Java 基础学习（三）循环流程控制与数组

1 循环流程控制

1.1 循环流程控制概述

1.1.1 什么是循环流程控制

当一个业务过程需要多次重复执行一个程序单元时，可以使用循环流程控制实现。

Java中包含3种循环结构：

1.2 for循环

1.2.1 for循环基础语法

for循环是最常用的循环流程控制，用于将某个语句或语句块重复执行预定次数的情形。语法如下：

for ( 表达式1；表达式2；表达式3  )  {
语句块（循环体）
}

可以看出，for循环的三个表达式之间通过分号；进行分隔，其执行逻辑如下所示：

1、计算表达式1的值，通常为循环变量赋初值；

2、计算表达式2（表达式2为逻辑表达式）的值，即判断循环条件是否为真，若值为真则执行循环体一次(语句块)，否则跳出循环；

3、执行循环体；

4、计算表达式3的值，此处通常写更新循环变量的赋值表达式；

5、计算表达式2的值，若值为true则执行循环体，否则跳出循环；

6、如此循环往复，直到表达式2的值为false。

1.2.2 固定次数的循环

for循环常常用于解决固定次数循环的处理，比如说逐一打印从1到10的数字，固定执行10次；比如求累加和，想求1+2+3+…+100的结果，次数固定执行100次。

作为计次循环使用时候，关键要找到其4个要素：

• 初始化
• 循环条件（结束）
• 递增/递减
• 循环体

执行流程如下所示：

 比如，从 0 开始，逐行输出0、1、2、3，for循环工作流程如下所示：

1.2.3 【案例】累加求和

计算从1累加到100的和，并输出计算结果。考虑使用for循环处理，执行过程如下所示：

 案例示意代码如下：

public class ForDemo1 {public static void main(String[] args) {int sum = 0;for (int i = 1; i <=100; i++) {sum = sum + i; // sum+=i}System.out.println(sum);}
}

分析上面代码的执行过程：

1、声明一个变量用于保存累加和，此变量命名为sum，赋初始值为0；

2、for循环从1开始，每次增1，执行100次，循环体中将i的值累加到sum变量中。注意：每次都是在sum的基础之上加上i，所以使用了sum += i。

3、循环结束后，输出结果。

1.2.4 【案例】输出100以内所有13的倍数

寻找100以内所有13的倍数，并逐一输出。

可以从1开始循环到100，逐一判断，代码示意如下：

public class ForDemo2 {public static void main(String[] args) {for(int i = 1; i <= 100;i++) {if (i%13 == 0){System.out.print(i+" ");}}}
}

也可以直接从13开始循环到100，每次循环增加13，代码示意如下：

public class ForDemo2 {public static void main(String[] args) {for(int i = 13; i <= 100;i += 13) {System.out.print(i+" ");}}
}

1.2.5 break语句

break可用于循环语句或switch语句中。break用于循环，可使程序终止循环而执行循环后面的语句，常常与条件语句一起使用。

1.2.6 【案例】for循环与break

需要统计1到100的累加和，条件是当和大于等于4000时则终止计算，输出所计算的累加和。

此案例通过在if语句中使用break实现了for语句的退出，分析过程如下：

本程序最终sum的值为：4005。

代码示意如下：

public class BreakDemo {public static void main(String[] args) {int sum = 0;for(int i = 1; i <=100; i++) {if (sum >= 4000){break;}sum += i;}System.out.println(sum);}
}

1.2.7 continue语句

continue只能用于循环中，其作用为跳过循环体中剩余语句而执行下一次循环。

比如需要逐一输出1到100之间的整数，但是遇到7的倍数或者以7结尾的数字，则不需要输出。代码及分析如下：

1.2.8 【案例】for循环与continue

有一个游戏名为“查 7“：从1到100，逐一念出数字，如果遇到7的倍数或者含7的数字，则跳过。比如 7、14、17、21等都需跳过。

用代码实现“查7游戏”：输出 1 到 100 之间非7的倍数以及不含7的数字。

代码示意如下：

public class ContinueDemo {public static void main(String[] args) {for(int i = 1; i <= 100; i++) {if (i%7 == 0 || i%10 ==7 || i/10 == 7) {continue;}System.out.println(i);}}
}

1.2.9 循环变量的作用域

for循环中的变量，其有效用域为for循环内部。这样可以减少变量的冲突，实现循环变量的复用。

查看如下代码：

上下两个循环中，都可以使用名为 i 的变量，并不会产生错误。这是因为每个变量 i 都是在 for 循环内部定义，也只在 for 循环内部有效。

1.2.10 for循环省略初始化表达式

省略for循环的初始化表达式，则需要在for循环外定义变量，代码示意如下：

通过上面的代码可以看出，虽然省略了初始化表达式1，但只是将它放在了for循环的外面进行声明，只是位置不同而已。这样可以扩大循环变量作用范围，也可以在多个循环间共享循环变量。

在此需要注意一点，即使for语句中不写表达式1了，表达式2前面的分号；也不能省略。

1.2.11【案例】 for循环变量示例

测试for循环变量的作用域：

• for 循环内部定义
• 省略初始化表达式

代码示意如下：

public class ForDemo3 {public static void main(String[] args) {for(int i=0; i<=3; i++) {//i = 0 1 2 3System.out.print(i+"-");}System.out.println();for(int i=0; i<=4; i++) {//i = 0 1 2 3System.out.print(i+"-");}//System.out.println(i); //编译错误，没有变量iSystem.out.println();//利用i实现两个循环接力处理int i = 0;for ( ; i<=3 ; i++ ) {//i= 0 1 2 3System.out.print(i+"-");}//System.out.println(i); //4for( ; i<=5 ; i++ ) {//i = 4 5System.out.print(i+"+");}System.out.println(i); //6}
}

1.2.12 for循环省略循环条件

for循环可以省略循环条件，省略循环条件以后，当需要结束循环时，则可以利用break退出循环。代码示意如下：

for(int i=0; ;i++){System.out.print(i);if(i==10){break; //退出循环}
}

1.2.13 for循环省略表达式3

for循环可以省略表达式3，这时可以在循环体中控制循环变量的值，进而控制循环结束。代码示意如下：

for(int i=0; i<=10; ){System.out.print(i++);
}

通过上面的代码可以看出，虽然省略了表达式3，但也只是将它放在了for循环体之中，只是位置不同而已。在此需要注意一点，即使for语句中不写表达式3了，表达式2后面的分号；也不能省略。

for循环也可以省略全部的表达式，只留下循环体，此时for循环是“死”循环，需要在循环中适当的添加break语句结束循环。代码示意如下：

long timeout=System.currentTimeMillis()+1000;
for( ; ; ){System.out.println(“我爱学Java");if(System.currentTimeMillis() > timeout){break;}
}

1.2.14 for循环与逗号表达式

for循环中可以定义多个循环变量，实现复杂控制：使用逗号表达式来定义多个循环变量。这样可以控制多个变量的作用域，使变量只在for循环内部有效。

逗号表达式也是运算符，多个表达式用逗号连接构成逗号表达式。

查看如下代码示例：

for ( int  i =1 , j = 6  ;  i <= 6  ;  i +=2 , j -=2 ) {
System.out.println(“ i , j = “ + i + “,” + j );
}

上面的代码的执行逻辑如下：初始设置i为1，j为6，判断i是否小于等于6，为真则执行循环体，而后执行i+=2，j-=2，即：i增2，j减2。再判断i是否小于等于6，为真继续执行循环体，以此类推，直到条件为false。本程序的输出结果为：

1.3 while和do…while

1.3.1 while 循环

经典for循环一般用于处理处理计次循环，不计次循环一般采用while/do-while。其语法如下：

while( 循环条件 ) {循环体；
}

其执行流程为：

• 计算“循环条件”表达式的值
• 如果值为true则执行“循环体”
• “循环体”执行完后再次判断“循环条件”表达式的值，如果为true则继续执行“循环体”
• 如此循环往复，直到“循环条件”为false时结束while循环

执行示意图如下所示：

用while循环关键是找到两个要素：

• 循环体
• 循环条件

1.3.2 【案例】while 循环示例

用代码模仿摇骰子(dice)游戏：三个骰子一起摇，摇到一个“豹子”就结束。“豹子”是指3个骰子点数相等情况。分析执行逻辑如下：

 此案例中，需要使用 Random产生随机数。代码示意如下：

import java.util.Random;
public class WhileDemo1 {public static void main(String[] args) {int dice1 = 1;int dice2 = 2;int dice3 = 3;Random random = new Random();while(dice1!=dice2 || dice1!=dice3) {dice1 = random.nextInt(7-1)+1;dice2 = random.nextInt(7-1)+1;dice3 = random.nextInt(7-1)+1;System.out.println(dice1+","+dice2+","+dice3);}}
}

1.3.3 do…while 循环

do-while也是循环的一种常见语法结构，其语法如下：

do {循环体；
} while( 循环你条件 ) ;

其执行流程为：

• 先执行“循环体”
• 再计算“循环条件”表达式的值：如果为true，再次执行“循环体”
• 如此循环往复，直到“循环体”表达式的值为false为止

示意如下：

1.3.4 【案例】do…while 循环示例

用代码模拟“猜数字“游戏：

• 程序随机生成并存储一个100以内的正整数n
• 用户输入一个整数，程序判断与 n 的大小比较，输出“大”或“小”的比较结果提示
• 直到用户猜对数字，则输出“猜中了”

业务分析如下：

 代码示意如下：

import java.util.Scanner;
public class DoWhileDemo1 {public static void main(String[] args) {Scanner console = new Scanner(System.in);//生存随机数int num = (int)(Math.random()*100);System.out.println("开始猜猜吧！");int guess;do{guess = console.nextInt();if(guess>num) {System.out.println("猜大了！");}if(guess<num) {System.out.println("猜小了！");}if(guess==num) {System.out.println("猜中了！");}}while(guess!=num);}
}

1.3.5 关于while和do…while

while 和 do…while 都是不定次数循环，其区别为：

• while结构：先“循环条件”后执行“循环体”，有可能循环体一次都不执行
• do…while结构：先执行“循环体”后执行“循环条件”，至少执行一次“循环体”

流程对比如下：

1.4 循环问题

1.4.1 循环问题定义：“当”循环

如果业务可以转换为“当……“这样的句式时，优先选择while语句来实现。看下面的需求：假设年存款利率为3%，本金为10000，问存款总额超过12000时，收益具体是多少？

分析这个需求，可以转化为下面的理解：“当“存款总额小于12000时，以3%的利率增长，那么条件就是total<12000，这种”当“句式优先考虑使用while语句实现，简易代码如下：

    ……
while( 条件 ) { 
total += ( total * 0.03 ) ; 
}
……

1.4.2 循环问题定义：“直到”循环

如果业务可转换为”直到……”这样的句式时，优先选择do-while语句来实现。看下面的需求：在验证身份时必须提供密码并核对，密码不正确则继续输入密码。分析这个需求，可以转化为下面的理解：获取密码，”直到”输入的值为123456，那么条件就是! ”123456”.equals（inputPwd），这种“直到……“句式优先考虑使用do-while语句实现，简易代码如下：

……
do { 
……
} while（! ”123456”.equals（inputPwd））;
……

1.4.3 循环问题定义：固定次数循环

如果业务中可以获取到一个确切的循环次数时可以考虑使用for循环来实现，看下面的需求：求1-100的和、累加10次输入的数字的和、录入3名学员信息、存储5门课程成绩……，上面的需求都是可以明确确切的循环次数，故而优先用for循环。

在前面所介绍的3种循环（while、do-while、for）中，一般情况下，for循环使用得最多，而对于for循环结构，一定要分析出需要解决业务的三个部分：

• 循环变量初始状态
• 循环条件
• 循环变量的改变

分析好了上面的三个部分，for语句的结构也就定义好了，其它的问题只在于填写不同的循环体来解决不同的业务问题而已。

1.5 嵌套循环

1.5.1 嵌套循环

嵌套循环是指在一个循环的循环体中添加另一个循环，常用于执行复杂的循环流程控制。

1.5.2 【案例】打印直角三角形

在控制台打印输出5行的直角三角形，输出效果如下：

 代码示意如下：

public class ForDemo4 {public static void main(String[] args) {for(int i = 1 ; i <= 5;i++){//外层循环for(int j = 1 ; j <= i;j++){//内层循环System.out.print("*");}System.out.println();}}
}

