2.7 程序结构

Java的程序结构基本上是从C++中沿用而来的，不过随着Java本身和技术的发展，Java在这方面还有一些小的改进。

从结构化程序设计角度出发，程序有三种结构：

● 顺序结构

● 选择结构

● 循环结构

1.顺序结构按照代码的先后顺序依次执行，先执行A，再执行B，如图2-2所示。

2.选择结构：存在某个条件P，若P为真，则执行A，否则执行B，如图2-3所示。

由选择结构可以派生出另一种基本结构——多分支结构，如图2-4所示。

3.循环结构分为两种：当型和直到型。

（1）当型：当P条件成立时（为真），反复执行A，直到P为假时才停止循环，如图2-5所示。

（2）直到型：先执行A，再判断条件P，若为真，再执行A，如此反复，直到P为假，如图2-6所示。

2.7.1 分支语句

分支语句实现程序流程控制的功能，即根据一定的条件有选择地执行或跳过特定的语句。Java中的分支语句有两种：if/else语句和switch语句。

1.if语句

if语句有以下三种形式。

形式1：if（boolean类型表达式）语句A

当表达式的值为true时，执行语句A，否则跳过语句A。执行流程如图2-7所示。

例如：

形式2：if（boolean表达式）语句A else语句B

当表达式为true时，执行语句A；当表达式为false时，执行语句B。执行流程如图2-8所示。

例如：

形式3：

if（boolean类型表达式1）语句1

else if（表达式2）语句2

else if（表达式3）语句3

……

else if（表达式n）语句n

else语句n+1

执行流程如图2-9所示。

例如：

上面这个代码是一个典型的if/elseif/else语句的示例，逻辑很简单，就是根据学生成绩打印输出成绩评价。if、elseif和else是互斥的条件判断，如果一个条件满足，后面的条件就不会再去判断。假设score变量的值是70，因为它不满足第一个条件，所以才会进行第二个条件判断（score＞=60），而该表达式计算为true，于是输出：及格，之后的else不会被执行。同理，如果score变量的值是90，那么第一个条件就满足了，输出：优秀，之后else if条件根本不会进行判断，else后的语句也不会被执行。

if语句也可以嵌套使用，一般的形式为：

2.switch语句

switch语句的语法结构如下：

switch语句根据表达式计算的值，与case后的常量值进行比较，当相等时则执行case中的代码。如果所有的case子句都没有匹配成功，则执行可选的default子句中的代码。这里有以下三个知识点需要注意：

（1）switch语句的表达式的类型在Java 5之前只能是byte、short、int或者char类型。Java 5在新增了枚举类型，以及自动装箱与拆箱特性后，switch语句表达式的类型也扩充为支持枚举、Byte、Short、Integer和Character。在Java 7中，又进一步增加了对字符串类型（String）的支持。

（2）case后接的是常量，不能是变量，且所有case子句中的值应是不同的。

（3）default子句是可选的，一般用于在没有匹配成功时执行默认的操作。

我们注意到，在switch语句的所有case子句和default子句中都有一条break语句，该语句是用来在执行完一个case分支后使程序跳出switch语句块的。为什么在switch语句中要使用break语句呢，这是由switch语句特有的工作方式来决定的。我们看代码2.14。

代码2.14 SwitchCase.java

在本例的switch语句中没有使用break语句，执行结果为：

变量a的值是3，于是从case 3开始，后面的代码会一直按顺序执行下去，而不会再去匹配，于是，“4th、5th、Out”也被输出到控制台了，这就是switch语句的工作方式。

为了避免出现这种情况，我们需要在每一个case子句后面都添加一条break语句，用于在匹配成功执行完代码后终止switch语句。修改上述代码，如代码2.15所示。

代码2.15 SwitchCase.java

加入break语句后，程序运行的结果就符合预期了：

有的读者可能会奇怪：为什么default子句中也要添加break语句呢？首先要明确一点，default子句虽然经常书写在最后，作为没有匹配成功后的默认操作，但该子句并没有强制要求一定要书写在最后。换句话说，你在default子句后依然可以继续添加case子句，在这种情况下，为default子句添加break语句就是必要的。总之，为switch语句中的每个子句都添加break语句是一个良好的习惯！

