Цикл с предусловием
Цикл - разновидность управляющей конструкции в высокоуровневых языках программирования , предназначенная для организации многократного исполнения набора инструкций . Также циклом может называться любая многократно исполняемая последовательность инструкций, организованная любым способом (например, с помощью условного перехода).
Определения
Последовательность инструкций, предназначенная для многократного исполнения, называется телом цикла . Однократное выполнение тела цикла называется итерацией . Выражение определяющее, будет в очередной раз выполняться итерация, или цикл завершится, называется условием выхода или условием окончания цикла (либо условием продолжения в зависимости от того, как интерпретируется его истинность - как признак необходимости завершения или продолжения цикла). Переменная , хранящая текущий номер итерации, называется счётчиком итераций цикла или просто счётчиком цикла . Цикл не обязательно содержит счётчик, счётчик не обязан быть один - условие выхода из цикла может зависеть от нескольких изменяемых в цикле переменных, а может определяться внешними условиями (например, наступлением определённого времени), в последнем случае счётчик может вообще не понадобиться.
Исполнение любого цикла включает первоначальную инициализацию переменных цикла, проверку условия выхода, исполнение тела цикла и обновление переменной цикла на каждой итерации. Кроме того большинство языков программирования предоставляют средства для досрочного завершения цикла, то есть выхода из цикла независимо от истинности условия выхода.
Виды циклов
Безусловные циклы
Иногда в программах используются циклы, выход из которых не предусмотрен логикой программы. Такие циклы называются безусловными, или бесконечными. Специальных синтаксических средств для создания бесконечных циклов, ввиду их нетипичности, языки программирования не предусматривают, поэтому такие циклы создаются с помощью конструкций, предназначенных для создания обычных (или условных ) циклов. Для обеспечения бесконечного повторения проверка условия в таком цикле либо отсутствует (если позволяет синтаксис, как, например, в цикле LOOP…END LOOP языка Ада), либо заменяется константным значением (while true do … в Паскале).
Цикл с предусловием
Цикл с предусловием - цикл, который выполняется пока истинно некоторое условие, указанное перед его началом. Это условие проверяется до выполнения тела цикла, поэтому тело может быть не выполнено ни разу (если условие с самого начала ложно). В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором while , отсюда его второе название - while-цикл.
Цикл с постусловием
Цикл с постусловием - цикл, в котором условие проверяется после выполнения тела цикла. Отсюда следует, что тело всегда выполняется хотя бы один раз. В языке Паскаль этот цикл реализует оператор repeat..until; в Си - do…while.
В трактовке условия цикла с постусловием в разных языках есть различия. В Паскале и языках, произошедших от него, условие такого цикла трактуется как условие выхода (цикл завершается, когда условие истинно, в русской терминологии такие циклы называют ещё «цикл до»), а в Си и его потомках - как условие продолжения (цикл завершается, когда условие ложно, такие циклы иногда называют «цикл пока»)…..
Цикл с выходом из середины
Цикл с выходом из середины - наиболее общая форма условного цикла. Синтаксически такой цикл оформляется с помощью трёх конструкций: начала цикла, конца цикла и команды выхода из цикла. Конструкция начала маркирует точку программы, в которой начинается тело цикла, конструкция конца - точку, где тело заканчивается. Внутри тела должна присутствовать команда выхода из цикла, при выполнении которой цикл заканчивается и управление передаётся на оператор, следующий за конструкцией конца цикла. Естественно, чтобы цикл выполнился более одного раза, команда выхода должна вызываться не безусловно, а только при выполнении условия выхода из цикла.
Принципиальным отличием такого вида цикла от рассмотренных выше является то, что часть тела цикла, расположенная после начала цикла и до команды выхода, выполняется всегда (даже если условие выхода из цикла истинно при первой итерации), а часть тела цикла, находящаяся после команды выхода, не выполняется при последней итерации.
Легко видеть, что с помощью цикла с выходом из середины можно легко смоделировать и цикл с предусловием (разместив команду выхода в начале тела цикла), и цикл с постусловием (разместив команду выхода в конце тела цикла).
Часть языков программирования содержат специальные конструкции для организации цикла с выходом из середины. Так, в языке Ада для этого используется конструкция LOOP…END LOOP и команда выхода EXIT или EXIT WHEN :
LOOP ... Часть тела цикла EXIT WHEN <условие выхода>; ... Часть тела цикла IF <условие выхода> THEN EXIT ; END ; ... Часть тела цикла END LOOP :
Здесь внутри цикла может быть любое количество команд выхода обоих типов. Сами команды выхода принципиально не различаются, обычно EXIT WHEN применяют, когда проверяется только условие выхода, а просто EXIT - когда выход из цикла производится в одном из вариантов сложного условного оператора.
