29 апр. 2015 г.

Операторы for и foreach

Начиная с версии JDK 5, в Java существуют две формы цикла for. Первая — традиционная форма, используемая начиная с исходной версии Java. Вторая — новая форма “for-each”. Мы рассмотрим оба типа цикла for, начиная с традиционной формы.

Общая форма традиционного оператора for выглядит следующим образом:

F00001

Если в цикле будет повторяться только один оператор, фигурные скобки можно опустить.

Цикл for действует следующим образом. При первом запуске цикла программа выполняет инициализационную часть цикла. В общем случае это выражение, устанавливающее значение управляющей переменной цикла, которая действует в качестве счетчика, управляющего циклом. Важно понимать, что выражение инициализации выполняется только один раз. Затем программа вычисляет условие, которое должно быть булевским выражением. Как правило, выражение условия сравнивает значение управляющей переменной с целевым значением. Если это значение истинно, программа выполняет тело цикла. Если оно ложно, выполнение цикла прерывается. Затем программа выполняет тело цикла и только после этого выполняется часть повторение цикла. Повторение это обычно выражение, которое увеличивает или уменьшает значение управляющей переменной. Затем программа повторяет цикл, при каждом прохождении вначале вычисляя условное выражение, затем выполняя тело цикла и выполняя выражение повторения. Процесс повторяется до тех пор, пока значение выражения условия не станет ложным.

Поскольку большинство циклов применяют свои переменные только внутри цикла, цикл for допускает, чтобы выражение инициализации было полным объявлением переменной. Таким образом, переменная ограничена телом цикла и невидима извне.

Приведем пару примеров поясняющих все вышесказанное:

F00002

В этом примере переменная i объявлена вне цикла (строка 7), поэтому она так же доступна после его завершения (строка 12).

Из вывода выполнения данной программы видно, что выражение повторения цикла, а именно префиксный инкремент (++i) переменной i выполняется после выполнения тела цикла, то есть после выполнения строки 10, которая выводит приветствие.

Этот момент очень важно понимать, чтобы иметь правильное представление о работе цикла for.

 

Теперь посмотрим на вывод этой программы с аргументами командной строки и без них:

F00003

Как видно из вывода данной программы приращение переменной i происходит после выполнения последней команды цикла, которая выводит приветствие (строка 10).

А теперь объявим переменную внутри цикла (оператора for):

F00004

Как видно Eclipse нам сразу же указал на ошибку, что переменная j, объявленная в строке 15, не видна вне цикла, так как ее область действия или область видимости распространяется только на тело цикла, в котором она была объявлена.

Чтобы программа заработала необходимо закомментировать строку 19.

Вывод этого кода, аналогичен выводу, кода который мы только что рассмотрели, за исключением того, что вместо “Привет” выводится “Hello”. Ну и то что после цикла не возможно вывести значение переменной j.

При объявлении переменной внутри цикла for необходимо помнить о следующем важном обстоятельстве: область и время существования этой переменной полностью совпадают с областью и временем существования оператора for.

Синтаксис цикла for не ограничивается циклами с единственной переменной. Как в выражении инициализации, так и в выражении повторения можно использовать запятую для разделения нескольких выражений инициализации и повторения.

Например:

F00005

В этом примере в инициализационной части цикла мы устанавливаем начальные значения обеих управляющих переменных a и b. Оба разделенных запятой оператора в итерационной части выполняются при каждом повторении цикла.

Данный код генерирует следующий вывод:

F00006

Цикл for поддерживает несколько разновидностей, которые увеличивают его возможности и повышают применимость. Гибкость этого цикла обусловлена тем, что его три части: инициализацию, проверку условий и итерационную не обязательно использовать только по прямому назначению. Фактически каждый из разделов оператора for можно применять в любых целях. Например:

F00007

Пример конечно немного головоломный, но по сути он прост. Первая часть оператора инициализирует переменную b, вторая ее проверяет, а третья выводит на консоль сообщение.

По существу эта программа делает то же приветствие аргументов, если они есть. Если их нет, то ни чего не выводит. Сразу же приведу пример ее вывода:

F00008

Как видно из вывода этой программы, итерационная часть выполняется, как уже и говорилось, после выполнения тела цикла. В данном случае это оператор println в строке 9. Оператор for в данном коде растянулся на две строки 9 и 10, поскольку он достаточно длинный. Я это сделал для демонстрации того, что каждая часть оператора for может быть применена в разных целях. Стоит еще заметить, что приращение переменной i происходит в строке 12 и там же задается условие для продолжения или выхода из цикла, которое проверяется в строке 9.

Еще один подобный пример, цикл for можно задействовать для прохождения по элементам связного списка:

F00009

Стоит, так же, отметить, что любую из частей цикла for (инициализацию, условие и итерационную) или даже все можно пропустить. Например, можно создать таким образом бесконечный цикл:

for (;;){
   
//бесконечный цикл
}

Инициализационное или итерационное выражения либо они оба могут отсутствовать:

F00010

В этом примере инициализационное и итерационное выражения вынесены за пределы определения оператора for. В результате соответствующие части оператора for пусты.

