Embed Size (px)
Citation preview
本投影片（下稱教用資源）僅授權給採用教用資源相關之旗標書籍為教科書之授課老師（下稱老師）專用，老師為教學使用之目的，得摘錄、編輯、重製教用資源（但使用量不得超過各該教用資源內容之 80% ）以製作為輔助教學之教學投影片，並於授課時搭配旗標書籍公開播放，但不得為網際網路公開傳輸之遠距教學、網路教學等之使用；除此之外，老師不得再授權予任何第三人使用，並不得將依此授權所製作之教學投影片之相關著作物移作他用。
著作權所有 © 旗標出版股份有限公司
流程控制 ( 二 ) ：迴圈第 6 章
2
學習目標
學習讓程式能夠重複執行的方法 學習控制程式執行次數的方法 了解何謂迴圈及認識各種迴圈的語法 學習跳出迴圈的方法
3
前言 在第 5 章中 , 我們已充分練習了如何使用條件判斷來控制程式流程 , 本章我們要開始學習流程控制的另一把利器 ― 迴圈 (loop) 。
迴圈是用來解決重複性工作 ( 重複的執行動作 ) 的敘述。在日常生活中 , 往往我們都會為了一些例行性 (routine) 的工作浪費許多時間；辦公人員每天重複的收發表格、操作員重複地把原料放到機器上等。
4
前言
這種重複性的工作即使是在寫程式時也很容易發生 ,
此時我們就需要利用迴圈來解決此類程式問題。 比如說我們要設計一個從 1 加到 100 的程式 , 並將累加的結果輸出到螢幕上 , 如果不使用迴圈 , 程式寫出來可能會像下面的樣子。
5
前言
6
前言
上列程式中 , 我們浪費太多的時間在撰寫重複的程式碼。如
果程式要算的是 1 加到 1000, 甚至 1 加到 100
00 呢？此時將耗費許多不必要的時間在程式撰寫上面。
為了改進重複性程式的撰寫或執行效率 , Java 提供了數種『迴圈』敘述 , 讓我們可大幅簡化重複性程式的撰寫。
7
前言
迴圈其實是利用條件運算式的 true/false 來判斷是否要重複執行迴圈內的動作 , 當條件運算式為 true, 程式才會執行迴圈內的動作；條件運算式為 false 時 , 就會結束迴圈 ( 跳出迴圈 ), 然後繼續往下執行。如右圖：
因此當我們使用迴圈來解決上述 1 加到 100 的程式問題時 , 程式便會精簡許多 , 如下。
8
前言
9
前言
程式碼是不是精簡很多了呢？那是因為重複的程式碼被我們用迴圈取代了 , 只需寫一次即可 , 不必重複寫很多次 , 這就是迴圈的妙用。
其中 for 迴圈的用法我們會在下一節中詳細的說明。 在 Java 語言中 , 共有 for 、 while 及 do 三種迴圈敘述。以下我們將分別解說此三類迴圈並實際演練。▪ 單從寫程式的觀點 , 本就應熟悉各種迴圈的應用才能寫出有效率的程式 , 而應考 SCJP 時更是應將各種迴圈的寫法、結構、執行的流程了然於胸。
10
6-1 for 迴圈
在前面的範例中 , 我們使用了 for 迴圈來計算 1
加到 100 的數值。 而 for 迴圈就是適用在需要精確控制迴圈執行次數的場合 , 像上述的例子 , 我們就是控制迴圈加到 10
0 就不要再執行了 , 此時程式便跳出迴圈。 以下就來說明 for 迴圈的語法。
11
6-1-1 語法
for 迴圈的語法如下：
初始運算式：在第一次進入迴圈時 , 會先執行此處的運算式。在一般的情況下 , 我們都是在此設定條件運算式中會用到的變數之初始值。
12
語法
條件運算式：用來判斷是否應執行迴圈中的動作敘述 ,
傳回值需為布林值。此條件運算式會在每次迴圈開始時都執行一次 , 以檢查讓迴圈執行的條件是否仍成立。比方說 , 條件運算式為 i < 10, 那麼只有在 i 小於 10 的情形下 , 才會執行迴圈內的動作敘述；一旦 i
大於或等於 10 時 , 迴圈便結束。
13
語法 控制運算式：每次執行完 for 迴圈中的動作後 , 就會先
執行此運算式。此運算式通常都是用於調整條件運算式中會用到的變數值。以上例來說 , 在條件運算式為 i < 10 的情況下 , 要想讓此迴圈可以執行十次 , 就會在『初始運算式』設定 i=0, 再利用控制運算式來改變 i 值 , 例如 i++, 讓 i 以每次加 1 的方式不斷累加 , 等到 i 的值加到 10 的時候 , 條件運算式 i < 10 的結果即為 false, 此時迴圈結束 , 也完成我們想要迴圈執行 10 次的目標。
迴圈動作敘述：將您希望利用迴圈重複執行的敘述放在此處 , 如果要執行的敘述只有一個 , 也可省略前後的大括弧 {} 。
14
語法 整個 for 迴圈的執行流程圖如右：
瞭解完語法後 , 以下進一步來控制運算式看 for 迴圈是怎麼執行的。
15