В тех языках, где подобных конструкций не предусмотрено, цикл с выходом из середины может быть смоделирован с помощью любого условного цикла и оператора досрочного выхода из цикла (такого, как break в Си), либо оператора безусловного перехода goto .
Цикл cо счётчиком
Цикл со счётчиком - цикл, в котором некоторая переменная изменяет своё значение от заданного начального значения до конечного значения с некоторым шагом, и для каждого значения этой переменной тело цикла выполняется один раз. В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором for , в котором указывается счётчик (так называемая «переменная цикла»), требуемое количество проходов (или граничное значение счётчика) и, возможно, шаг, с которым изменяется счётчик. Например, в языке Оберон-2 такой цикл имеет вид:
FOR v:= b TO e BY s DO ... тело цикла END(здесь v - счётчик, b - начальное значение счётчика, e - граничное значение счётчика, s - шаг).
Неоднозначен вопрос о значении переменной по завершении цикла, в котором эта переменная использовалась как счётчик. Например, если в программе на языке Паскаль встретится конструкция вида:
I:= 100 ; for i:= 0 to 9 do begin ... тело цикла end ; k:= i;
возникает вопрос: какое значение будет в итоге присвоено переменной k : 9, 10, 100, может быть, какое-то другое? А если цикл завершится досрочно? Ответы зависят от того, увеличивается ли значение счётчика после последней итерации и не изменяет ли транслятор это значение дополнительно. Ещё один вопрос: что будет, если внутри цикла счётчику будет явно присвоено новое значение? Различные языки программирования решают данные вопросы по-разному. В некоторых поведение счётчика чётко регламентировано. В других, например, в том же Паскале, стандарт языка не определяет ни конечного значения счётчика, ни последствий его явного изменения в цикле, но не рекомендует изменять счётчик явно и использовать его по завершении цикла без повторной инициализации. Программа на Паскале, игнорирующая эту рекомендацию, может давать разные результаты при выполнении на разных системах и использовании разных трансляторов.
Радикально решён вопрос в языке Ада : счётчик считается описанным в заголовке цикла, и вне его просто не существует. Даже если имя счётчика в программе уже используется, внутри цикла в качестве счётчика используется отдельная переменная. Счётчику запрещено явно присваивать какие бы то ни было значения, он может меняться только внутренним механизмом оператора цикла. В результате конструкция
I:= 100 ; for i in (0 ..9 ) loop ... тело цикла end loop ; k:= i;
внешне аналогичная вышеприведённому циклу на Паскале, трактуется однозначно: переменной k будет присвоено значение 100, поскольку переменная i , используемая вне данного цикла, не имеет никакого отношения к счётчику i , который создаётся и изменяется внутри цикла. Считается, что подобное обособление счётчика наиболее удобно и безопасно: не требуется отдельное описание для него и минимальна вероятность случайных ошибок, связанных со случайным разрушением внешних по отношению к циклу переменных. Если программисту требуется включить в готовый код цикл со счётчиком, то он может не проверять, существует ли переменная с именем, которое он выбрал в качестве счётчика, не добавлять описание нового счётчика в заголовок соответствующей процедуры, не пытаться использовать один из имеющихся, но в данный момент «свободных» счётчиков. Он просто пишет цикл с переменной-счётчиком, имя которой ему удобно, и может быть уверен, что никакой коллизии имён не произойдёт.
Цикл со счётчиком всегда можно записать как условный цикл, перед началом которого счётчику присваивается начальное значение, а условием выхода является достижение счётчиком конечного значения; к телу цикла при этом добавляется оператор изменения счётчика на заданный шаг. Однако специальные операторы цикла со счётчиком могут эффективнее транслироваться, так как формализованный вид такого цикла позволяет использовать специальные процессорные команды организации циклов.
В некоторых языках, например, Си и других, произошедших от него, цикл for , несмотря на синтаксическую форму цикла со счётчиком, в действительности является циклом с предусловием. То есть в Си конструкция цикла:
For (i = 0 ; i < 10 ; ++i) { ... тело цикла }
фактически представляет собой другую форму записи конструкции:
I = 0 ; while (i < 10 ) { ... тело цикла ++i; }
То есть в конструкции for сначала пишется произвольное предложение инициализации цикла, затем - условие продолжения и, наконец, выполняемая после каждого тела цикла некоторая операция (это не обязательно должно быть изменение счётчика; это может быть правка указателя или какая-нибудь совершенно посторонняя операция). Для языков такого вида вышеописанная проблема решается очень просто: переменная-счётчик ведёт себя совершенно предсказуемо и по завершении цикла сохраняет своё последнее значение.
Вложенные циклы
Существует возможность организовать цикл внутри тела другого цикла. Такой цикл будет называться вложенным циклом . Вложенный цикл по отношению к циклу в тело которого он вложен будет именоваться внутренним циклом , и наоборот цикл в теле которого существует вложенный цикл будет именоваться внешним по отношению к вложенному. Внутри вложенного цикла в свою очередь может быть вложен еще один цикл, образуя следующий уровень вложенности и так далее. Количество уровней вложенности как правило не ограничивается.
Полное число исполнений тела внутреннего цикла не превышает произведения числа итераций внутреннего и всех внешних циклов. Например взяв три вложенных друг в друга цикла, каждый по 10 итераций, получим 10 исполнений тела для внешнего цикла, 100 для цикла второго уровня и 1000 в самом внутреннем цикле.
Одна из проблем, связанных с вложенными циклами - организация досрочного выхода из них. Во многих языках программирования есть оператор досрочного завершения цикла (break в Си, exit в Турбо Паскале, last в Perl и т. п.), но он, как правило, обеспечивает выход только из цикла того уровня, откуда вызван. Вызов его из вложенного цикла приведёт к завершению только этого внутреннего цикла, объемлющий же цикл продолжит выполняться. Проблема может показаться надуманной, но она действительно иногда возникает при программировании сложной обработки данных, когда алгоритм требует немедленного прерывания в определённых условиях, наличие которых можно проверить только в глубоко вложенном цикле.
Решений проблемы выхода из вложенных циклов несколько.
- Простейший - использовать оператор безусловного перехода goto для выхода в точку программы, непосредственно следующую за вложенным циклом. Этот вариант критикуется сторонниками структурного программирования, как и все конструкции, требующие использования goto . Некоторые языки программирования, например Modula-2, просто не имеют оператора безусловного перехода, и в них подобная конструкция невозможна.
- Альтернатива - использовать штатные средства завершения циклов, в случае необходимости устанавливая специальные флаги, требующие немедленного завершения обработки. Недостаток - усложнение кода, снижение производительности без каких-либо преимуществ, кроме теоретической «правильности» из-за отказа от goto .
- Размещение вложенного цикла в процедуре. Идея состоит в том, чтобы всё действие, которое может потребоваться прервать досрочно, оформить в виде отдельной процедуры, и для досрочного завершения использовать оператор выхода из процедуры (если такой есть в языке программирования). В Си, например, можно построить функцию с вложенным циклом, а выход из неё организовать с помощью оператора return . Недостаток - выделение фрагмента кода в процедуру не всегда логически обосновано, и не все языки имеют штатные средства досрочного завершения процедур.
- Воспользоваться механизмом генерации и обработки исключений (исключительных ситуаций), который имеется сейчас в большинстве ЯВУ. В этом случае в нештатной ситуации код во вложенном цикле возбуждает исключение, а блок обработки исключений, в который помещён весь вложенный цикл, перехватывает и обрабатывает его. Недостаток - реализация механизма обработки исключений в большинстве случаев такова, что скорость работы программы уменьшается. Правда, в современных условиях это не особенно важно: практически потеря производительности столь мала, что имеет значение лишь для очень немногих приложений.
- Наконец, существуют специальные языковые средства для выхода из вложенных циклов. Так, в языке Ада программист может пометить цикл (верхний уровень вложенного цикла) меткой, и в команде досрочного завершения цикла указать эту метку. Выход произойдёт не из текущего цикла, а из всех вложенных циклов до помеченного, включительно.
Совместный цикл
Ещё одним вариантом цикла является цикл, задающий выполнение некоторой операции для объектов из заданного множества, без явного указания порядка перечисления этих объектов. Такие циклы называются совместными (а также циклами по коллекции , циклами просмотра ) и представляют собой формальную запись инструкции вида: «Выполнить операцию X для всех элементов, входящих в множество M». Совместный цикл, теоретически, никак не определяет, в каком порядке операция будет применяться к элементам множества, хотя конкретные языки программирования, разумеется, могут задавать конкретный порядок перебора элементов. Произвольность даёт возможность оптимизации исполнения цикла за счёт организации доступа не в заданном программистом, а в наиболее выгодном порядке. При наличии возможности параллельного выполнения нескольких операций возможно даже распараллеливание выполнения совместного цикла, когда одна и та же операция одновременно выполняется на разных вычислительных модулях для разных объектов, при том что логически программа остаётся последовательной.
}Теги: Си циклы. C loops. Цикл с постусловием. Цикл с предусловием. Цикл со сщётчиком. while. do while. for. break. continue
Введение. Циклы с предусловием.
П ри решении практических задач постоянно возникает необходимость в повторении действия заданное количество раз, или до достижения какого-либо условия. Например, вывести список всех пользователей, замостить плоскость текстурой, провести вычисления над каждым элементом массива данных и т.п. В си для этих целей используются три вида циклов: с предусловием , постусловием и цикл for со счётчиком (хотя, это условное название, потому что счётчика может и не быть).
