Меню

Назначение цикла со счетчиком



Цикл со счётчиком for

Пожалуйста, приостановите работу AdBlock на этом сайте.

Данная циклическая конструкция обычно используется, когда заранее известно, сколько раз необходимо повторить какую-то команду или набор команд. Вспомним урок про генерацию случайных чисел: там была забавная задача для самостоятельного исследования. Вот её условие:

Пример: Равномерность случайных чисел

Числа, генерируемые функцией rand() , имеют равномерное распределение. Это значит, что если запускать функцию rand очень много раз и каждый раз записывать, какое число выпало, то различные числа выпадут примерно одинаковое число раз.
Например, если генерировать только числа 0 и 1, то через 100 запусков примерно 50 раз выпадет ноль и 50 раз единичка. Обратите внимание, что я говорю примерно. Может быть, например, 49 и 51, или 53 и 47.
Если рассматривать отношение этих чисел к общему количеству генераций, получим 49/100 и 51/100 или 53/100 и 47/100. Но чем больше экспериментов мы проведём, тем отношение количества единичек к количеству испытаний будет ближе к 1/2.
Проведите самостоятельно эксперимент с 10, 50 и 100 запусками. Это муторно и долго, если делать руками, но что поделать? В будущем мы напишем программу, чтобы проверить свойство равномерности распределения этих псевдослучайных чисел.

Давайте проведём подобный эксперимент. Пусть программа генерирует одно из трёх чисел: 0, 1 или 2. Вот, посмотрите на её код.

Если вам непонятно, как работает данная программа, то проработайте уроки «Приручаем случайность» и «Оператор выбора».
Программа получилась объемной, но довольно простой. При этом легко видеть, что одни и те же операции (генерация случайного числа и оператор выбора) повторяются буквально без изменений. Результат работы этой программы на рисунке ниже.

Рис.1 Пример работы программы Листинг 1

Как видите, пока что-то не очень похоже на то, что все цифры выпадают одинаковое количество раз. Запустите программу у себя, возможно, у вас получится более хороший результат. Ну, а мы продолжим. Давайте увеличим количество опытов до 100. Можно было бы, конечно, ещё 90 раз скопировать эту конструкцию или запустить программу ещё 9 раз и вручную складывать результаты, но это не дело. Лучше воспользуемся циклической конструкцией for .

Общий шаблон цикла for

Цикл for состоит из двух частей: заголовок цикла (первая строка) и тело цикла (вторая строка).

Тело цикла – это команда, которую необходимо выполнить несколько раз. Если необходимо выполнить несколько команд, а не одну, то можно воспользоваться составным оператором <> . Мы уже проделывали такой трюк, когда изучали условный оператор.

В нашем случае тело цикла for будет выглядеть так:

Так как в теле цикла две команды (присваивание, оператор выбора), то пришлось использовать составной оператор.

Разберём подробно заголовок цикла for . В нём, кроме ключевого слова for и скобок, имеется ещё три выражения.

Первое выражение – инициализация счетчика.

В этой части нам нужно завести переменную-счетчик и присвоить ей какое-нибудь начальное значение. Например:

Второе выражение – условие.

В этой части необходимо записать условное выражение, при котором должно выполняться тело цикла. Цикл for будет работать, пока условие истинно. Например:

И последняя третья часть – изменение счетчика.

Здесь записывается то, что должно происходить после каждого выполнения тела цикла. Обычно здесь пишут то, как должен измениться счётчик после каждой итерации. Одно повторение тела цикла в серьёзных книгах иногда называют итерацией .

Давайте перепишем нашу программу с использованием цикла for .

Гораздо понятнее и нагляднее, не так ли? Вот-вот. Опишем подробно алгоритм работы цикла for .

  1. Программа встречает ключевое слово for , а значит дальше идёт циклическая конструкция.
  2. Сначала создаётся переменная счетчик (выражение 1).
  3. Проверяется условие выполнение цикла (выражение 2).
  4. Если условие ЛОЖЬ , то программа выходит из цикла for и продолжает свое выполнение.
  5. Если условие ИСТИНА , то выполняется тело цикла.
  6. Когда тело цикла выполнится, программа возвращается к заголовку и выполняет инструкции из третьей части заголовка. Изменяется значение переменной-счетчика (выражение 3).
  7. Возвращаемся к пункту три.

А теперь то же самое для нашей программы. Встречаем цикл for .