在某些场景下，我们也可以利用switch语句的工作方式来简化代码的编写，例如switch的表达式有多个值对应了相同的处理结果，那么我们可以将处理代码放到最后一个匹配的case子句中，只在该子句中使用break语句，如代码2.16所示：

代码2.16 SwitchCase2.java

code的值是字符串“201”，与第一个case子句的值匹配，但是该子句没有代码，也没有break语句，于是继续往下执行，直到case"203"下的输出语句后有break语句，终止了switch。这段代码的目的就是在code的值为字符串“201”“202”或者“203”时都输出：成功。

2.7.2 循环语句

有个笑话，一名记者采访一群南极企鹅，记者问，“你们每天都做什么呢？”企鹅们都回答“吃饭、睡觉、打豆豆”，当问到最后一只企鹅时，它说“吃饭、睡觉”。记者很奇怪，问“你为什么不打豆豆呢”，结果这只企鹅满脸悲愤地说“我就是豆豆”。

这个笑话只是为了让读者轻松一下，但也说明在我们生活中有很多周而复始的行为，比如学生，“起床、上学、做作业、睡觉、起床、上学……”，程序也一样，有很多重复的工作要执行，这就需要使用循环了。

循环语句用于在循环条件满足时，反复执行特定的代码。循环语句一般由4个部分组成：

● 初始化部分（init_statement）

● 循环条件部分（test_exp）

● 循环体部分（body_statement）

● 迭代部分（alter_statement）

在Java中，循环语句有四类：

● while循环

● do…while循环

● for循环

● “for each”循环

1.while循环

while语句是Java中最简单的循环，它是一种“当型”循环，其语法格式为：

condition是一个类型为boolean的条件表达式，当该值为true时，则执行statements，然后再次判断条件并反复执行，直到条件不成立为止。

while循环在循环开始就判断condition条件，所以，statements的执行次数是0～n。

while后面的语句一般为语句块，即需要使用一对花括号（{}）来包裹语句，语句块中应该有让condition为false的语句，否则就会出现无限循环，即我们常说的死循环。while语句的完整形式如下：

下面我们通过while循环计算1+2+3+…+100的结果，代码如2.17所示。

代码2.17 WhileLoop.java

输出结果为：1加到100的结果为：5050

2.do…while循环

do…while循环是一种专门的“直到型”循环语句，该循环的语法格式为：

先执行statements，再判断condition条件的值，如果为true，则继续执行statements，否则结束循环。

do…while循环的执行流程如图2-11所示。

与while循环不同的是，do…while循环执行statements的次数是1～n。所以当我们需要至少执行一次代码时，使用do…while比较方便。

do…while语句的完整形式如下：

下面我们使用do…while循环来计算1+2+3+…+100的结果，代码如2.18所示。

代码2.18 DoWhileLoop.java

输出结果同代码2.17。

3.for循环

for循环是一种使用频率非常高的循环，它的语法格式为：

在for循环的圆括号中有3个表达式，第一个表达式init_statement通常用于对循环计数器进行初始化；第二个表达式test_exp代表条件部分，该部分在每次循环时都要进行计算和判断；第三个表达式alter_statement通常用于更新循环计数器；body_statement就是每次循环条件满足时要执行的循环体部分。

for循环的执行流程是：首先计算init_statement，接着执行test_exp，如果值为ture，则执行body_statement，接着计算alter_statement，再判断test_exp的值。依次重复下去，直到test_exp的值为false。从这个过程中，我们可以知道init_statement部分在整个for循环中只执行一次，而其他部分则会在条件满足时，多次重复执行。