6-1-2 執行流程
在上一小節中曾提及 , for 迴圈一般都是用一個變數來決定執行的次數 , 我們就以 for (i=0;i<3;i++) 這個迴圈為例 , 來看看 for 迴圈的執行步驟：
16
執行流程
由上述例子可知 , 我們只要善用迴圈的條件運算式及控制運算式 , 就可以控制迴圈的執行次數。由此亦可得知 , 如果我們需要控制程式執行的次數 , for 迴圈將是最好的選擇。
我們實際以一個例子來作說明 , 假設要逐步計算某個範圍內 ( 例如 1 〜 1000) 所有奇數的總和 , 此時使用 for 迴圈來處理是最恰當的 , 程式碼如下。
17
執行流程
18
▪ 程式第 5 行、第 13〜 17 行有關讓使用者輸入所需的程式碼 , 請如前一章介紹的先依此形式直接使用 , 在第 14 、 16 章 , 才會說明這些程式碼的功用。
執行流程
19
執行流程
在 for 迴圈的初始運算式中 , 也可以直接宣告新的變數來使用 , 例如上面程式中的 for(int i=1;...) 。
不過要特別注意 , 在 for 中宣告的變數就只能在 fo
r 迴圈中使用 , 例如：
20
執行流程 另外 , 在初始運算式及控制運算式中也可以包含多個以逗號分隔的運算式 , 例如以下二種寫法都是允許的：
不過 , 在條件運算式中就只能有一個運算式 , 而且運算結果必須為 true 或 false 才行。
因此我們不可將『 i<5 && j>0 』寫成『 i<5 , j>0 』 , 當然也不可寫出像『 i=5 』這類運算結果不是布林值的式子 (應該用 == 而非 =) 。
21
執行流程
最後 , for 迴圈的初始、控制、及條件運算式都不是必要的 , 若不需要可以省略 (雖然我們並不建議這樣做 ) 。
例如底下 3 個 for 敘述都是合法的：
22
6-1-3 for-each 迴圈
for 還有一種另類的用法： for-each 迴圈 , 就是針對陣列 (詳見第 7 章 ) 或集合 (詳見第 18 章 ) 中的每一個元素 , 每次取出一個來進行迴圈處理。例如：
23
for-each 迴圈
此處我們先簡單介紹 for-each 的用途 , 在第 7 、18 章還會有更詳細的說明。▪ 也有人將 for-each 稱做 for-in, 就是 for(i in a) 的意思。
24
6-2 while 迴圈
while 迴圈的結構和前一章介紹的 if 條件判斷式看起來很類似 , 兩者都有個用括號括住的條件運算式 ,
加上一組由大括號括住的的動作敘述。 但兩者的差異在於： while 迴圈每次在執行完大括號中的動作敘述後 , 會跳回 while 的條件運算式再次檢查 , 如此反覆執行 , 直到條件運算式為 false
時才停止執行迴圈的動作。
25
6-2-1 語法 while 迴圈有別於 for 迴圈的地方在於 , while 迴圈不需要初始算值及控制運算式 , 只需要條件運算式即可。如下述：
while ：『當 . . 』 的意思。會根據條件式的真假 , 來決定是否執行迴圈內的動作。也就是說 『當條件式結果為真』 , 就執行迴圈內的動作的意思。若為假 , 則不予執行 ( 跳出迴圈 ) 。
條件運算式：可以是任何結果為布林值的運算式或布林變數。
26
6-2-2 執行流程
看完如右的流程圖 , 應該不難發現 , 其實 while
迴圈的執行與 for 迴圈十分類似。
我們以上述計算奇數和的例子為藍圖 , 用 while
迴圈來改寫 , 並將奇數和改為偶數和 , 結果如下。
27
執行流程
28
執行流程
29
執行流程 其中第 22 行的 i+=2; 有點類似 for 迴圈的控制運算式 , 讓 while 迴圈的條件運算式有可能產生 false 的結果。
如果把這行敘述拿掉 , while 迴圈內的條件運算式狀況將不會有所改變 (永遠是 true), 此時程式就會一直重複執行迴圈的敘述 , 而不會停下來 , 這種情況稱之為無窮迴圈。
假設我們要設計一個程式 , 計算 1 到 8 間 , 所有整數的和 , 而且在畫面上顯示從 1 開始加的時候 , 每一次累加的和。
如果使用 while 卻沒有敘述去改變條件運算式中用到的數值 , 就會發生計算結果不正確的情況。
30
執行流程
31
執行流程
32
執行流程 我們可以發現這個程式有 2 個問題：
▪ 首先 , 我們希望程式算的是 0+1 、再加 2 、再加 3 的情形 , 但上列程式卻不是這樣加。
▪ 其次 , 這個迴圈會不停執行下去 , 因為 i 值恆等於 1, 自然永遠都小於使用者輸入的 range 指定數值 , 所以不會停止。
