第 7 章 控制语句

第 7 章 控制语句

程序设计中的控制语句有三种,即顺序、分支和循环语句。Java程序通过控制语句来管理程序流,完成一定的任务。程序流是由若干个语句组成的,语句可以是一条单一的语句,也可以是一个用大括号({})括起来的复合语句。Java中的控制语句有以下几类:

  • 分支语句:if和switch

  • 循环语句:while、do-while和for

  • 跳转语句:break、continue、return和throw

7.1 分支语句

分支语句提供了一种控制机制,使得程序具有了“判断能力”,能够像人类的大脑一样分析问题。分支语句又称条件语句,条件语句使部分程序可根据某些表达式的值被有选择地执行。Java编程语言提供了if和switch两种分支语句。

7.1.1 if语句

由if语句引导的选择结构有if结构、if-else结构和else-if结构三种。

  1. if结构

    如果条件表达式为true就执行语句组,否则就执行if结构后面的语句。如果语句组只有一条语句,可以省略大括号,当从编程规范角度不要省略大括号,省略大括号会是程序的可读性变差。语法结构如下:

    if (条件表达式) {
        语句组
    }
    
    

    if结构示例代码如下:

    int score = 95;
    if (score >= 85) {
        System.out.println("您真优秀!");
    }
    if (score < 60) {
        System.out.println("您需要加倍努力!");
    }
    if ((score >= 60) && (score < 85)) {
        System.out.println("您的成绩还可以,仍需继续努力!");
    }
    
    

    程序运行结果如下:

    您真优秀!
    
  2. if-else结构

    所有的语言都有这个结构,而且结构的格式基本相同,语句如下:

    if (条件表达式) {
       语句组1
    } else {
       语句组2
    }
    
    

    当程序执行到if语句时,先判断条件表达式,如果值为true,则执行语句组1,然后跳过else语句及语句组2,继续执行后面的语句。如果条件表达式的值为false,则忽略语句组1而直接执行语句组2,然后继续执行后面的语句。

    if-else结构示例代码如下:

    int score = 95;
    if (score < 60) {
        System.out.println("不及格");
    } else {
        System.out.println("及格");
    }
    
    

    程序运行结果如下:

    及格
    
  3. else-if结构

    else-if结构如下:

    if (条件表达式1) {
        语句组1
    } else if (条件表达式2) {
        语句组2
    } else if (条件表达式3) {
        语句组3
    ...
    } else if (条件表达式n) {
        语句组n
    } else {
        语句组n+1
    }
    
    

    可以看出,else-if结构实际上是if-else结构的多层嵌套,它明显的特点就是在多个分支中只执行一个语句组,而其他分支都不执行,所以这种结构可以用于有多种判断结果的分支中。

    else-if结构示例代码如下:

    int testScore = 76;
    char grade;
    if (testScore >= 90) {
        grade = 'A';
    } else if (testScore >= 80) {
        grade = 'B';
    } else if (testScore >= 70) {
        grade = 'C';
    } else if (testScore >= 60) {
        grade = 'D';
    } else {
        grade = 'F';
    }
    System.out.println("Grade = " + grade);
    
    

    输出结果如下:

    Grade = C
    
    

    其中char grade是声明字符变量,然后经过判断最后结果是C。

7.1.2 switch语句

switch提供多分支程序结构语句。下面先介绍一下switch语句基本形式的语法结构,如下所示:

switch (表达式) {
    case 值1:
        语句组1
    case 值2:
        语句组2
    case 值3:
        语句组3
            ...
    case 判断值n:
        语句组n
    default:
        语句组n+1
}

switch语句中“表达式”计算结果只能是int、byte、short和char类型,不能是long更不能其他的类型。每个case后面只能跟一个int、byte、short和char类型的常量,default语句可以省略。

