Использование циклов — Основы языка Java

Отдельный класс задач, который не может обойтись без циклов, называется агрегированием данных. К таким задачам относятся поиск максимального, минимального, суммы, среднего арифметического и т.п. Их главная особенность в том, что результат зависит от всего набора данных. Для расчета суммы нужно сложить все числа, для вычисления максимального нужно сравнить все числа. С такими задачами хорошо знакомы все, кто занимаются числами, например бухгалтеры или маркетологи. Обычно их выполняют в таблицах наподобие Microsoft Excel или Google Tables.

Разберем самый простой пример – поиск суммы набора чисел. Реализуем функцию, которая складывает числа в указанном диапазоне, включая границы. Диапазоном в данном случае называется ряд чисел от какого-то начала до определенного конца. Например, диапазон [1, 10] включает в себя все целые числа от 1 до 10.

App.sumNumbersFromRange(5, 7); // 5 + 6 + 7 = 18
App.sumNumbersFromRange(1, 2); // 1 + 2 = 3

// [1, 1] диапазон с одинаковым началом и концом – тоже диапазон
// он в себя включает ровно одно число – саму границу диапазона
App.sumNumbersFromRange(1, 1); // 1
App.sumNumbersFromRange(100, 100); // 100

Для реализации этого кода нам понадобится цикл, так как сложение чисел – это итеративный процесс (он повторяется для каждого числа), а количество итераций зависит от размера диапазона. Перед тем, как смотреть код, попробуйте ответьте на вопросы ниже:

• Каким значением инициализировать счетчик?
• Как он будет изменяться?
• Когда цикл должен остановиться?

Попробуйте сначала подумать над этими вопросами, а затем посмотрите код ниже:

public static int sumNumbersFromRange(int start, int finish) {
    // Технически можно менять start
    // Но входные аргументы нужно оставлять в исходном значении
    // Это сделает код проще для анализа
    var i = start;
    var sum = 0; // Инициализация суммы

    while (i <= finish) { // Двигаемся до конца диапазона
        sum = sum + i; // Считаем сумму для каждого числа
        i = i + 1; // Переходим к следующему числу в диапазоне
    }

    // Возвращаем получившийся результат
    return sum;
}

Общая структура цикла здесь стандартна. Есть счетчик, который инициализируется начальным значением диапазона, есть сам цикл с условием остановки при достижении конца диапазона, и, наконец, изменение счетчика в конце тела цикла. Количество итераций в таком цикле равно finish - start + 1. То есть для диапазона от 5 до 7 – это 7 - 5 + 1, то есть 3 итерации.

Главные отличия от обычной обработки связаны с логикой вычислений результата. В задачах на агрегацию всегда есть какая-то переменная, которая хранит внутри себя результат работы цикла. В коде выше это sum. На каждой итерации цикла происходит её изменение, прибавление следующего числа в диапазоне: sum = sum + i. Весь процесс выглядит так:

// Для вызова sumNumbersFromRange(2, 5);
var sum = 0;
sum = sum + 2; // 2
sum = sum + 3; // 5
sum = sum + 4; // 9
sum = sum + 5; // 14
// 14 – результат сложения чисел в диапазоне [2, 5]

В математике существует понятие нейтральный элемент операции (у каждой операции свой элемент). Это понятие имеет очень простой смысл. Операция с этим элементом не изменяет то значение, над которым проводится операция. В сложении любое число плюс ноль дает само число. При вычитании – тоже самое. Даже у конкатенации есть нейтральный элемент – это пустая строка: "" + "one" будет "one".

Агрегация данных (Строки)

Агрегация применяется не только к числам, но и к строкам. Это такие задачи, в которых строка формируется динамически, то есть заранее неизвестно, какого она размера и что будет содержать. Представьте себе метод, который умеет «умножать» строку, то есть он повторяет её указанное количество раз:

App.repeat("hexlet", 3); // "hexlethexlethexlet"

Принцип работы этого метода довольно простой: в цикле происходит «наращивание» строки указанное количество раз:

public static String repeat(String text, int times) {
    // Нейтральный элемент для строк – пустая строка
    var result = "";
    var i = 1;

    while (i <= times) {
        // Каждый раз добавляем строку к результату
        result = result + text;
        i = i + 1;
    }

    return result;
};

Распишем выполнение этого кода по шагам:

// Для вызова repeat("hexlet", 3);
var result = "";
result = result + "hexlet"; // "hexlet"
result = result + "hexlet"; // "hexlethexlet"
result = result + "hexlet"; // "hexlethexlethexlet"

Обход строк

Циклы подходят не только для обработки чисел, но и при работе со строками. В первую очередь благодаря возможности получить конкретный символ по его индексу. Ниже пример кода, который распечатывает буквы каждого слова на отдельной строке:

public static void printNameBySymbol(String name) {
    var i = 0;
    // Такая проверка будет выполняться до конца строки
    // включая последний символ. Его индекс `length() - 1`.
    while (i < name.length()) {
        // Обращаемся к символу по индексу
        System.out.println(name.charAt(i));
        i += 1;
    }
}

var name = "Arya";
App.printNameBySymbol(name);
// "A"
// "r"
// "y"
// "a"

Самое главное в этом коде, поставить правильное условие в while. Это можно сделать сразу двумя способами: i < name.length() или i <= name.length() - 1. Оба способа приводят к одному результату.

Формирование строк в циклах

Ещё одно использование циклов – формирование строк. Подобная задача нередко встречается в программировании. Она сводится к обычной агрегации через конкатенацию. Есть одна задача, крайне популярная среди людей, проводящих собеседования, это переворот строки. Её можно решить множеством разных способов, но именно посимвольный перебор считается самым базовым. Пример работы этой функции:

App.reverse("Hexlet"); // "telxeH"

Общая идея переворота состоит в следующем: нужно брать символы по очереди с начала строки и соединять их в обратном порядке. Звучит довольно просто. Давайте проверим:

public static String reverse(String str) {
    var i = 0;
    // Нейтральный элемент для строк это пустая строка
    var result = "";
    while (i < str.length()) {
        // Соединяем в обратном порядке
        result = str.charAt(i) + result;
        i += 1;
    }

    return result;
};

var name = "Bran";
App.reverse(name); // "narB"
// Проверка нейтрального элемента
App.reverse(""); // ""

Единственный возможно сложный момент в этом коде – прочувствовать, как собирается сама строка. Так как каждый следующий символ прикрепляется к результирующей строке слева, то, в конечном итоге, строка оказывается перевернута.

Остались вопросы? Задайте их в разделе «Обсуждение»

Вам ответят команда поддержки Хекслета или другие студенты.