2 数组

2.1 基本类型数组

2.1.1 什么是数组

在Java中，数组是一种用于存储相同类型数据元素的数据结构。它是一系列按照顺序排列的元素集合，可以通过索引访问每个元素。

以一个简单的例子来解释，假设你想存储一组学生的分数。如果你使用分离的变量来存储每个学生的分数，你需要为每个学生声明一个独立的变量。这可能会导致代码冗长而难以管理，特别是当学生数量很大时。

相反，使用Java数组，你可以创建一个包含学生分数的数组。例如，你可以声明一个名为"scores"的整数数组，然后将每个学生的分数存储在该数组的不同索引位置上。这样一来，你只需要一个变量来表示所有学生的分数，并且可以通过索引轻松访问和操作每个学生的分数。

Java数组的好处包括：

• 容易访问和操作元素：通过索引，可以直接访问数组中的任何元素，而不需要遍历整个数组。这使得对数组进行排序、搜索或修改等操作更加高效和方便。
• 代码简洁和可读性强：相对于分离的变量，使用数组可以更清晰地表示一组相关数据。这样可以减少变量的数量，使代码更简洁、易于理解和维护。
• 循环处理方便：通过循环结构，可以轻松地遍历数组中的所有元素，执行相同的操作或获取相应的结果。这对于处理大量数据的情况非常有用。
• 内存管理效率高：数组在内存中是连续存储的，这意味着访问数组的任何元素时，可以通过简单的数学计算直接找到其位置。这提供了高效的内存访问和管理。

需要注意的是，Java数组的大小在创建时是固定的，无法动态调整。需要通过变通算法进行处理。

2.1.2 创建基本类型数组

在Java中，创建基本类型数组的语法非常简单。定义数组的语法为：数据类型[] 数组名 = new 数据类型 [ 大小 ]。

以下是创建不同基本类型数组的示例：

创建整数数组：int[] numbers = new int[5]; // 创建一个包含5个整数的数组
创建浮点数数组：float[] values = new float[10]; // 创建一个包含10个浮点数的数组
创建布尔类型数组：boolean[] flags = new boolean[8]; // 创建一个包含8个布尔值的数组
创建字符数组：char[] letters = new char[26]; // 创建一个包含26个字符的数组
创建字节类型数组：byte[] data = new byte[100]; // 创建一个包含100个字节的数组

这些示例演示了如何声明基本类型数组，并通过指定数组大小来分配内存空间。在上述示例中，方括号"[]"用于指示创建的变量是一个数组。括号内的数字表示数组的大小，即数组可以存储的元素数量。

2.1.3 基本类型数组默认值

当创建基本类型数组时，数组的每个元素将被初始化为基本类型的默认值。下面是各个基本类型数组的默认值：

• 整数类型（如int、byte、short、long）：0
• 浮点数类型（如float、double）：0.0
• 布尔类型（boolean）：false
• 字符类型（char）：空字符（'\u0000'），这是一个控制字符，直接打印输出时不可见

因此，如果你创建一个int类型的数组，所有元素的初始值将为0；如果创建一个boolean类型的数组，所有元素的初始值将为false。需要注意的是，这些初始值是默认值，可以在之后的代码中进行修改。

这些默认值对于基本类型数组的初始化很有用，因为它们确保在使用数组元素之前，每个元素都具有一个已知的初始值。如果需要指定特定的初始值，可以在创建数组后使用循环或逐个赋值的方式进行初始化。

数组的默认值如下图所示：

2.1.4 访问数组元素

创建数组后，可以通过索引访问和操作数组中的元素。索引从0开始，依次递增。这意味着第一个元素的索引为0，第二个元素的索引为1，以此类推。以下是访问和赋值数组元素的示例：

int[] numbers = new int[5]; // 创建一个包含5个整数的数组
// 访问和赋值数组元素
numbers[0] = 10; // 将10赋值给第一个元素
int x = numbers[1]; // 将第二个元素的值赋给变量x
numbers[2] += 5; // 将第三个元素的值增加5
// 输出数组元素的值
System.out.println(numbers[0]); // 输出第一个元素的值
System.out.println(numbers[1]); // 输出第二个元素的值
System.out.println(numbers[2]); // 输出第三个元素的值

在上述示例中，我们创建了一个包含5个整数的数组numbers。然后，我们通过索引访问和赋值数组元素。例如，numbers[0] = 10;将10赋值给数组的第一个元素。我们还可以将数组元素的值赋给其他变量，如int x = numbers[1];。最后，我们通过System.out.println()语句输出数组元素的值。

需要注意的是，索引必须在有效范围内，即从0到数组长度减1。访问超出范围的索引将导致ArrayIndexOutOfBoundsException异常。因此，在访问数组元素之前，应确保使用的索引是有效的。

2.1.5使用元素初始化数组

当使用长度创建数组时，数组的每个元素将被初始化为基本类型的默认值。然而，如果我们已经知道要存储的具体元素值，我们可以在创建数组时直接使用这些元素来初始化数组。这种方式称为使用元素初始化数组。

以下是使用元素初始化数组的示例：

int[] numbers = {10, 20, 30, 40, 50};  // 使用元素初始化整数数组
float[] values = {1.5f, 2.7f, 3.8f};   // 使用元素初始化浮点数数组
boolean[] flags = {true, false, true}; // 使用元素初始化布尔类型数组
char[] letters = {'A', 'B', 'C', 'D'}; // 使用元素初始化字符数组

在上述示例中，我们使用花括号（{}）来指定数组的元素，并将它们按顺序放置在大括号中。每个元素之间用逗号分隔。通过这种方式，我们可以在创建数组时直接为每个元素赋予特定的值。

使用元素初始化数组可以让我们更简洁地创建数组并为其赋值。这种方式适用于我们已经知道要存储的元素值，并且不需要改变数组大小的情况。

2.1.6【案例】基本类型数组示例

下面是一个基本类型数组示例，涵盖了创建基本类型数组、测试数字默认值、访问数组元素、使用元素初始化数组和访问数组元素的过程：

public class ArrayExample {public static void main(String[] args) {// 创建整数数组int[] numbers = new int[5];// 测试数字默认值System.out.println(numbers[0]); // 输出第一个元素的默认值，0// 访问和赋值数组元素numbers[0] = 10;numbers[1] = 20;numbers[2] = 30;numbers[3] = 40;numbers[4] = 50;// 输出数组元素的值System.out.println(numbers[0]); // 输出第一个元素的值，10System.out.println(numbers[2]); // 输出第三个元素的值，30System.out.println(numbers[4]); // 输出最后一个元素的值，50// 使用元素初始化数组int[] newNumbers = {1, 2, 3, 4, 5};// 访问和输出新数组的元素值System.out.println(newNumbers [0]);System.out.println(newNumbers [1]);}
}

在上述示例中，我们首先创建了一个整数数组 numbers，长度为5。使用 System.out.println(numbers[0]); 输出第一个元素的默认值，即0。

然后，我们通过索引访问和赋值数组元素。将具体的值分别赋给数组元素。

接着，我们输出数组元素的值，使用 System.out.println() 分别输出第一个、第三个和最后一个元素的值。

接下来，我们使用元素初始化数组，通过 {} 花括号将元素包围，直接为新数组的元素赋值。

最后，通过 System.out.println() 输出新数组元素的值。

通过这个示例，我们展示了基本类型数组的创建、默认值、访问和赋值、使用元素初始化以及遍历访问数组元素的过程。这些操作允许我们存储和操作一系列相同类型的数据。

2.1.7数组的长度

在Java中，数组的长度是指数组中元素的数量。数组的长度是在创建数组时确定的，并且在整个程序执行期间保持不变。要获取数组的长度，可以使用数组对象的 length 属性。

1、length 属性

Java数组对象具有一个名为 length 的属性，它表示数组的长度。例如，对于一个整数数组 int[] numbers = new int[5];，可以通过 numbers.length 来获取数组的长度。

2、固定长度

Java数组的长度在创建时确定，并且无法在运行时改变。数组一旦创建，其长度将保持不变。

3、数组索引从0开始

Java数组的索引从0开始，因此有效的索引范围是从0到 length - 1。

数组的长度可以用于控制循环的次数，特别是在使用 for 循环遍历数组时，可以利用数组的长度来设置循环的结束条件，遍历每个元素。

下面是一个示例，展示了如何使用数组的 length 属性获取数组长度：

int[] numbers = {10, 20, 30, 40, 50};
int length = numbers.length;
System.out.println("数组长度: " + length);

在上述示例中，我们创建了一个整数数组 numbers，包含5个元素。通过 numbers.length 获取数组的长度，并将其赋值给 length 变量。最后，我们打印输出数组的长度。