当程序执行到switch语句时,先计算条件表达式的值,假设值为A,然后拿A与第1个case语句中的值1进行匹配,如果匹配则执行语句组1,语句组执行完成后不跳出switch,只有遇到break才跳出switch。如果A没有与第1个case语句匹配,则与第2个case语句进行匹配,如果匹配则执行语句组2,以此类推,直到执行语句组n。如果所有的case语句都没有执行,就执行default的语句组n+1,这时才跳出switch。

示例代码如下:

int testScore = 75;

char grade;
switch (testScore / 10) {               ①
case 9:
    grade = '优';
    break;
case 8:
    grade = '良';
    break;
case 7:             // 7是贯通的        ②
case 6:
    grade = '中';
    break;
default:
    grade = '差';
}
System.out.println("Grade = " + grade);

输出结果如下:

Grade = 中

上述代码将100分制转换为:“优”、“良”、“中”、“差”评分制,其中7分和6分都是“中”成绩,把case 7和case 6当成一种情况考虑。代码第①行计算表达式获得0~9分数值。代码第②行的case 7是贯通的,就它的后面不加break,程序流执行完当前case后,则会进入到下一个case,因此本例中case 7和case 6都执行相同的代码。

7.2 循环语句

循环语句能够使程序代码重复执行。Java支持三种循环构造类型:while、do-while、和for。for和while循环是在执行循环体之前测试循环条件,而do-while是在执行循环体之后测试循环条件。这就意味着for和while循环可能连一次循环体都未执行,而do-while将至少执行一次循环体。另外Java 5之后推出for-each循环语句,for-each循环是for循环的变形,它是专门为集合遍历而设计的,注意for-each并不是一个关键字。

7.2.1 while语句

while语句是一种先判断的循环结构,格式如下:

while (循环条件) {
    语句组
}

while循环没有初始化语句,循环次数是不可知的,只要循环条件满足,循环就会一直进行下去。

下面看一个简单的示例,代码如下:

int i = 0;
while (i * i < 100000) {
    i++;
}

System.out.println("i = " + i);
System.out.println("i * i = " + (i * i));

输出结果如下:

i = 317
i * i = 100489

上述程序代码的目的是找到平方数小于100000的最大整数。使用while循环需要注意几点,while循环条件语句中只能写一个表达式,而且是一个布尔型表达式,那么如果循环体中需要循环变量,就必须在while语句之前对循环变量进行初始化。本例中先给i赋值为0,然后在循环体内部必须通过语句更改循环变量的值,否则将会发生死循环。

7.2.2 do-while语句

do-while语句的使用与while语句相似,不过do-while语句是事后判断循环条件结构,语句格式如下:

do {
    语句组
} while (循环条件)

do-while循环没有初始化语句,循环次数是不可知的,不管循环条件是否满足,都会先执行一次循环体,然后再判断循环条件。如果条件满足则执行循环体,不满足则停止循环。

下面看一个示例代码:

int i = 0;
do {
    i++;
} while (i * i < 100000);

System.out.println("i = " + i);
System.out.println("i * i = " + (i * i));

输出结果如下:

i = 317
i * i = 100489

该示例与上一节的示例是一样的,都是找到平方数小于100000的最大整数。输出结果也是一样的。

7.2.3 for语句

for语句是应用最广泛、功能最强的一种循环语句。一般格式如下:

for (初始化; 循环条件; 迭代) {
    语句组
}

for语句执行流程如图7-1所示,首先会先执行初始化语句,它的作用是初始化循环变量和其他变量,然后程序会判断循环条件是否满足,如果满足,则继续执行循环体并计算迭代语句,之后再判断循环条件,如此反复,直到判断循环条件不满足时跳出循环。

{%}

图7-1 for循环执行流程图

以下示例代码是计算1~9的平方表程序:

System.out.println("---------");

for (int i = 1; i < 10; i++)  {
    System.out.printf("%d x %d = %d", i, i, i * i);
    //打印一个换行符,实现换行
    System.out.println();
}

输出结果如下:

