式設計中，使用循環結構可以簡化代碼邏輯，提高代碼複用性和可讀性，同時也可以實作很多複雜的算法和資料處理任務。
Java中的循環結構有以下幾種：
- for循環：用于循環執行已知次數的代碼塊，通常使用計數器來控制循環次數。
- while循環：用于執行不定次數的循環，條件表達式在循環開始時進行判斷，如果為true則執行循環體，否則跳過循環。
- do-while循環：與while循環類似，不同之處在于它會先執行一次循環體再進行判斷條件是否滿足，至少會執行一次循環體。
- 增強for循環（foreach循環）：用于周遊集合或數組中的元素，可以省略初始化、判斷和更新三個部分，文法簡潔。
- break和continue語句：break用于跳出循環，continue用于跳過本次循環。這兩個語句通常與循環結構配合使用。
- 嵌套循環：将一個循環結構放在另一個循環結構内部，可以實作多層循環嵌套，通常應該盡量避免使用過多層嵌套循環，以提高程式效率。
下面分别來講解一下各種循環結構的詳細知識點及使用方法：
二、for循環
for循環主要用于循環次數已知的情況下。
文法格式：
for(初始表達式1; 條件表達式2; 步進表達式4){
//循環體3
}
//執行順序：1234->234->234->234->... 說明：
- 初始化語句： 用于表示循環開啟時的起始狀态，簡單說就是循環開始的時候什麼樣。
- 條件判斷語句：用于表示循環反複執行的條件，簡單說就是判斷循環是否能一直執行下去。
- 循環體語句： 用于表示循環反複執行的内容，簡單說就是循環反複執行的事情。
- 條件控制語句：用于表示循環執行中每次變化的内容，簡單說就是控制循環是否能執行下去。
執行流程如下：
執行順序：①②③④>②③④>②③④…②不滿足為止。
①負責完成循環變量初始化；
②負責判斷是否滿足循環條件，不滿足則跳出循環；
③具體執行的語句；
④循環後，循環條件所涉及變量的變化情況。
案例：
1、在控制台輸出1-5和5-1的資料。
public static void main(String[] args) {
//需求：輸出資料1-5
for(int i=1; i<=5; i++) {
System.out.println(i);
}
System.out.println("--------");
//需求：輸出資料5-1
for(int i=5; i>=1; i--) {
System.out.println(i);
}
} 2、求1~100之間的資料和，并把求和結果在控制台輸出。
public static void main(String[] args) {
//求和的最終結果必須儲存起來，需要定義一個變量，用于儲存求和的結果，初始值為0
int sum = 0;
//從1開始到100結束的資料，使用循環結構完成
/*
sum += i; sum = sum + i;
第一次：sum = sum + i = 0 + 1 = 1;
第二次：sum = sum + i = 1 + 2 = 3;
第三次：sum = sum + i = 3 + 3 = 6;
第四次：sum = sum + i = 6 + 4 = 10;
第五次：sum = sum + i = 10 + 5 = 15;
。。。
*/
for(int i=1; i<=100; i++) {
//将反複進行的事情寫入循環結構内部
// 此處反複進行的事情是将資料 i 加到用于儲存最終求和的變量 sum 中
sum += i;
}
System.out.println(sum);
} 3、在控制台輸出所有的“水仙花數”。
public static void main(String[] args) {
//輸出所有的水仙花數必然要使用到循環，周遊所有的三位數，三位數從100開始，到999結束
for(int i=100; i<1000; i++) {
//在計算之前擷取三位數中每個位上的值
int ge = i%10;
int shi = i/10%10;
int bai = i/10/10%10;
//判定條件是将三位數中的每個數值取出來，計算立方和後與原始數字比較是否相等
if(ge*ge*ge + shi*shi*shi + bai*bai*bai == i) {
//輸出滿足條件的數字就是水仙花數
System.out.println(i);
}
}
} 三、while循環
while循環主要用于循環次數未知的情況下。
文法格式：
//初始表達式1
while(條件表達式2){
//表達式3
}
//執行順序：123->23->23->23->... 執行流程如下：
執行順序：①②③④>②③④>②③④…②不滿足為止。
①負責完成循環變量初始化。
②負責判斷是否滿足循環條件，不滿足則跳出循環。
③具體執行的語句。
④循環後，循環變量的變化情況。
案例：
世界最高山峰是珠穆朗瑪峰(8844.43米=8844430毫米)，假如我有一張足夠大的紙，它的厚度是0.1毫米。請問，我折疊多少次，可以折成珠穆朗瑪峰的高度?