通过使用数组的 length 属性，我们可以轻松地获取数组的长度，进而进行相应的操作和控制，例如遍历数组、验证数组的有效性等。

2.1.8【案例】for循环遍历数组元素

数组的好处在于批量管理数据，它方便了对数据进行批量处理，例如执行各种统计、计算、打印或其他操作。而常见的批量处理数组元素操作就是遍历数组。遍历数组是指对每个元素执行相应的操作或获取其值的过程。

数组的下标是从0开始的序号，直到 length-1 结束。这个特性使得使用 for 循环来迭代数组的每个元素非常合适。for 循环提供了一种简洁而方便的方式来遍历数组，并在每次循环中访问数组的一个元素。

以下是使用 for 循环来遍历数组元素的示例：

int[] arr = {8, 10, 5, 3, 12};
int sum = 0;
// 遍历数组
for (int i = 0; i < arr.length; i++) {sum += arr[i];
}
System.out.println(sum);

在上述示例中，我们创建了一个整数数组 arr，并使用 for 循环遍历数组的每个元素。

循环的初始化部分 int i = 0 将变量 i 初始化为 0，表示从数组的第一个元素开始遍历。条件部分 i < arr.length 表示只要 i 小于数组的长度，就继续循环。递增部分 i++ 在每次循环结束后将 i 增加 1。

循环体内，我们使用索引 i 来访问数组的元素，并将其累加到变量 sum 中。然后，我们将 sum 打印输出。

通过使用 for 循环遍历数组元素，我们可以逐个访问数组中的元素，并执行相应的操作。这种方式简洁而直观，并且适用于大多数数组遍历的场景。

2.2 二维数组

2.2.1 什么是二维数组

在Java中，二维数组是指由多个一维数组组成的数组。它可以被看作是一个表格或矩阵，其中每个元素都有两个索引来定位，即行索引和列索引。

二维数组在Java中的声明和初始化可以使用以下语法：

dataType[][] arrayName = new dataType[rowSize][columnSize];

其中：

• dataType 表示数据类型
• arrayName 是二维数组的名称
• rowSize 表示行的数量
• columnSize 表示列的数量

以下是一个示例，展示了如何声明、初始化和访问二维数组的元素：

int[][] matrix = new int[3][4];
matrix[0][0] = 1;
matrix[0][1] = 2;
matrix[0][2] = 3;
matrix[0][3] = 4;
matrix[1][0] = 5;
matrix[1][1] = 6;
matrix[1][2] = 7;
matrix[1][3] = 8;
matrix[2][0] = 9;
matrix[2][1] = 10;
matrix[2][2] = 11;
matrix[2][3] = 12;

在上述示例中，我们创建了一个名为 matrix 的二维整数数组，它有3行和4列。然后，我们使用索引来访问并赋值数组的各个元素。

通过指定行索引和列索引，我们可以访问和操作二维数组中的特定元素。例如，matrix[0][0] 表示第一行第一列的元素，其值为1。

二维数组在许多应用中非常有用，例如存储矩阵数据、表示游戏棋盘、处理图像等。它提供了一种方便的方式来组织和操作多维数据。

2.2.2【案例】遍历二维数组

二维数组可以通过嵌套的 for 循环来遍历和访问所有元素。下面是一个示例：

int[][] matrix = {{1, 2, 3},{4, 5, 6},{7, 8, 9}
};
// 遍历二维数组并打印输出
for (int i = 0; i < matrix.length; i++) {for (int j = 0; j < matrix[i].length; j++) {System.out.print(matrix[i][j] + " ");}System.out.println();
}

在上述示例中，我们创建了一个名为 matrix 的二维整数数组，并初始化了其中的元素。该二维数组有3行和3列。

我们使用嵌套的 for 循环来遍历二维数组的所有元素。外层的循环控制行的遍历，内层的循环控制列的遍历。通过索引 i 和 j 访问二维数组中的元素，并使用 System.out.print() 方法打印输出每个元素。

在内层循环结束后，我们使用 System.out.println() 方法换行，以便在每行输出完毕后进行换行。

通过使用嵌套的 for 循环，我们可以遍历并访问二维数组中的每个元素，并执行相应的操作。这种方式非常适用于需要处理二维数据的场景，如矩阵运算、图像处理等。