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003.流程控制语句

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流程控制语句是用来控制程序中各语句执行顺序的语句，可以把语句组合成能完成一定功能的小逻辑模块

程序设计中规定的三种流程结构，即：

  • 顺序结构：程序从上到下逐行地执行，中间没有任何判断和跳转
  • 分支结构：根据条件，选择性地执行某段代码
    • 有 if-else 和 switch-case 两种分支语句
  • 循环结构：根据循环条件，重复性的执行某段代码
    • 有 for、while、do-while 三种循环语句
    • 补充：JDK5.0 提供了 foreach 循环，方便的遍历集合、数组元素。

顺序结构

顺序结构就是程序从上到下逐行地执行。表达式语句都是顺序执行的。并且上一行对某个变量的修改对下一行会产生影响。

public class StatementTest{
	public static void main(String[] args){
		int x = 1;
		int y = 2;
		System.out.println("x = " + x);		
        System.out.println("y = " + y);	
        //对 x、y 的值进行修改
        x++;
        y = 2 * x + y;
        x = x * 10;	
        System.out.println("x = " + x);
        System.out.println("y = " + y);
    }
}

Java 中定义变量时采用合法的前向引用

// 正确
int num1 = 12;
int num2 = num1 + 2;
 
// 错误
int num2 = num1 + 2;
int num1 = 12;

分支结构

if-else 条件判断结构

格式：

if (条件表达式1) {
  	语句块1;
} else if (条件表达式2) {
  	语句块2;
}
...
} else if (条件表达式n) {
 	语句块n;
} else {
  	语句块n+1;
}

说明：

  • 条件表达式必须是布尔表达式（关系表达式或逻辑表达式）或布尔变量
  • 一旦条件表达式为 true，则进入执行相应的语句块。执行完对应的语句块之后，就跳出当前结构。
  • 语句块只有一条执行语句时，一对 {} 可以省略，但建议保留

执行流程：

注意

  • 当条件表达式之间是“互斥”关系时（即彼此没有交集），条件判断语句及执行语句间顺序无所谓。
  • 当条件表达式之间是“包含”关系时，“小上大下/子上父下”，否则范围小的条件表达式将不可能被执行。

if...else 嵌套

在 if 的语句块中，或者是在 else 语句块中，又包含了另外一个条件判断（可以是单分支、双分支、多分支），就构成了嵌套结构。

switch-case 选择结构

格式：

switch (表达式) {
    case 常量值1:
        语句块1;
        // break;
    case 常量值2:
        语句块2;
        // break; 
    // ...
	default:
        语句块 n+1;
        // break;
}

执行流程：

  1. 根据 switch 中表达式的值，依次匹配各个 case。如果表达式的值等于某个 case 中的常量值，则执行对应 case 中的执行语句。
  2. 执行完此 case 的执行语句以后
    • 情况 1：如果遇到 break，则执行 break 跳出当前的 switch-case 结构
    • 情况 2：如果没有遇到 break，则会继续执行当前 case 之后的其它 case 中的执行语句（case 穿透）。直到遇到 break 关键字或执行完所有的 case 及 default 的执行语句，跳出当前的 switch-case 结构

使用注意点：

  • switch(表达式) 中表达式的值必须是下述几种类型之一：byte、short、char、int、enum (JDK 5.0)、String (JDK 7.0)；
  • case 子句中的值必须是常量，不能是变量名或不确定的表达式值或范围；
  • 同一个 switch 语句，所有 case 子句中的常量值互不相同；
  • break 语句用来在执行完一个 case 分支后使程序跳出 switch 语句块；如果没有 break，程序会顺序执行到 switch 结尾；
  • default 子句是可选的。同时，位置也是灵活的。当没有匹配的 case 时，执行 default 语句。

利用 case 的穿透性

在 switch 语句中，如果 case 的后面不写 break，将出现穿透现象，也就是一旦匹配成功，不会在判断下一个 case 的值，直接向后运行，直到遇到 break 或者整个 switch 语句结束，执行终止。

if-else 语句与 switch-case 语句比较

结论：凡是使用 switch-case 的结构都可以转换为 if-else 结构。反之，不成立。

开发经验：如果既可以使用 switch-case，又可以使用 if-else，建议使用 switch-case。因为效率稍高，可读性好。

细节对比：

  • if-else 语句优势
    • if 语句的条件是一个布尔类型值，if 条件表达式为 true 则进入分支，可以用于范围的判断，也可以用于等值的判断，使用范围更广。
    • switch 语句的条件是一个常量值（byte、short、int、char、enum、String），只能判断某个变量或表达式的结果是否等于某个常量值，使用场景较狭窄。
  • switch 语句优势
    • 当条件是判断某个变量或表达式是否等于某个固定的常量值时，使用 if 和 switch 都可以，习惯上使用 switch 更多。因为效率稍高，可读性好。当条件是区间范围的判断时，只能使用 if 语句。
    • 使用 switch 可以利用穿透性，同时执行多个分支，而 if...else 没有穿透性。