图2-12给出了for循环执行流程。

下面的代码将数字1～10输出到控制台窗口中。

当在for语句的初始化部分声明计数器变量i时，i变量的作用域仅限于for循环内部，如果在for循环外部访问i变量，则会出现编译时错误。

下面我们使用for循环来计算1+2+3+…+100的结果，代码如下：

代码2.19 ForLoop.java

可以看到使用for循环代码更加简洁。

for循环在使用时有一些特例，具体如下。

（1）for语句的第一部分可以省略，例如：

（2）for语句的第二部分一般不可以省略，否则就会变成无限循环，例如：

（3）for语句的第三部分也可以省略，但在循环体中必须有语句修改循环计数变量，以使条件表达式在某一时刻为false，从而正常结束循环。例如：

（4）如果同时省略for语句的第一部分和第三部分，则相当于while循环语句。例如：

（5）如果将for语句的三个部分全部省略，即for（；；），则相当于while（true）语句。

（6）for语句的第一部分和第三部分还可以是复合的表达式，以使循环计数变量值在修改时可以对其他变量进行赋值。例如：

4.“for each”循环

Java SE 5.0引入了一种新的“for each”循环，提供了一种简便的方式来遍历数组或集合中的各个元素。

这种for循环的语法格式为：

“for each”循环语句由两部分组成，并用冒号（：）分隔，在冒号前定义一个变量（type variable），用来临时存储数组或集合中的各个元素，在冒号后的内容是要遍历的数组或集合对象（array/collection）。“for each”循环在遍历数组或集合时，会将数组或集合中的每个元素都取出并赋值给我们定义的临时变量variable，在循环体中，可以直接通过variable来得到数组或集合中的各个元素并进行处理。

关于“for each”循环，我们会在介绍数组和集合时有更进一步地讲解，下面我们看一个例子，如代码2.20所示。

代码2.20 ForEach.java

不带ln后缀的print方法不会输出换行符。

程序的运行结果为：

可以看到，使用“for each”循环来遍历数组是非常简单的，不过要注意的是，在“for each”语句中定义的临时变量的类型要与数组或集合中的元素类型相匹配。

“for each”循环虽然可以让代码更加简洁，让我们在使用时更加方便，但它也有局限性，主要体现在：

（1）只能按顺序遍历所有元素，无法实现较为复杂的循环，如在某些条件下需要回退到之前遍历过的某个元素。

（2）循环计数变量不可见，不能通过下标来访问数组元素。

（3）在遍历集合时，集合对象必须已经实现了Iterable接口。

5.break语句和continue语句

break语句和continue语句主要用于控制循环语句的流程。

（1）break语句

在switch语句中我们已经使用过了break语句，其用于结束switch。同样，在循环语句中也可以使用break语句来退出循环。

在上面的例子中，while循环的条件恒为true，因此while循环内部的代码将永远重复地执行下去。i这个变量会从0一直往上增长，直到无穷大。“System.out.println（i）；”这行代码也许永远都无法执行。难道就让CPU一直做这种没有意义的工作吗？我们并不喜欢这种无限循环。

if语句来了，它带着break语句来解救CPU了。当i大于10的时候，break语句大吼一声：“不要继续了，我受够了，这一切该结束了！”于是while语句建立的一个延续千秋万代的循环被打破了。最高兴的应该是“System.out.println（i）；”这行代码，它终于有机会大显身手了。

上面程序的运行结果是：

如果在嵌套的循环中使用break语句，那么它将退出整个循环，还是只退出当前循环呢？我们可以通过下面的例子来验证一下。

代码2.21 BreakStatement.java

程序运行的结果为：

从结果中可以得知，在嵌套的循环中，break语句只是退出当前循环。有时候我们希望能够在某个条件触发的时候直接退出指定的循环，这可以使用带标签的break语句来实现。

标签放置在需要跳出的循环之前，后面紧跟一个冒号（：），修改代码2.21，在最外层循环前面添加一个标签，并使用“break标签名”的形式跳出循环，如代码2.22所示。

代码2.22 BreakStatement.java

程序运行的结果为：

（2）continue语句

continue语句用于跳过当前循环的一次执行，注意与break语句的区别，break是退出当前循环，而continue仅仅是跳过本次执行。

我们看下面的代码：

这个程序运行的结果为：

在上面的程序中，当i是2的整数倍时（i除以2余0），continue被执行，当continue执行后，后面两行向控制台输出数据的代码就不会被执行了，程序转而从for语句的i++表达式开始，进行下一次循环。

当continue语句出现在多层嵌套的循环语句体中时，可以通过标签指明要跳过的是哪一层循环的本次执行。

下面我们看一个求素数的例子。

代码2.23 PrimeNumber.java

程序的运行结果为：

请读者自行编写一下上述程序，然后仔细理解代码中的含义，就能掌握continue语句的用法了。即使一时理解不了continue语句的用法，也没关系，因为我们通过其他代码逻辑也能实现continue语句能实现的功能，所以读者可以放宽心，不用刻意强求理解continue。

下面，再用一个例子熟悉一下break语句和continue语句。

代码2.24 BreakContinue.java

程序运行结果为：