Любой цикл состоит из тела и проверки условия, при котором этот цикл должен быть прекращён. Тело цикла - это тот набор инструкций, который необходимо повторять. Каждое повторение цикла называют итерацией.
Рассмотрим цикл с предусловием.
Int i = 0; while (i < 10) { printf("%d\n", i); i++; }
Этот цикл выполняется до тех пор, пока истинно условие, заданное после ключевого слова while.
Тело цикла - это две строки, одна выводит число, вторая изменяет его.
Очевидно, что этот цикл будет выполнен 10 раз и выведет на экран
0
1
2
3
и так далее до 9.
Очень важно, чтобы условие выхода из цикла когда-нибудь выполнилось, иначе произойдёт зацикливание, и программа не завершится. К примеру
Int i = 0; while (i < 10) { printf("%d\n", i); }
В этом цикле не изменяется переменная i, которая служит для определения условия останова, поэтому цикл не завершится.
Int i = 0; while (i > 0) { printf("%d\n", i); i++; }
В этой программе цикл, конечно, завершится, но из-за неправильного действия он будет выполнен гораздо больше 10 раз. Так как си не следит за переполнением переменной, нужно будет ждать, пока переменная переполнится и станет меньше нуля.
Int i; while (i < 10) { printf("%d\n", i); i++; }
У этого примера неопределённое поведение. Так как переменная i заранее не инициализирована, то она хранит мусор, заранее неизвестное значение. При различном содержимом переменной i будет меняться поведение.
Если тело цикла while содержит один оператор, то фигурные скобки можно опустить.
Int i = 0; while (i < 10) printf("%d\n", i++);
Здесь мы инкрементируем переменную i при вызове функции printf. Следует избегать такого стиля кодирования. Отсутствие фигурных скобок, особенно в начале обучения, может приводить к ошибкам. Кроме того, код читается хуже, да и лишние скобки не сильно раздувают листинги.
Циклы с постусловием.
Ц икл с постусловием отличается от цикла while тем, что условие в нём проверяется после выполнения цикла, то есть этот цикл будет повторён как минимум один раз (в отличие от цикла while, который может вообще не выполняться). Синтаксис цикла
Do { тело цикла } while(условие);
Предыдущий пример с использованием цикла do будет выглядеть как
Int i = 0; do { printf("%d\n", i); i++; } while(i < 10);
Давайте рассмотрим пример использования цикла с постусловием и предусловием. Пусть нам необходимо проинтегрировать функцию.
Рис. 1 Численное интегрирование функции ∫ a b f x d xИнтеграл - это сумма бесконечно малых. Мы можем представить интеграл как сумму, а бесконечно малые значения просто заменить маленькими значениями.
∫ a b f x d x = ∑ i = a b f i h
Из формулы видно, что мы на самом деле разбили площадь под графиком на множество прямоугольников, где высота прямоугольника - это значение функции в точке, а ширина - это наш шаг. Сложив площади всех прямоугольников, мы тем самым получим значение интеграла с некоторой погрешностью.
левых прямоугольников" src="/images/c_loop_rectangles_left.png" alt="Численное интегрирование функции методомлевых прямоугольников"> Рис. 2 Численное интегрирование функции методом
левых прямоугольников
Пусть искомой функцией будет x 2 . Нам понадобятся следующие переменные. Во-первых, аккумулятор sum для хранения интеграла. Во-вторых, левая и правая границы a и b, в третьих - шаг h. Также нам понадобится текущее значение аргумента функции x.
Для нахождения интеграла необходимо пройти от a до b с некоторым шагом h , и прибавлять к сумме площадь прямоугольника со сторонами f(x) и h .
#include
Программа выводит 0.328.
∫ 0 1 x 2 d x = x 3 3 | 0 1 = 1 3 ≈ 0.333
Если посмотреть на график, то видно, что каждый раз мы находим значение функции в левой точке. Поэтому такой метод численного интегрирования называют методом левых прямоугольников. Аналогично, можно взять правое значение. Тогда это будет метод правых прямоугольников.
While (x < b) {
x += h;
sum += x*x * h;
}
правых прямоугольников" src="/images/c_loop_rectangles_right.png" alt="Численное интегрирование функции методом
правых прямоугольников"> Рис. 3 Численное интегрирование функции методом
правых прямоугольников
Сумма в этом случае будет равна 0.338. Метод левых и правых прямоугольников не очень точен. Мы фактически аппроксимировали (приблизили) гладкий график монотонно возрастающей функции гистограммой. Если немного подумать, то аппроксимацию можно проводить не только суммируя прямоугольники, но и суммируя трапеции.
