Зарегистрируйтесь для доступа к 15+ бесплатным курсам по программированию с тренажером

Использование циклов — Основы Java

Итерации цикла

В программировании есть отдельный класс задач, который не может обойтись без циклов — он называется агрегированием данных.

К таким задачам относятся поиска:

Максимального значения
Минимального значения
Суммы
Среднего арифметического

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 этой темой хорошо знакомы все, кто занимаются числами. Например, с такими задачами часто работают бухгалтеры или маркетологи в таблицах наподобие Microsoft Excel или Google Sheets.

Разберем самый простой пример — поиск суммы набора чисел. Реализуем функцию, которая складывает числа в указанном диапазоне, включая границы.

В этом случае диапазоном 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

// Диапазон [1, 1] с одинаковым началом и концом – тоже диапазон
// Он включает одно число — саму границу диапазона
App.sumNumbersFromRange(1, 1); // 1
App.sumNumbersFromRange(100, 100); // 100

Для реализации этого кода нам понадобится цикл. Мы выбираем именно цикл, потому что сложение чисел – это итеративный процесс. Он повторяется для каждого числа, а количество итераций зависит от размера диапазона.

Чтобы лучше понять тему, попробуйте ответить на вопросы:

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

А теперь 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;
}

https://replit.com/@hexlet/java-basics-loops-using-1

Общая структура цикла здесь стандартна:

Счетчик, который инициализируется начальным значением диапазона
Сам цикл с условием остановки при достижении конца диапазона
Изменение счетчика в конце тела цикла

Количество итераций в таком цикле равно finish - start + 1. Например, нужно 3 итерации, чтобы посчитать диапазон от 5 до 7:

7 - 5 + 1 = 3

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 ее 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. Операция с таким элементом не изменяет то значение, над которым проводится операция:

В сложении любое число плюс ноль дает само число
При вычитании – то же 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.

При агрегации 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 ее 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()
i <= name.length() - 1

Оба способа приводят к одному результату.

Формирование строк в циклах

Еще одно использование циклов — формирование строк. Подобная задача нередко встречается в программировании. Она сводится к обычной агрегации через конкатенацию.

Есть одна задача, которая популярна на собеседованиях — это переворот строки. Ее можно решить множеством разных способов, но именно посимвольный перебор считается базовым:

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

Общая идея переворота состоит в следующем — нужно брать символы по очереди с начала строки и соединять их в обратном порядке. Давайте проверим, как это работает:

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(""); // ""

https://replit.com/@hexlet/java-basics-loops-using-2

Важно прочувствовать, как собирается сама строка — каждый следующий символ прикрепляется к результирующей строке слева, и в итоге строка оказывается перевернута.