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- 2023.08.04 -
循环结构是Java中非常重要的程序控制流程，它可以让我们重复执行某些操作，实现复杂的算法和数据处理任务。今天这篇文章将介绍Java基础中的循环结构。
一、什么是循环结构？
循环结构是计算机程序设计中的一种常见的控制流程结构，用于重复执行某段代码块，直到满足退出条件为止。循环由循环条件和循环体组成。
循环条件是一个逻辑表达式，在每次循环开始时判断其是否满足退出条件，如果满足则跳出循环，否则继续执行循环体。循环体是一段需要重复执行的代码块，通常包括多条语句。
循环结构可以通过计数器、标志变量、布尔表达式等方式来实现不同的循环控制方式。在编程中，使用循环结构可以简化代码逻辑，提高代码复用性和可读性，同时也可以实现很多复杂的算法和数据处理任务。
Java中的循环结构有以下几种：
- for循环：用于循环执行已知次数的代码块，通常使用计数器来控制循环次数。
- while循环：用于执行不定次数的循环，条件表达式在循环开始时进行判断，如果为true则执行循环体，否则跳过循环。
- do-while循环：与while循环类似，不同之处在于它会先执行一次循环体再进行判断条件是否满足，至少会执行一次循环体。
- 增强for循环（foreach循环）：用于遍历集合或数组中的元素，可以省略初始化、判断和更新三个部分，语法简洁。
- break和continue语句：break用于跳出循环，continue用于跳过本次循环。这两个语句通常与循环结构配合使用。
- 嵌套循环：将一个循环结构放在另一个循环结构内部，可以实现多层循环嵌套，通常应该尽量避免使用过多层嵌套循环，以提高程序效率。
下面分别来讲解一下各种循环结构的详细知识点及使用方法：
二、for循环
for循环主要用于循环次数已知的情况下。
语法格式：
for(初始表达式1; 条件表达式2; 步进表达式4){
//循环体3
}
//执行顺序：1234->234->234->234->... 说明：
- 初始化语句： 用于表示循环开启时的起始状态，简单说就是循环开始的时候什么样。
- 条件判断语句：用于表示循环反复执行的条件，简单说就是判断循环是否能一直执行下去。
- 循环体语句： 用于表示循环反复执行的内容，简单说就是循环反复执行的事情。
- 条件控制语句：用于表示循环执行中每次变化的内容，简单说就是控制循环是否能执行下去。
执行流程如下：
执行顺序：①②③④>②③④>②③④…②不满足为止。
①负责完成循环变量初始化；
②负责判断是否满足循环条件，不满足则跳出循环；
③具体执行的语句；
④循环后，循环条件所涉及变量的变化情况。
案例：
1、在控制台输出1-5和5-1的数据。
public static void main(String[] args) {
//需求：输出数据1-5
for(int i=1; i<=5; i++) {
System.out.println(i);
}
System.out.println("--------");
//需求：输出数据5-1
for(int i=5; i>=1; i--) {
System.out.println(i);
}
} 2、求1~100之间的数据和，并把求和结果在控制台输出。
public static void main(String[] args) {
//求和的最终结果必须保存起来，需要定义一个变量，用于保存求和的结果，初始值为0
int sum = 0;
//从1开始到100结束的数据，使用循环结构完成
/*
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++) {
//将反复进行的事情写入循环结构内部
// 此处反复进行的事情是将数据 i 加到用于保存最终求和的变量 sum 中
sum += i;
}
System.out.println(sum);
} 3、在控制台输出所有的“水仙花数”。
public static void main(String[] args) {
//输出所有的水仙花数必然要使用到循环，遍历所有的三位数，三位数从100开始，到999结束
for(int i=100; i<1000; i++) {
//在计算之前获取三位数中每个位上的值
int ge = i%10;
int shi = i/10%10;
int bai = i/10/10%10;
//判定条件是将三位数中的每个数值取出来，计算立方和后与原始数字比较是否相等
if(ge*ge*ge + shi*shi*shi + bai*bai*bai == i) {
//输出满足条件的数字就是水仙花数
System.out.println(i);
}
}
} 三、while循环
while循环主要用于循环次数未知的情况下。
语法格式：
//初始表达式1
while(条件表达式2){
//表达式3
}
//执行顺序：123->23->23->23->... 执行流程如下：
执行顺序：①②③④>②③④>②③④…②不满足为止。
①负责完成循环变量初始化。
②负责判断是否满足循环条件，不满足则跳出循环。
③具体执行的语句。
④循环后，循环变量的变化情况。
案例：
世界最高山峰是珠穆朗玛峰(8844.43米=8844430毫米)，假如我有一张足够大的纸，它的厚度是0.1毫米。请问，我折叠多少次，可以折成珠穆朗玛峰的高度?
public static void main(String[] args) {
//定义一个计数器，初始值为0
int count = 0;
//定义纸张厚度
double paper = 0.1;
//定义珠穆朗玛峰的高度
int zf = 8844430;
//因为要反复折叠，所以要使用循环，但是不知道折叠多少次，这种情况下更适合使用while循环
//折叠的过程中当纸张厚度大于珠峰就停止了，因此继续执行的要求是纸张厚度小于珠峰高度
while(paper <= zf) {
//循环的执行过程中每次纸张折叠，纸张的厚度要加倍
paper *= 2;
//在循环中执行累加，对应折叠了多少次
count++;
}
//打印计数器的值
System.out.println("需要折叠：" + count + "次");
} 四、do...while循环
do...while循环也是while循环，所以它也用于循环次数未知的情况下，但它与while循环的区别是，它会优先执行一次循环体的内容。
语法格式：
//初始表达式1
do {
//循环体2
}while(条件表达式3);
//执行顺序：12->32->32->32->... 执行流程如下：
执行顺序：①③④>②③④>②③④…②不满足为止。
①负责完成循环变量初始化。
②负责判断是否满足循环条件，不满足则跳出循环。
③具体执行的语句
④循环后，循环变量的变化情况
案例：
在控制台输出10次Hello Word。
public static void main(String[] args) {
int x=1;
do {
System.out.println("hello world");
x++;
}while(x<=10);
} 关于三种循环语言的总结：
三种循环的区别
- for循环和while循环先判断条件是否成立，然后决定是否执行循环体（先判断后执行）
- do...while循环先执行一次循环体，然后判断条件是否成立，是否继续执行循环体（先执行后判断）
for循环和while的区别
- for循环用在循环次数已知的情况下，可以控制遍历次数；
- while和do...while循环还可以用在循环次数未知的情况下。
三种循环的区别总结
- 建议使用的顺序：for，while，do-while；
- 循环次数确定的话，建议使用for，循环次数不确定建议使用while；
- do-while循环来讲的话,至少执行一次。
五、增强for循环
增强for循环（也称为foreach循环）是Java 5中新增的一种语法结构，用于遍历数组和集合中的元素。它能够以一种简单、直观的方式进行遍历，并且能够避免普通for循环中可能会出现的越界错误。
语法格式：
for (数据类型 变量名 : 数组名/集合名) {
// 循环体代码 } 其中，数据类型表示数组或集合中元素的类型，变量名表示当前遍历到的元素的变量名，数组名或集合名表示要遍历的数组或集合对象。在循环体内部，我们可以通过变量名来访问当前遍历到的元素，执行相应的操作。
案例：
对于一个整型数组nums，可以使用增强for循环来计算数组中所有元素的和。
int sum = 0;
for (int num : nums) {
sum += num;
} 需要注意的是，增强for循环主要用于遍历数组和集合等可迭代对象中的元素，不适用于其他场景。此外，在循环过程中不建议修改数组或集合的元素数量，否则可能会导致循环出错。
六、循环退出
在Java中，有两种跳出循环的方式，分别是break和continue。
- Break：break表示跳出当前所在循环。
- Continue：跳出本次循环。
七、循环扩展
死循环
死循环：也就是循环中的条件永远为true，死循环的是永不结束的循环。例如：while(true){}。
在后期的开发中，会出现使用死循环的场景，例如：我们需要读取用户输入的输入，但是用户输入多少数据我们并不清楚，也只能使用死循环，当用户不想输入数据了，就可以结束循环了，如何去结束一个死循环呢，就需要使用到跳出语句了。
死循环（无限循环）的三种格式：
for(;;){}
while(true){}
do {} while(true); 变异循环
在前面介绍for循环时，介绍的是标准语法的for循环：
for(初始化表达式①; 布尔表达式②; 步进表达式④){
循环体③
} 除此之外，for循环还有一些变异语法：
初始化表达式①
for(; 布尔表达式②; ){
循环体③
步进表达式④
} 也就是说，可以把for循环的初始化表达式可以放在for循环语句之前，作为一个全局变量；步进表达式④可以放在for循环语句大括号内{}。
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、嵌套循环
所谓嵌套循环，是指一个循环的循环体是另一个循环。比如for循环里面还有一个for循环，就是嵌套循环。总共的循环次数=外循环次数*内循环次数。
嵌套循环格式：
for(初始化表达式①; 循环条件②; 步进表达式⑦) {
for(初始化表达式③; 循环条件④; 步进表达式⑥) {
执行语句⑤;
}
} 嵌套循环执行流程：
外循环一次，内循环多次（一圈）。
例如：日历中 年与月的关系，时钟中 分与秒的关系。如 2020年至2023年，一共3年，每年12个月。其中，年份看成外循环，月份看成内循环。
案例：
1. 使用嵌套循环，打印2021年至2023年月份，格式：xxxx年x月。
public static void main(String[] args) {
//打印2020年至2023年月份
//年份是外循环，3年；月份是内循环，12月
for (int i = 2020; i <= 2023; i++) {
for (int j = 1; j <= 12; j++) {
//不换行打印星号
System.out.print(i + "年" + j + "月 ");
}
//内循环打印12个月后，需要一次换行
System.out.println();
}
} 2. 打印一个九九乘法表。
public static void main(String[] args) {
//外层循环控制行
for (int i = 1; i <= 9; i++) {
// 内层循环控制列
for (int j = 1; j <= i; j++) {
//不换行\t表示制表符
System.out.print(i + "*" + j + "="+i*j+"\t");
}
// 需要一次换行
System.out.println();
}
} 除了常见的for循环、while循环、do-while循环外，增强for循环也是一种非常方便的遍历数组和集合元素的方式。在实际编程中，我们应该根据具体需求选择不同的循环结构，并且注意循环条件、循环变量等的正确使用，以确保程序的正确性和高效性。
我们下期再见！
END
文案编辑|云端学长
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