трапеций" src="/images/c_loop_integral_trapezium.png" alt="Численное интегрирование функции методомтрапеций"> Рис. 4 Численное интегрирование функции методом
трапеций
Приближение с помощью трапеций на самом деле является кусочной аппроксимацией кривыми первого порядка (ax+b). Мы соединяем точки на графике с помощью отрезков. Можно усложнить, соединяя точки не отрезками, а кусками параболы, тогда это будет метод Симпсона . Если ещё усложнить, то придём к сплайн интерполяции , но это уже другой, очень долгий разговор.
Вернёмся к нашим баранам. Рассмотрим 4 цикла.
Int i = 0; while (i++ < 3) { printf("%d ", i); } int i = 0; while (++i < 3) { printf("%d ", i); } int i = 0; do { printf("%d ", i); } while(i++ < 3); int i = 0; do { printf("%d ", i); } while(++i < 3);
Если выполнить эти примеры, то будет видно, что циклы выполняются от двух, до четырёх раз. На это стоит обратить внимание, потому что неверное изменение счётчика цикла часто приводит к ошибкам.
Часто случается, что нам необходимо выйти из цикла, не дожидаясь, пока будет поднят какой-то флаг, или значение переменной изменится. Для этих целей служит оператор break , который заставляет программу выйти из текущего цикла.
Давайте решим простую задачу. Пользователь вводит числа до тех пор, пока не будет введено число 0, после этого выводит самое большое из введённых. Здесь есть одна загвоздка. Сколько чисел введёт пользователь не известно. Поэтому мы создадим бесконечный цикл, а выходить из него будем с помощью оператора break . Внутри цикла мы будем получать от пользователя данные и выбирать максимальное число.
#include
Напомню, что в си нет специального булевого типа. Вместо него используются числа. Ноль - это ложь, все остальные значения – это истина. Цикл while(1) будет выполняться бесконечно. Единственной точкой выхода из него является условие
If (num == 0)
В этом случае мы выходим из цикла с помощью break ; Для начала в качестве максимального задаём 0. Пользователь вводит число, после чего мы проверяем, ноль это или нет. Если это не ноль, то сравниваем его с текущим максимальным.
Бесконечные циклы используются достаточно часто, так как не всегда заранее известны входные данные, либо они могут меняться во время работы программы.
Когда нам необходимо пропустить тело цикла, но при этом продолжить выполнение цикла, используется оператор continue . Простой пример: пользователь вводит десять чисел. Найти сумму всех положительных чисел, которые он ввёл.
#include
Пример кажется несколько притянутым за уши, хотя в общем он отражает смысл оператора continue . В этом примере переменная positiveCnt является счётчиком положительных чисел, sum сумма, а input - временная переменная для ввода чисел.
Вот ещё один пример. Необходимо, чтобы пользователь ввёл целое число больше нуля и меньше 100. Пока необходимое число не будет введено, программа будет продолжать опрос.
Do { printf("Please, enter number: "); scanf("%d", &n); if (n < 0 || n>100) { printf("bad number, try again\n"); continue; } else { break; } } while (1);
Цикл for
О дним из самых используемых является цикл со счётчиком for . Его синтаксис
For (<инициализация>; <условие продолжения>; <изменение счётчика>){ <тело цикла> }
Например, выведем квадраты первых ста чисел.
Int i; for (i = 1; i < 101; i++) { printf("%d ", i*i); }
Одним из замечательных моментов цикла for является то, что он может работать не только с целыми числами.
Float num; for (num = 5.3f; num > 0f; num -= 0.2) { printf("%.2f ", num); }
Этот цикл выведет числа от 5.3 до 0.1. Цикл for может не иметь некоторых "блоков" кода, например, может отсутствовать инициализация, проверка (тогда цикл становится бесконечным) или изменение счётчика. Вот пример с интегралом, реализованный с применением счётчика for
#include
Давайте рассмотрим кусок кода
Double x ; for (x = a; x < b; x += h) { sum += x*x * h; }
Его можно изменить так
Double x = a; for (; x < b; x+=h) { sum += x*x*h; }
Более того, используя оператор break , можно убрать условие и написать
Double x; for (x = a;; x += h){ if (x>b){ break; } sum += x*x*h; }
Double x = a; for (;;){ if (x > b){ break; } sum += x*x*h; x += h; }
кроме того, используя оператор ",", можно часть действий перенести
Double x ; for (x = a; x < b; x += h, sum += x*x*h) ;
ЗАМЕЧАНИЕ: несмотря на то, что так можно делать, пожалуйста, не делайте так! Это ухудшает читаемость кода и приводит к трудноуловимым ошибкам.
Давайте решим какую-нибудь практическую задачу посложнее. Пусть у нас имеется функция f(x). Найдём максимум её производной на отрезке. Как найти производную функции численно? Очевидно, по определению). Производная функции в точке - это тангенс угла наклона касательной.