public static void main(String[] args) {
//定義一個計數器，初始值為0
int count = 0;
//定義紙張厚度
double paper = 0.1;
//定義珠穆朗瑪峰的高度
int zf = 8844430;
//因為要反複折疊，是以要使用循環，但是不知道折疊多少次，這種情況下更适合使用while循環
//折疊的過程中當紙張厚度大于珠峰就停止了，是以繼續執行的要求是紙張厚度小于珠峰高度
while(paper <= zf) {
//循環的執行過程中每次紙張折疊，紙張的厚度要加倍
paper *= 2;
//在循環中執行累加，對應折疊了多少次
count++;
}
//列印計數器的值
System.out.println("需要折疊：" + count + "次");
} 四、do...while循環
do...while循環也是while循環，是以它也用于循環次數未知的情況下，但它與while循環的差別是，它會優先執行一次循環體的内容。
文法格式：
//初始表達式1
do {
//循環體2
}while(條件表達式3);
//執行順序：12->32->32->32->... 執行流程如下：
執行順序：①③④>②③④>②③④…②不滿足為止。
①負責完成循環變量初始化。
②負責判斷是否滿足循環條件，不滿足則跳出循環。
③具體執行的語句
④循環後，循環變量的變化情況
案例：
在控制台輸出10次Hello Word。
public static void main(String[] args) {
int x=1;
do {
System.out.println("hello world");
x++;
}while(x<=10);
} 關于三種循環語言的總結：
三種循環的差別
- for循環和while循環先判斷條件是否成立，然後決定是否執行循環體（先判斷後執行）
- do...while循環先執行一次循環體，然後判斷條件是否成立，是否繼續執行循環體（先執行後判斷）
for循環和while的差別
- for循環用在循環次數已知的情況下，可以控制周遊次數；
- while和do...while循環還可以用在循環次數未知的情況下。
三種循環的差別總結
- 建議使用的順序：for，while，do-while；
- 循環次數确定的話，建議使用for，循環次數不确定建議使用while；
- do-while循環來講的話,至少執行一次。
五、增強for循環
增強for循環（也稱為foreach循環）是Java 5中新增的一種文法結構，用于周遊數組和集合中的元素。它能夠以一種簡單、直覺的方式進行周遊，并且能夠避免普通for循環中可能會出現的越界錯誤。
文法格式：
for (資料類型 變量名 : 數組名/集合名) {
// 循環體代碼 } 其中，資料類型表示數組或集合中元素的類型，變量名表示目前周遊到的元素的變量名，數組名或集合名表示要周遊的數組或集合對象。在循環體内部，我們可以通過變量名來通路目前周遊到的元素，執行相應的操作。
案例：
對于一個整型數組nums，可以使用增強for循環來計算數組中所有元素的和。
int sum = 0;
for (int num : nums) {
sum += num;
} 需要注意的是，增強for循環主要用于周遊數組和集合等可疊代對象中的元素，不适用于其他場景。此外，在循環過程中不建議修改數組或集合的元素數量，否則可能會導緻循環出錯。
六、循環退出
在Java中，有兩種跳出循環的方式，分别是break和continue。
- Break：break表示跳出目前所在循環。
- Continue：跳出本次循環。
七、循環擴充
死循環
死循環：也就是循環中的條件永遠為true，死循環的是永不結束的循環。例如：while(true){}。
在後期的開發中，會出現使用死循環的場景，例如：我們需要讀取使用者輸入的輸入，但是使用者輸入多少資料我們并不清楚，也隻能使用死循環，當使用者不想輸入資料了，就可以結束循環了，如何去結束一個死循環呢，就需要使用到跳出語句了。
死循環（無限循環）的三種格式：
for(;;){}
while(true){}
do {} while(true); 變異循環
在前面介紹for循環時，介紹的是标準文法的for循環：
for(初始化表達式①; 布爾表達式②; 步進表達式④){
循環體③
} 除此之外，for循環還有一些變異文法：
初始化表達式①
for(; 布爾表達式②; ){
循環體③
步進表達式④
} 也就是說，可以把for循環的初始化表達式可以放在for循環語句之前，作為一個全局變量；步進表達式④可以放在for循環語句大括号内{}。
for(int i=0, j =1; i<100 && i >= 0; ){
System.out.println(i++);
}
int i=0, j =1
for(;i<100;){
System.out.println(i++);
} 八、嵌套循環
所謂嵌套循環，是指一個循環的循環體是另一個循環。比如for循環裡面還有一個for循環，就是嵌套循環。總共的循環次數=外循環次數*内循環次數。
嵌套循環格式：
for(初始化表達式①; 循環條件②; 步進表達式⑦) {
for(初始化表達式③; 循環條件④; 步進表達式⑥) {
執行語句⑤;
}
} 嵌套循環執行流程：
外循環一次，内循環多次（一圈）。
例如：月曆中 年與月的關系，時鐘中 分與秒的關系。如 2020年至2023年，一共3年，每年12個月。其中，年份看成外循環，月份看成内循環。
案例：
1. 使用嵌套循環，列印2021年至2023年月份，格式：xxxx年x月。
public static void main(String[] args) {
//列印2020年至2023年月份
//年份是外循環，3年；月份是内循環，12月
for (int i = 2020; i <= 2023; i++) {
for (int j = 1; j <= 12; j++) {
//不換行列印星号
System.out.print(i + "年" + j + "月 ");
}
//内循環列印12個月後，需要一次換行
System.out.println();
}
} 2. 列印一個九九乘法表。
public static void main(String[] args) {
//外層循環控制行
for (int i = 1; i <= 9; i++) {
// 内層循環控制列
for (int j = 1; j <= i; j++) {
//不換行\t表示制表符
System.out.print(i + "*" + j + "="+i*j+"\t");
}
// 需要一次換行
System.out.println();
}
} 除了常見的for循環、while循環、do-while循環外，增強for循環也是一種非常友善的周遊數組和集合元素的方式。在實際程式設計中，我們應該根據具體需求選擇不同的循環結構，并且注意循環條件、循環變量等的正确使用，以確定程式的正确性和高效性。
我們下期再見！
END
文案編輯|雲端學長
文案配圖|雲端學長
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