我們必須在程式第 24 行加入 "i++;" 或 "i+=1;" 的敘述：
33
執行流程
加到後面 , i 值就會以累加 1 的方式不斷變動 , 最後當 i 值大於 8 時就會停止迴圈。
而且這樣一來 , 程式顯示的執行結果也會變得正確：
34
6-3 do-while 迴圈 在三種迴圈方式裡 , do-while 迴圈算是 while 的一種變型 , 但它和 while 及 for 迴圈的執行流程上也有一些差異。
前面介紹的 for 及 while 迴圈通常被稱為『預先條件運算式』 迴圈。也就是說在執行迴圈之前 , 會預先檢查條件式是否為真 , 是的話才執行迴圈內的動作敘述。
do-while 迴圈則不同 , 在第一次進入迴圈時 , 不會先做任何檢查 , 而是先執行完迴圈內的動作敘述後 , 再檢查條件式是否成立 , 所以 do-while 迴圈的特點就是：不論條件式為何 , 迴圈敘述至少都會執行一次。
35
6-3-1 語法
do-while 迴圈的結構像是個倒過來的 while 迴圈 ,
也就是把 "while ( 條件運算式 )" 這一段內容移到迴圈的最後面：
36
6-3-2 執行流程
正如前面所提及的 , do-while 是先執行迴圈內的敘述再進行條件運算式判斷 , 因此其執行流程也稍稍有所不同 , 如右：
我們以一個實際的例子來測試 ,
就可以清楚的觀察到相同的程式因為執行流程上的不同 , 所產生的結果也會不同的情況 , 我們先用 while 迴圈來設計 , 如下。
37
執行流程
38
執行流程
此範例程式的 while 迴圈會在每次做完條件檢查時 ,
將 i 的值加 1, 結果使迴圈的敘述會執行 3 次。 接著用 do-while 來改寫同一個程式 , 如下：
39
執行流程
如上 , 由於 i 是從 0 開始 , 且 do-while 會先執行完一次迴圈內的動作後 , 才進行檢查 , 使得這次迴圈的動作比前一個範例多執行 1 次。
讀者在設計程式時 , 可依程式的特性選用適當的迴圈敘述。
40
6-4 巢狀迴圈
在上述的迴圈範例中 , 我們都是以一維的方式去思考 ,
比如說 1 加到 100, 只要一個累加變數就能解決問題。
但是如果要解決像九九乘法表這種二維的問題 (x,y
兩累加變數相乘的情況 ), 就必須將使用迴圈的方式做一些變化 , 也就是使用巢狀迴圈 (Nested loops) 。
巢狀迴圈就是迴圈的大括號之中 , 還有其它迴圈。例如 for 迴圈中還有 for 迴圈 , 或是 while 迴圈等。
以下就用實例來說明巢狀迴圈的應用。
41
巢狀迴圈
42
巢狀迴圈
43
巢狀迴圈
在上述的例子中 , 我們利用兩個迴圈分別來處理九九乘法表的 (x, y) 變數的相乘動作。
當 x 等於 1 時 , 必須分別乘以 1 到 9 的 y ；當 x 等於 2 時 , 又是分別乘上 1 到 9
的 y..., 也就是在外部的 for
迴圈每執行一輪時 , 內迴圈就會執行 9 次 , 以此類推。執行流程如右圖：
44
巢狀迴圈
45
6-5 變更正常流程的 break 與 continue
有兩個敘述： break 及 continue, 都可以忽視迴圈正常的執行流程 , 而終止執行迴圈或跳出該輪迴圈。
46
6-5-1 跳出一層迴圈的 break
如同 switch 多條件分支可以利用 break 敘述改變程式流程一樣 , 迴圈一樣有 break 敘述可以用來改變迴圈執行的流程。
迴圈中的 break 敘述 , 與 switch 的 break 敘述有相同的功能 , 它會中斷目前的迴圈執行 , 或者說是『跳出』迴圈。
寫過數個迴圈程式後 , 我們可以試著使用 break 來跳出迴圈：當程式中遇到某種狀況時 , 而不要繼續執行迴圈 , 即可用 break 來中斷迴圈 , 方法如下。
47
跳出一層迴圈的 break
48
跳出一層迴圈的 break
由於在第 7 行的條件運算式 "i > 0" 恆為真 , 所以會變成一個無窮迴圈。
不過由於程式在實際執行時 , i 變數會持續累加 , 等累加到 i 的值等於 5 時 , 第 9 行的 if 條件運算式其值為真 , 所以會執行 break 來跳出此層迴圈。
49
6-5-2 結束這一輪迴圈的 continue
除了 break 敘述外 , 迴圈還有一個 continue 敘述 ,
continue 的功能與 break 相似 , 不同之處在於 br
eak 會跳出整個迴圈 , continue 僅跳出『這一輪』的迴圈 ,請看以下的程式範例。
50
結束這一輪迴圈的 continue
51
結束這一輪迴圈的 continue
執行結果獨缺了 5, 是因為第 5 圈時 , 在程式執行第 7 行的 continue 後 , 迴圈就被結束掉了 , 直接進行第 6 圈的迴圈 , 導致第 8 行敘述未被執行。
52
6-5-3 標籤與 break/continue 敘述
如果程式中用的是巢狀迴圈 , 而您需要程式在某種狀況下 , 同時中止每一層的迴圈、或是同時中止該輪的內 / 外迴圈 , 用單純的 break/continue 敘述就顯得不方便了。
因為您必須在每一層的迴圈中 , 都加上 break/contin
ue 敘述 , 才能跳出迴圈或中止該輪的內 / 外迴圈。為解決這個問題 , Java 提供了另一種 break/continu
e 敘述的寫法 , 就是在 break/continue 敘述之後加上標籤 (Label) 。
53
標籤與 break/continue 敘述
在迴圈敘述之前 , 可加上『標籤』來識別迴圈 , 其格式如右：
替迴圈加上標籤後 , 在內迴圈中都可在 break/contin
ue 敘述後加上該標籤名稱 , 表示要中斷的是指定標籤的迴圈 , 例如：
54
標籤與 break/continue 敘述
此時 break 敘述不止會跳出最內層的 do 迴圈 , 也會跳出外層的 for 、 while 迴圈。
我們仍用前面的九九乘法表範例程式來說明 , 假設我們現在要讓 1〜 9 的乘法表中各只列出乘積小於或等於 25 的項目 , 此時可在內迴圈中檢查迴圈變數的乘積 , 大於 25 就中止該輪外迴圈 , 因此程式可改成如下。
55
標籤與 break/continue 敘述
56
標籤與 break/continue 敘述
57
標籤與 break/continue 敘述
第 11 行的 if 敘述判斷 p 是否大於 25, 是就輸出換行字元 , 並於第 13 行用 "continue outloop;"
敘述中止這一輪的 outloop 迴圈 ( 第 7 行 ) 。 所以最後輸出的乘法表中 , 沒有乘積超過 25 的項目。
58
6-A 迴圈與 if 條件式判斷式混合應用：取出 1 到指定 數值之間的質數
6-B 巢狀迴圈的應用：利用迴圈輸出等腰三角形圖案 6-C 各種迴圈的混合應用：計算階乘
59
1. Given:
What is the result?
A. 27 B. 28 C. 29 D. 30 E. Compilation fails.
60
2. Given :
What is the result? A. 3 B. 4 C. 5 D. 6 E. Compilation fails..
當答案中有編譯錯誤或執行錯誤的選項時 , 最好先檢查程式中是否有語法或邏輯錯誤 , 確定都沒錯之後 , 再去計算輸出值為何。
61
▪ 當 s 為 null 時 , 執行 『 s == null 』 結果會是 tr
ue, 而執行 『 s.length() = 0 』 時則會造成錯誤。在第 4 行若將 | 改為短路的 ||, 則可以正確執行 , 並輸出 NULL 。
62
3. What is the result of following program:
A. 012 B.01223 C.012233
D. 021323 E. 0213233 E.This program will not compile.
63
64
4. The following program is unable to compile:
Which two lines are causing the problem? A. L1 B. L2 C. L3 D. L4 E. L5 F. L6
65
66
5. Given:
67
What is the result?A. 45x7
B. 45x877
C. 455x877
D. 345x
E. 3455x
F. 345x7
G. 3455x877
H. Compilation fails.
68
6. Given:
69
What is the result? A. DABCD
B. DEABCDE
C. EABCD
D. EABCDE
E. Compilation fails.
70
7. Given:
Which two statements are true?A. The result is 23.
B. There is an infinitive loop in line 4-6.
C. i is 7 when the do loop is running over.
D. Compilation fails in line 1.
E. Compilation fails in line 4.
71