F x ′ = d x d y
Возьмём точку на кривой с координатами (x; f(x)), сдвинемся на шаг h вперёд, получим точку (x+h, f(x+h)), тогда производная будет
D x d y = f (x + h) - f x (x + h - x) = tg α
То есть, отношение малого приращения функции к малому приращению аргумента. Внимательный читатель может задать вопрос, почему мы двигаемся вперёд по функции, а не назад. Ну пойдёмте назад
D x d y = f x - f (x - h) h = tg β
Возьмём среднее от этих двух значений, получим
F (x + h) - f (x - h) 2h
В общем-то теперь задача становится тривиальной: идём от точки a до точки b и находим минимальное значение производной, а также точку, в которой производная принимает это значение. Для решения нам понадобятся, как и в задаче с интегралом, переменные для границ области поиска a и b , текущее значение x и шаг h . Кроме того, необходимо максимальное значение maxVal и координата maxX этого максимального значения. Для работы возьмём функцию x sin x
#include
На выходе программа выдаёт max value = 1.391 at 1.077
Численное решение даёт такие же (с точностью до погрешности) результаты, что и наша программа.
Вложенные циклы
Рассмотрим пример, где циклы вложены друг в друга. Выведем таблицу умножения.
#include
В этом примере в первый цикл по переменной i вложен второй цикл по переменной j . Последовательность действий такая: сначала мы входим в цикл по i , после этого для текущего i 10 раз подряд осуществляется вывод чисел. После этого необходимо перейти на новую строку. Теперь давайте выведем только элементы под главной диагональю
For (i = 1; i < 11; i++) { for (j = 1; j < 11; j++) { if (j > i) { break; } printf("%4d", i*j); } printf("\n"); }
Как вы видите, оператор break позволяет выйти только из текущего цикла. Этот пример может быть переписан следующим образом
For (i = 1; i < 11; i++) { for (j = 1; j <= i; j++) { printf("%4d", i*j); } printf("\n"); }
В данном случае мы используем во вложенном цикле счётчик первого цикла.
Ru-Cyrl 18- tutorial Sypachev S.S. 1989-04-14 [email protected] Stepan Sypachev students
Всё ещё не понятно? – пиши вопросы на ящик
Программирование само по себе дело довольно сложное. Начать хотя бы с того, что все действия должны быть прописаны пошагово. Но вместе с такой необходимостью существует и ряд возможностей, что значительным образом облегчают достижение поставленной задачи, которую должно выполнить программирование ("Паскаль", "Си", "Ассемблер" - неважно какой язык используется). Одним из таких инструментов является создание циклов.
Важность циклов в программировании
Чем же является цикл? Зачем он необходим и какие преимущества получает программист при его использовании? Цикл является важной структурной составляющей программирования, которая позволяет автоматизировать выполнение определённого ряда действий, при условии что соблюдаются установленные параметры. Так, самый простой пример работы цикла - это поднесение определённого числа в степень. Нет нужды прописывать рядки до тех пор, пока не будет достаточно, ведь техника может всё сделать автоматически с его помощью. При практической реализации циклы также позволяют сэкономить много времени и труда, так как при использовании цикла нет необходимости каждый раз и на все действия прописывать программный код. Достаточно ввести заменяемые переменные и запустить реализацию. Но как построена схема цикла? Или даже нескольких? Самих вариантов реализации цикла довольно много - информации на целую книжку про программирование, "Паскаль" мы будем рассматривать или "Ассемблер". Поэтому в чисто ознакомительных целях предлагаем разобрать теоретическую схему работы двух самых популярных в использовании:
- Цикл с постусловием.
- Цикл с предусловием.
Все остальные являются в значительной мере их вариациями и частными случаями, поэтому и рассматривать их необходимо в определённых контекстах и при достижении конкретных целей. А пока обратимся к самым популярным. Чем отличаются друг от друга циклы с предусловием и постусловием? Вот так выглядит цикл с предусловием:
while «условие» do «программный код»
Общетеоретическая база цикла с постусловием
Это форма написания программного кода, когда оператор цикла с постусловием выполнения стоит после тела. С первого взгляда может показаться странным: действительно, зачем ставить обстоятельство выполнения после программного кода? Но ничего здесь странного нет: особенность такой формы в том, что код будет выполнен независимо от того, соблюдены условия выполнения или нет. Но только 1 раз. Затем будут следовать проверки, соответствует ли всё тому, как должно быть, или нет. И при отсутствии надлежащих условий тело цикла будет игнорироваться. Это очень важная и полезная особенность, которую имеет цикл с постусловием. На примере чего было это рассказано и где можно увидеть практическую реализацию расписанного здесь? Вот пример цикла с постусловием:
«Программный код»
until «Условие»
Общетеоретическая база цикла с предусловием
Но самым популярным вариантом является именно этот. Его особенность заключается в том, что для исполнения необходимо выполнение условия, без этого код ни разу не выполнится. Обычно программный код весьма масштабен, и активация его всего негативно скажется на производительности компьютера. Поэтому используется довольно хитрый план: большинство частей кода помещается в циклы или вообще отдельные классы, к которым обращение идёт именно в нужные моменты. Все остальное время этот код есть, но не используется компьютером. Такая схема позволяет экономить процессорную мощность для выполнения самой программы или других программ.