循环结构

理解：循环语句具有在某些条件满足的情况下，反复执行特定代码的功能。

循环结构分类：

  • for 循环
  • while 循环
  • do-while 循环

循环结构四要素：

  • 初始化部分
  • 循环条件部分
  • 循环体部分
  • 迭代部分

for 循环

格式：

for (①初始化部分; ②循环条件部分; ④迭代部分) ｛
	③循环体部分;
｝

说明：

  • for(;;) 中的两个 ; 不能多也不能少
  • ①初始化部分可以声明多个变量，但必须是同一个类型，用逗号分隔
  • ②循环条件部分为 boolean 类型表达式，当值为 false 时，退出循环
  • ④可以有多个变量更新，用逗号分隔

while 循环

格式：

①初始化部分
while (②循环条件部分) ｛
    ③循环体部分;
    ④迭代部分;
}

说明：

  • while (循环条件) 中循环条件必须是 boolean 类型。
  • 注意不要忘记声明④迭代部分。否则，循环将不能结束，变成死循环。
  • for 循环和 while 循环可以相互转换。二者没有性能上的差别。实际开发中，根据具体结构的情况，选择哪个格式更合适、美观。
  • for 循环与 while 循环的区别：初始化条件部分的作用域不同。

do-while 循环

格式：

①初始化部分;
do {
	③循环体部分;
	④迭代部分;
} while (②循环条件部分);

流程和上面两种循环不同

说明：

  • 结尾 while (循环条件) 中循环条件必须是 boolean 类型
  • do{}while(); 最后有一个分号
  • do-while 结构的循环体语句是至少会执行一次，这个和 for 和 while 是不一样的
  • 循环的三个结构 for、while、do-while 三者是可以相互转换的。

对比三种循环结构

三种循环结构都具有四个要素：

  • 循环变量的初始化条件
  • 循环条件
  • 循环体语句块
  • 循环变量的修改的迭代表达式

从循环次数角度分析：

  • do-while 循环至少执行一次循环体语句。
  • for 和 while 循环先判断循环条件语句是否成立，然后决定是否执行循环体。

如何选择：

  • 遍历有明显的循环次数（范围）的需求，选择 for 循环
  • 遍历没有明显的循环次数（范围）的需求，选择 while 循环
  • 如果循环体语句块至少执行一次，可以考虑使用 do-while 循环
  • 本质上：三种循环之间完全可以互相转换，都能实现循环的功能

嵌套循环

所谓嵌套循环，是指一个循环结构 A 的循环体是另一个循环结构 B。比如，for 循环里面还有一个 for 循环，就是嵌套循环。其中，for、while、do-while 均可以作为外层循环或内层循环。

  • 外层循环：循环结构 A
  • 内层循环：循环结构 B

实质上，嵌套循环就是把内层循环当成外层循环的循环体。只有当内层循环的循环条件为 false 时，才会完全跳出内层循环，才可结束外层的当次循环，开始下一次的外层循环。

执行特点：外层循环执行一次，内层循环执行一轮。

设外层循环次数为 m 次，内层为 n 次，则内层循环体实际上需要执行 m * n 次。

技巧：从二维图形的角度看，外层循环控制行数，内层循环控制列数。

开发经验：实际开发中，我们最多见到的嵌套循环是两层。一般不会出现超过三层的嵌套循环。如果将要出现，一定要停下来重新梳理业务逻辑，重新思考算法的实现，控制在三层以内。否则，可读性会很差。

无限循环

格式：while(true)、for(;;)

适用场景：

  • 开发中，有时并不确定需要循环多少次，需要根据循环体内部某些条件，来控制循环的结束（如：使用 break）
  • 如果此循环结构不能终止，则构成了死循环！开发中要避免出现死循环。
public class EndlessFor1 {
    public static void main(String[] args) {
        for (;;) {
            System.out.println("我爱你！");
        }
		// System.out.println("end"); // 永远无法到达的语句，编译报错
    }
}
public class EndlessFor3 {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i=1; i <= 10;) { // 循环变量没有修改，条件永远成立，死循环
            System.out.println("我爱你！");
        }
    }
}

break 和 continue

适用范围循环中的作用相同点
breakswitch-case、循环跳出当前循环结构此关键字的后面，不能声明语句
continue循环跳过当次循环此关键字的后面，不能声明语句

此外，很多语言都有 goto 语句，goto 语句可以随意将控制转移到程序中的任意一条语句上，然后执行它，但使程序容易出错、不易读。

带标签的使用

break 语句出现在嵌套循环中时，可以通过标签指明要终止的是哪一层循环

outer:
for (int i = 0; i < 10; i++) {
	inner:
	for (int j = 0; j < 10; j++) {
		if (j == 3) {
			break outer;
		}
		System.out.println(i + "," + j);
	}
}
  • continue 语句出现在嵌套循环中时，也可以通过标签指明要跳过的是哪一层循环。
  • label 语句必须紧接在循环的头部，不能用在非循环语句的前面。

小结：如何结束一个循环结构？

  • 结束情况 1：循环结构中的循环条件部分返回 false
  • 结束情况 2：循环结构中执行了 break
  • 结束情况 3：函数 return，结束的是函数，函数中的循环结构自然也结束了

如果一个循环结构不能结束，那就是一个死循环！我们开发中要避免出现死循环。

其他

Scanner：键盘输入功能的实现

如何从键盘获取不同类型（基本数据类型、String 类型）的变量：使用 Scanner 类。

键盘输入代码的四个步骤：

  1. 导包：import java.util.Scanner;
  2. 创建 Scanner 类型的对象：Scanner scan = new Scanner(System.in);
  3. 调用 Scanner 类的相关方法（next()/nextXxx()），来获取指定类型的变量
  4. 释放资源：scan.close();

注意：需要根据相应的方法，来输入指定类型的值。如果输入的数据类型与要求的类型不匹配时，会报异常，导致程序终止。

如何获取一个随机数

如何产生一个指定范围的随机整数？

Math 类的 random() 的调用，会返回一个[0,1) 范围的一个 double 型值

Math.random() * 100 // [0, 100)
(int) (Math.random() * 100) // [0, 99]
(int) (Math.random() * 100) + 5 // [5, 104]

如何获取 [a, b] 范围内的随机整数呢？(int) (Math.random() * (b - a + 1)) + a

反向链接

关系图谱