 

 

Чтобы последовательность выполнения частей оператора for стала более наглядный я приведу небольшой пример. Хотя методы мы еще не изучали, но я надеюсь идея этой программы будет вам понята. Смысл ее в том, чтобы наглядно показать последовательность выполнения всех частей оператора for.

for01

for02

Из вывода программы видно, что инициализационная часть программы (метод initTest()) выполняется только один раз.

Затем выполняется проверка условия, представленная методом condTest().

После проверки условия, выполняется тело цикла.

И уже после этого выполняется часть повторение, представленная методом recTest().

В методе condTest() выполняется проверка условия продолжения цикла. В данном случае переменная i сравнивается c 4, и пока переменная i меньше 4, то тело цикла выполняется.

Тело цикла выполняется четыре раза так как переменная i была по умолчанию проинициализирована нулем.

Оператор foreach

Начиная с версии JDK 5 в Java можно использовать вторую форму цикла for, реализующую цикл в стиле foreach (“для каждого”). Цикл в стиле foreach предназначен для строго последовательного выполнения повторяющихся действий по отношению к коллекциям объектов, например, таких как массивы. В Java возможность применения цикла foreach реализована за счет усовершенствования цикла for.  Общая форма версии foreach цикла for имеет следующий вид:

for (тип итерационная переменная : коллекция) блок-операторов

Тип это тип переменной, итерационная переменная — имя итерационной переменной, которая последовательно будет принимать значения из коллекции, от первого до последнего. Элемент коллекция указывает коллекцию, по которой должен выполняться цикл. С циклом for можно применять различные типы коллекций, но пока мы будем использовать только массивы, кстати которые тоже пока не проходили, но по крайней мере уже было много примеров с приветствиями из массива строк, куда попадают аргументы командной строки.

На заметку: оператор foreach применим к массивам и классам, реализующим интерфейс java.lang.Iterable.

На каждой итерации цикла программа извлекает следующий элемент коллекции и сохраняет его в итерационной переменной. Цикл выполняется до тех пор, пока не будут получены все элементы коллекции.

Хотя повторение цикла for в стиле foreach выполняется до тех пор, пока не будут обработаны все элементы массива (коллекции), цикл можно прервать и раньше, используя оператор break.

Поскольку итерационная переменная получает значения из коллекции, ее тип должен совпадать (или быть совместимым) с типом элементов, хранящихся в коллекции. Таким образом, при выполнении цикла по массивам тип должен быть совместим с базовым типом массива.

Чтобы понять побудительные причины применения циклов в стиле foreach, рассмотрим тип цикла for, для замены которого предназначен этот стиль.

Возьмем опять наш пример с приветствием аргументов из командной строки:

F00011

Не правда ли, это куда элегантней, чем применение других операторов цикла, для этой цели?

Собственно у этой программы простой вывод:

F00012

Мы его уже много раз видели в разных вариантах, но повторенье – мать ученья.

 

Для полной ясности рассмотрим еще несколько примеров.

F00013

При каждом прохождении цикла переменной x автоматически присваивается значение, равное значению следующего элемента массива nums. Таким образом, на первой итерации x содержит 1, на второй — 2 и т.д. При этом упрощается синтаксис программы, и исключается возможность выхода за пределы массива.

Вывод этой части программы такой:

F00014

Хотя повторение цикла for в стиле foreach выполняется до тех пор, пока не будут обработаны все элементы массива, цикл можно прервать и раньше, используя оператор break. Например:

F00015

В данном примере цикл отработает только три итерации, после чего произойдет выход из цикла по условию оператора if, который вызовет срабатывание оператора break.

Важно, так же, понимать, что итерационная переменная получает значения из коллекции (массива), на каждой итерации, поэтому, даже если ее значение изменить в теле цикла, то на следующей итерации она снова примет следующее значение из коллекции. И тем более ее изменения ни как не влияют на значения коллекции (элементы массива в данном примере).

Данный код выведет следующее:

F00016

Любой метод, возвращающий массив, может использоваться с foreach. Например класс String содержит метод toCharArray, возвращающий массив char. Пример:

F00017Данный код просто выведет посимвольно строку Привет Мир!

 

На этом с данными операторами можно закончить. Единственное что стоит еще упомянуть, это то, что в инициализационной части можно объявлять только переменные одного типа, или же инициализировать переменные разных типов, но такие которые могут быть приведены к одному общему типу по правилу приведения типов, которые мы рассматривали раньше.

На последок, приведу еще пару примеров продвинутого оператора for. По большому счету, это просто отрефактореный код того примера что я уже приводил.

F00018 Не правда ли, что этот код стал более читаем и понятен, чем тот, что я уже приводил? Или же не понятно? Ну тогда смотрим на другой пример кода, который делает тоже самое.

F00019

Неужели опять не понятно? Smile

Оба этих кода делают одинаковый вывод:

 

F00020

Конечно при условии что аргументами в командной строке были Вася и Петя.

На этом с оператором for и его тенью foreach закончим.

2 комментария: