Цикл For у Java

Кажуть, що найкращий програміст – ледачий програміст. Замість того, щоб здійснювати однотипні дії кілька разів, він придумає алгоритм, який зробить цю роботу за нього. А ще він зробить його добре, щоб не потрібно було переробляти. Приблизно так, щоб багато разів не писати один і той самий код, придумали цикли. Уявімо, що нам потрібно вивести в консоль числа від 0 до 99. Код без циклу:

System.out.println(0);
System.out.println(1);
System.out.println(2);
System.out.println(3);
System.out.println(4);
System.out.println(5);
// Тощо

Цей код займе 100 рядків! Дуже багато. А ось який вигляд це матиме з циклом:

for(int i = 0; i < 100; i++) {
   System.out.println(i);
}

Всього 3 рядки!

Що таке цикли for?

Цикл for – це керівна конструкція програмного коду, яка порушує лінійність виконання алгоритму і дає змогу виконати зазначений код безліч разів. Наприклад, необхідно прийняти 30 крапель ліків. Алгоритм буде приблизно такий:

1. Приготувати склянку.
2. Відкрити кришку.
3. Отримати 1 краплю.
4. Отримати 2 краплю.
…
32. Отримати 30 краплю.
33. Закрити ліки.
34. Прийняти отриману порцію.

Цей алгоритм можна пояснити набагато швидше:

1. Приготувати склянку.
2. Відкрити кришку крапель.
3. Отримати 30 крапель.
4. Закрити ліки.
5. Прийняти отриману порцію.

Ми практично щодня використовуємо цикл for у розмові з іншими людьми: "...20 кроків далі вулицею...", "...зроби 10 повторень і ще 5 удвічі повільніше...", "...зроби 5 покупок у різних категоріях та отримай приз..." можна продовжувати довго, але зміст зрозумілий. У Java цикл for необхідний для скорочення коду і його лаконічності.

Принцип роботи циклу for

For-цикл використовується таким чином:

for(<початкова точка>; <умова завершення>; <оператори лічильника>) {
	// Тіло циклу
}
Приклад перебору цифр від 0 до 5 і виведення кожної в консоль:
for(int i = 0; i < 5; i++) {
   System.out.println(i);
}

Виведення: Якщо перекласти цей запис людською мовою, вийде таке: "Створи змінну i з початковим значенням 0, поки вона не досягне 5, додавай до неї по 1 і на кожному кроці записуй значення i в консоль." В основі роботи циклу for в Java лежать три стадії, їх можна проілюструвати такою схемою: Умова завершення циклу – це булевий вираз. Якщо він хибний, цикл буде завершено. У прикладі вище змінна i збільшується на 1. Якщо її значення менше за 5, цикл триває. Але щойно i стане більшим або дорівнюватиме 5, цикл припиниться. Оператор лічильника – вираз, який виконує перетворення змінної лічильника. У прикладі вище змінна i збільшувалася на 1. Тобто цикл буде виконано рівно 5 разів. Якщо оператор лічильника додаватиме по 2 до змінної i, результат буде іншим:

for(int i = 0; i < 5; i = i + 2) {
   System.out.println(i);
}

Виведення: Також можна множити змінну, ділити, зводити в ступінь, загалом, робити все, що завгодно. Головне, щоб внаслідок перетворення вийшло число. Тіло циклу – будь-який код, який може бути виконаний. У прикладі вище в тілі циклу було виведення значення змінної i в консоль, проте вміст цього тіла обмежений завданням і фантазією. Узагальнюючи всю схему, принцип цього циклу – for – наступний: код, що знаходиться в тілі циклу, буде виконано стільки разів, скільки перетворень виконає оператор лічильника до того, як буде досягнуто умови завершення циклу. Якщо задати умову завершення циклу як true:

for(int i = 0; true; i++) {
   if(i % 1000000 == 0) System.out.println(i);
}
System.out.println("Loop ended");

То код після циклу буде позначений помилкою unreachable statement, оскільки ніколи не буде виконаний. Задача на кмітливість: чи буде унаслідок запуску коду нижче виведено в консоль "Loop ended" або цикл виконуватиметься нескінченно?

for(int i = 0; i > -1; i++) {
   if(i % 1000000 == 0) System.out.println(i);
}
System.out.println("Loop ended");

Відповідь: буде. Змінна i рано чи пізно досягне максимального значення, а подальше збільшення перетворить її на максимальне від'ємне, внаслідок чого умову завершення буде виконано (i < = -1).