Практическая реализация в различных языках программирования
Пару слов о практической эффективности циклов. Следует отметить в первую очередь экономию времени, причем как пользователя, так и программиста. О втором уже говорилось, почему так, поэтому следует пару слов сказать о клиенте. Дело в том, что разбивка на отдельные части позволяет программному обеспечению быстрее загружаться и работать, и, соответственно, сам пользователь будет только рад использовать такое ПО. Причем такой подход, когда код хранится в цикле или отдельном классе (которые зачастую вызываются именно из тела), и позволяет обеспечить эффективность работы. Кроме этого, следует занести быстроту записи в отдельные ячейки памяти. Так, если бы всё пришлось делать вручную, то нужно было бы обходить каждую и в ней же делать соответствующую запись. А цикл позволяет в разы или даже десятки сократить необходимость делать всё самому. И он убирает человеческий фактор, который может привести к необходимости часами искать проблемный код.
Заключение
Итак, подводя итоги всего написанного, можно сказать, что цикл с постусловием или предусловием позволяет удобнейшим образом сэкономить без потери качества. И при написании сложных программ он является одним из самых лучших друзей программиста, помогая ему сделать код более простым в выполнении и при чтении. Поэтому при написании своего кода не брезгуйте использовать цикл с постусловием или предусловием - они созданы специально для облегчения процесса творения программного обеспечения, и это будет работа против себя - не воспользоваться такой возможностью.
Пожалуйста, приостановите работу AdBlock на этом сайте.
Иногда заранее нельзя предсказать, какое количество раз должен выполниться цикл. Но при этом известно некоторое условие, когда цикл должен остановиться. Например:
Программа: Игральный кубик.
Программа заменяет обычный игральный кубик.
Управление:
- 1 -- бросить кубик;
- 0 -- закончить игру.
Давайте напишем заготовку для нашей игры.
Листинг 1.
#include
Тут-то мы и сталкиваемся с проблемой. Понятно, что заранее узнать, когда игра закончится невозможно. А значит использовать цикл for напрямую не получится. Одним из выходов из подобной ситуации является использование других циклических конструкций. Например, цикла while .
Цикл с предусловием while
Листинг 2.
While (условие) оператор;
- Программа встречает ключевое слово while , значит дальше идёт циклическая конструкция;
- Проверяется условие. Вычисляется логическое выражение, записанное в скобках;
- Если значение условия ИСТИНА , то выполняется тело цикла. Переходим к пункту 2;
- Если значение условия ЛОЖЬ , то цикл завершается. Управление передаётся на оператор, следующий за телом цикла.
Под оператором понимается один оператор. Если нужно выполнить в цикле несколько команд, то необходимо использовать составной оператор {} .
Давайте перепишем нашу программу с использованием данного цикла.
Листинг 3.
#include
Опишем словами алгоритм работы данной программы:
- Выводим меню пользователя и предложение ввести команду;
- Запускаем цикл while . Проверяем условие;
- Если пользователь ввёл 0
, то условие выполнения цикла принимает значение ЛОЖЬ
. Тело цикла не выполняется. Управление передаётся на следующий за циклом оператор. Выводится строка Good bye!
. Программа завершается;
- Оператор выбора:
- Если пользователь ввёл 1 , то генерируем случайное число от 1 до 6 и выводим его на экран. Выходим из оператора выбора;
- Если пользователь ввёл что-то иное, выводим сообщение об ошибке. Выходим из оператора выбора.
- Выводим пользователю предложение ввести новую команду;
- Считываем код команды в переменную control ;
- Возвращаемся к проверке условия. Пункт 3.
- Оператор выбора:
Цикл while называют циклом с предусловием, т.к. прежде, чем выполнить тело цикла, проверяется условие. Это значит, например, что возможна такая ситуация, что тело цикла не выполнится вообще ни один раз. Другое название цикла while – цикла ПОКА . Дословный перевод с английского. Это название отображает саму суть цикла.
Мнемоническое правило:
ПОКА условие ИСТИНА, выполняй тело цикла.
Цикл с постусловием do-while
И последняя, третья циклическая конструкция – цикл do-while .
Данный цикл отличается от цикла while тем, что условие проверяется не перед выполнением тела цикла, а после выполнения тела цикла. Это значит, что тело цикла do-while выполнится хотя бы один раз обязательно.
Синтаксис данной циклической конструкции таков:
Листинг 4.