---------
1 x 1 = 1
2 x 2 = 4
3 x 3 = 9
4 x 4 = 16
5 x 5 = 25
6 x 6 = 36
7 x 7 = 49
8 x 8 = 64
9 x 9 = 81

在这个程序的循环部分初始时,给循环变量i赋值为1,每次循环都要判断i的值是否小于10,如果为true,则执行循环体,然后给i加1。因此,最后的结果是打印出1~9的平方,不包括10。

提示 初始化、循环条件以及迭代部分都可以为空语句(但分号不能省略),三者均为空的时候,相当于一个无限循环。代码如下:

for (; ;) {
    ...
}

另外,在初始化部分和迭代部分,可以使用逗号语句来进行多个操作。逗号语句是用逗号分隔的语句序列,如下程序代码所示:

int x;
int y;

for (x = 0, y = 10; x < y; x++, y--) {
    System.out.printf("(x,y) = (%d, %d)", x, y);
    // 打印一个换行符,实现换行
    System.out.println();
}

输出结果如下:

(x,y) = (0,10)
(x,y) = (1,9)
(x,y) = (2,8)
(x,y) = (3,7)
(x,y) = (4,6)

7.2.4 for-each语句

Java 5之后提供了一种专门用于遍历集合的for循环——for-each循环。使用for-each循环不必按照for的标准套路编写代码,只需要提供一个集合就可以遍历。

假设有一个数组,采用for语句遍历数组的方式如下:

// 声明并初始化int数组
int[] numbers = { 43, 32, 53, 54, 75, 7, 10 };

System.out.println("----for-------");
// for语句
for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    System.out.println("Count is:" + numbers[i]);
}

上述语句int[] numbers = { 43, 32, 53, 54, 75, 7, 10 }声明并初始化了10个元素数组集合,目前大家只需要知道当初始化数组时,要把相同类型的元素放到{…}中并且用逗号分隔(,)即可,关于数组集合会在后面第8章详细介绍。numbers.length是获得数组的长度,length是数组的属性,numbers[i]是通过数组下标访问数组元素。

那么采用for-each循环语句遍历数组的方式如下:

// 声明并初始化int数组
int[] numbers = { 43, 32, 53, 54, 75, 7, 10 };

System.out.println("----for each----");
// for-each语句
for (int item : numbers) {
    System.out.println("Count is:" + item);
}

从示例中可以发现,item不是循环变量,它保存了集合中的元素,for-each语句将集合中的元素一一取出来,并保存到item中,这个过程中不需要使用循环变量,通过数组下标访问数组中的元素。可见for-each语句在遍历集合的时候要简单方便得多。

7.3 跳转语句

跳转语句能够改变程序的执行顺序,可以实现程序的跳转。Java有4种跳转语句:break、continue、throw和return。本节重点介绍break和continue语句的使用。throw和return将后面章节介绍。

7.3.1 break语句

break语句可用于上一节介绍的while、repeat-while和for循环结构,它的作用是强行退出循环体,不再执行循环体中剩余的语句。

在循环体中使用break语句有两种方式:带有标签和不带标签。语法格式如下:

break;           //不带标签
break label;     //带标签,label是标签名

不带标签的break语句使程序跳出所在层的循环体,而带标签的break语句使程序跳出标签指示的循环体。

下面看一个示例,代码如下:

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };

for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    if (i == 3) {
        //跳出循环
        break;
    }
    System.out.println("Count is: " + i);
}

在上述程序代码中,当条件i==3的时候执行break语句,break语句会终止循环,程序运行的结果如下:

Count is: 0
Count is: 1
Count is: 2

break还可以配合标签使用,示例代码如下:

label1: for (int x = 0; x < 5; x++) {           ①
    for (int y = 5; y > 0; y--) {                ②
        if (y == x) {
            //跳转到label1指向的循环
            break label1;                       ③
        }
        System.out.printf("(x,y) = (%d,%d)", x, y);
        // 打印一个换行符,实现换行
        System.out.println();
    }
}
System.out.println("Game Over!");