Цикл forEach

Під час роботи з циклами іноді доводиться перебирати масиви або колекції. Зазвичай масив можна перебрати за допомогою циклу for:

public void printAllElements(String[] stringArray) {
   for(int i = 0; i < stringArray.length; i++) {
       System.out.println(stringArray[i]);
   }
}

І це правильно. Однак, для перебору всіх елементів масиву почергово придумали конструкцію forEach. Її сигнатура така:

for(<Тип елемента> <Ім'я змінної, куди буде записаний черговий елемент> : <Назва масиву>) {
	// Тіло циклу
}

Перебрати масив рядків і вивести кожен у консоль можна в такий спосіб:

public void printAllElements(String[] stringArray) {
   for(String s : stringArray) {
       System.out.println(s);
   }
}

Теж коротко і лаконічно. Найголовніше, немає потреби думати про лічильник і про умови завершення, все вже зроблено за нас.

Як використовують цикли for

А тепер розглянемо кілька прикладів використання циклу for в Java для розв'язання різноманітних завдань.

Зворотний цикл (від більшого до меншого)

for(int i = 5; i > 0; i--) {
   System.out.println(i);
}

Виведення:

Кілька змінних і збільшення лічильника в тілі циклу

У циклі for можна використовувати кілька змінних, наприклад їх можна перетворювати в операторі лічильника:

int a = 0;
for(int i = 5; i > 0; i--, a++) {
   System.out.print("Крок: " + a + "Значення: ");
   System.out.println(i);
}

Виведення: Або оголосити дві змінні і йти циклом, доки вони не дорівнюватимуть одна одній:

for(int i = 5, j = 11; i != j; i++, j--) {
   System.out.println("i: " + i + " j: " + j);
}

Виведення: Навряд чи ця дія має якусь цінність, але знати про таку можливість корисно. У циклі for також можна створювати внутрішні цикли. У цьому разі кількість кроків циклу буде множитися:

for(int i = 0; i < 5; i++) {
   System.out.print(i + " | ");
   for(int j = 0; j < 5; j++) {
       System.out.print(j + " ");
   }
   System.out.print('\n');
}

Виведення: У циклі з лічильником j є можливість звертатися до лічильника зовнішнього циклу. Завдяки цьому вкладені цикли – ідеальний спосіб обходу двовимірного, тривимірного та інших масивів:

int[][] array = { {0, 1, 2, 3, 4 },
                       {1, 2, 3, 4, 5},
                       {2, 3, 4, 5, 6},
                       {3, 4, 5, 6, 7}};

for(int i = 0; i < array.length; i++) {
   for(int j = 0; j < array[i].length; j++) {
       System.out.print(array[i][j] + " ");
   }
   System.out.print('\n');
}

Виведення:

Дострокове завершення циклу

Якщо під час обробки циклу потрібно його перервати, використовуйте оператор break, який зупиняє роботу поточного тіла циклу. Усі наступні ітерації також пропускаються:

public void getFirstPosition(String[] stringArray, String element) {
   for (int i = 0; i < stringArray.length; i++) {
       if(stringArray[i].equals(element)) {
           System.out.println(i);
           break;
       }
   }
}

Метод виведе позицію першого шуканого елемента в масиві:

String[] array = {"one", "two", "three", "Jeronimo"};
getFirstPosition(array, "two");

Виведення:

Нескінченний цикл

Ще один спосіб створити нескінченний цикл for – залишити порожньою область оголошення лічильника, умову завершення та оператор лічильника:

for (;;;) {
}

Але зваж, що здебільшого нескінченний цикл – свідчення логічної помилки. У такого циклу обов'язково має бути умова завершення.