Do оператор; while (условие);
Работает эта конструкция следующим образом:
- Программа встречает ключевое слово do . Значит перед ней цикл do-while ;
- Выполняется тело цикла;
- Проверяется условие;
- Если условие ИСТИНА ,то снова выполняется тело цикла;
- Если условие ЛОЖЬ , то работа циклической конструкции прекращается. Программы выполняет оператор, следующий за циклом do-while .
Давайте перепишем нашу программу с использованием данного типа циклической конструкции.
Листинг 5.
#include
В общем-то очень похоже на предыдущий код. Правда, пришлось немножко поменять оператор выбора: добавить туда ветку case 0: . Иначе из-за того, что проверка производится после выполнения тела цикла, программа работала некорректно. При вводе нуля появлялось сообщение об ошибке. В прошлой программе (с циклом while ) подобной ситуации быть не могло, т.к. равенство нулю проверялось в условии цикла. При вводе нуля условие стало бы ложью, а значит цикл завершился бы и тело цикла не выполнилось.
Как мы уже говорили, в паскале существуют 3 способа организации цикла (типа):
2) Цикл с постусловием
3) Цикл с предусловием
Цикл В данной статье рассмотрим второй тип цикла — цикл с предусловием (цикл WHILE) . Если цикл со счетчиком мы используем в случаях, когда необходимо организовать цикл с известным числом повторений, то цикл с предусловием используется, когда число повторений неизвестно.
WHILE условие DO действие; // тело цикла
Тело цикла выполняется пока условие ИСТИННО.
Если в теле цикла действий несколько — используются операторные скобки begin … end ;
WHILE условие do begin действие_1; действие_2; действие_3; ... end;Рассмотрим пример, аналогичный рассмотренному в теме «Цикл со счетчиком», но реализуем его с помощью цикла WHILE .
Требуется на экране вывести:
Привет
Привет
Привет
Привет
Для реализации данного примера с помощью цикла с предусловием нам потребуется переменная n :
WHILE n<4 do writeln("Привет");Данный цикл будет выполнять команду writeln(‘Привет’) бесконечное число раз. Почему? Потому что переменная n не изменяется и всегда будет меньше 4. Поэтому необходимо в цикле добавить код, изменяющий переменную n. Например: n:=n+1.
WHILE n<4 do begin writeln("Привет"); n:=n+1; end;Теперь переменная n будет изменяться с каждым выполнением команд тела цикла (с каждой итерацией).
Нужно запомнить: чтобы не произошло зацикливание в цикле WHILE — необходимо проследить за тем, чтобы переменная из условия изменялась в теле цикла. В цикле со счетчиком такого не случится (зацикливание), т.к. мы указываем точное число итераций.
Рассмотрим несколько задач, где число повторений в цикле явно не известно.
Решение данной задачи основывается на использовании цикла WHILE, т.к. мы не знаем, когда будет введен ноль и мы перестанем вводить числа.
var a,s:integer; begin s:=0; writeln("Введите число"); readln(a); while(a<>0) do begin s:=s+a; //подсчет суммы S writeln("Введите число"); readln(a); end; writeln(s); end.Зачем два раза используем ввод числа а (readln(a);)? Первый раз вводим число а для того, чтобы войти в цикл с некоторым значением переменной a, которое будет использоваться в условии цикла WHILE. Второй раз команда readln(a) используется внутри цикла — вводим числа до тех пор, пока не введем ноль.
Задача 2.
Даны два отрезка А и B (A>B). Не используя операции умножения и деления, определить, сколько отрезков В уместится в отрезке А.
Рассмотрим изображение:
Т.е. из рисунка видно, что нам нужно складывать длины отрезка A до тех пор, пока сумма не станет больше длины отрезка В . В этом нам поможет цикл с предусловием — цикл while .
var a,b,s,k:integer; begin writeln("Введите длину отрезка А"); readln(a); writeln("Введите длину отрезка B"); readln(b); k:=0; S:=a; while s k:=k+1; //переменная k считает количество выполнения тела цикла s:=s+a; //суммирует длину отрезка А end; writeln("В отрезке В содержится ",k," отрезков А"); end.Рассмотрим работу программы на примере: А=5 , В=21 . Рассуждения запишем в таблицу:
Задача 3.
Используя алгоритм Евклида, найти НОД двух чисел.
Рассмотрим блок-схему алгоритма Евклида:
Запишем данной алгоритм с помощью Паскаля, опираясь на данную блок-схему. Как видим, у нас имеется цикл с предусловием (M>N) . Внутри цикла еще одно условие (M>N) , т.е. оператор IF… THEN .
var M, N: integer; begin writeln("Введите М и N"); readln(M, N); while M<>N do begin if M>N then M:=M-N else N:=N-M end; write("Н0Д = ",М) end.Аналогично задаче 2 можно проверить данный алгоритм, записав рассуждения в таблицу.