默认情况下,break只会跳出最近的内循环(代码第②行for循环)。如果要跳出代码第①行的外循环,可以为外循环添加一个标签label1,注意在定义标签的时候后面跟一个冒号。代码第③行的break语句后面指定了label1标签,这样当条件满足执行break语句时,程序就会跳转出label1标签所指定的循环。

程序运行结果如下:

(x,y) = (0,5)
(x,y) = (0,4)
(x,y) = (0,3)
(x,y) = (0,2)
(x,y) = (0,1)
(x,y) = (1,5)
(x,y) = (1,4)
(x,y) = (1,3)
(x,y) = (1,2)
Game Over!

如果break后面没有指定外循环标签,则运行结果如下:

(x,y) = (0,5)
(x,y) = (0,4)
(x,y) = (0,3)
(x,y) = (0,2)
(x,y) = (0,1)
(x,y) = (1,5)
(x,y) = (1,4)
(x,y) = (1,3)
(x,y) = (1,2)
(x,y) = (2,5)
(x,y) = (2,4)
(x,y) = (2,3)
(x,y) = (3,5)
(x,y) = (3,4)
(x,y) = (4,5)
Game Over!

比较两种运行结果,就会发现给break添加标签的意义,添加标签对于多层嵌套循环是很有必要的,适当使用可以提高程序的执行效率。

7.3.2 continue语句

continue语句用来结束本次循环,跳过循环体中尚未执行的语句,接着进行终止条件的判断,以决定是否继续循环。对于for语句,在进行终止条件的判断前,还要先执行迭代语句。

在循环体中使用continue语句有两种方式可以带有标签,也可以不带标签。语法格式如下:

continue          //不带标签
continue label    //带标签,label是标签名

下面看一个示例,代码如下:

int[] numbers = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 };

for (int i = 0; i < numbers.length; i++) {
    if (i == 3) {
        continue;
    }
    System.out.println("Count is: " + i);
}

在上述程序代码中,当条件i==3的时候执行continue语句,continue语句会终止本次循环,循环体中continue之后的语句将不再执行,接着进行下次循环,所以输出结果中没有3。程序运行结果如下:

Count is: 0
Count is: 1
Count is: 2
Count is: 4
Count is: 5
Count is: 6
Count is: 7
Count is: 8
Count is: 9

带标签的continue语句示例代码如下:

label1: for (int x = 0; x < 5; x++) {     ①
    for (int y = 5; y > 0; y--) {         ②
        if (y == x) {
            continue label1;              ③
        }
        System.out.printf("(x,y) = (%d,%d)", x, y);
        System.out.println();
    }
}
System.out.println("Game Over!");

默认情况下,continue只会跳出最近的内循环(代码第②行for循环),如果要跳出代码第①行的外循环,可以为外循环添加一个标签label1,然后在第③行的continue语句后面指定这个标签label1,这样当条件满足执行continue语句时,程序就会跳转出外循环。

程序运行结果如下:

(x,y) = (0,5)
(x,y) = (0,4)
(x,y) = (0,3)
(x,y) = (0,2)
(x,y) = (0,1)
(x,y) = (1,5)
(x,y) = (1,4)
(x,y) = (1,3)
(x,y) = (1,2)
(x,y) = (2,5)
(x,y) = (2,4)
(x,y) = (2,3)
(x,y) = (3,5)
(x,y) = (3,4)
(x,y) = (4,5)
Game Over!

由于跳过了x == y,因此下面的内容没有输出。

(x,y) = (1,1)
(x,y) = (2,2)
(x,y) = (3,3)
(x,y) = (4,4)

本章小结

通过对本章内容的学习,读者可以了解到Java语言的控制语句,其中包括分支语句(if和switch)、循环语句(while、do-while、for和for-each)和跳转语句(break和continue)等。