  • Инициализируем переменную счётчик i = 0 ;
  • Проверяем условие i . Т.к. i = 0 , то условие ИСТИНА ;
  • Выполняем тело цикла. Генерируем число от 0 до 2. В операторе switch определяем, какое число было сгенерировано, и увеличиваем соответствующий счётчик;
  • Т.к. тело цикла закончено, то выполняем Выражение 3. Теперь i = 1 .
  • Возвращаемся к условию;
  • Проверяем условие i . Т.к. i = 1 , то условие ИСТИНА
  • Выполняем тело цикла. Генерируем число от 0 до 2. В операторе switch определяем, какое число было сгенерировано, и увеличиваем соответствующий счётчик;
  • Изменяем счётчик. Теперь i = 2 . Возвращаемся к условию.

И так далее, пока i не станет равным 100 . В этом случае при проверке условия получим ЛОЖЬ . Выполнение цикла прекратится. Программа продолжит выполнять инструкции, расположенные за циклом.

Давайте посмотрим ещё на один пример.

Напишем программу, которая выводит на экран сумму натуральных чисел из промежутка [A;B] . Числа A и B (B>A) вводятся пользователем.

Все неясные моменты я постарался отразить в комментариях к программе. Если возникнут вопросы, то задавайте их в комментариях к уроку.

Практика

Решите предложенные задачи. Для удобства работы сразу переходите в полноэкранный режим

Источник

Операторы цикла

Теоретический материал (Паскаль)

В цикле со счетчиком тело цикла повторяется заранее определенное число раз. Циклы со счетчиком используются довольно часто, и поэтому в языке Паскаль для этих целей имеется специальная конструкция.

Читайте также:  Счетчик кадров для игр

Можно, конечно, циклы со счетчиком моделировать при помощи операторов while и Repeat, но структура цикла со счетчиком проще.

Общая форма записи цикла со счетчиком

for i := A to B do
begin
. . .
end;

for i := A downto B do
begin
. . .
end;

Здесь переменная i — управляющая переменная или переменная цикла,

А — начальное значение переменной цикла,

В — конечное значение переменной цикла.

При переходе к обработке оператора цикла for управляющей переменной присваивается заданное начальное значение. Затем в цикле выполняется исполнительный оператор (или составной оператор). Каждый раз при выполнении исполнительного оператора управляющая переменная увеличивается на 1 (для for. to) или уменьшается на 1 (для for. downto). Цикл завершается при достижении управляющей переменной своего конечного значения.

1) for i := 1 to ListSize do
begin
readln (Number):
S := S +Number;
end;

2) for Dlina := 15 downto 1 do
writeln (Sqr(Dlina));

3) for x := 1 to 10 do
for y := 1 to 10 do
writeln (x,’*’,y,’=’,x*y);

4) for Range := Number+1 to Multi*3 do
writeln (Sqrt(Range));

При использовании цикла for компьютер выполняет за программиста черновую работу по инициализации управляющей переменной и по ее увеличению (уменьшению) при каждом повторении цикла. Единственное ограничение заключается в том, что тип управляющей переменной не должен быть real. Переменная цикла не должна изменяться какими-либо операторами внутри цикла. К ней можно обращаться и использовать в вычислениях, но нельзя присваивать новое значение. Присваивания могут выполняться только механизмом самого цикла. Таким образом, следующий цикл является некорректным:

for i := 1 to 10 do
begin
. . .
i := i-1;
. . .
end;

Управляющая переменная должна описываться, как и любая другая переменная. Обычно переменная цикла имеет тип integer, но позднее Вы рассмотрите другие типы данных, которые могут указываться в качестве типа управляющей переменной.

Внимание! Следует помнить, что управляющая переменная не может быть типа real.

Исполнительная часть цикла может быть либо простым, либо составным оператором. Если начальное значение цикла for . to больше конечного значения, то никакие операции не выполнятся. Таким образом, следующий оператор не приведет ни к каким действиям

for j := 1 to 0 do
writeln (j);

Однако цикл, представленный в такой форме, распечатает целые числа от единицы до десяти:

for j := 1 to 10 do
writeln (j);

Как можно догадаться, следующий цикл выполняет счет в обратном порядке:

for j := 10 downto 1 do
writeln (j);

Часто тело цикла For содержит еще один оператор цикла For. Структуры такого рода называются вложенными циклами. При завершении внутреннего цикла управляющая переменная внешнего цикла увеличивается. Повторение этих действий будет продолжаться до завершения внешнего цикла. Приведенный ниже вложенный цикл печатает пары чисел, начиная от (1,1), (1,2). и кончая (10,10):

for х:= 1 to 10 do
for у:= 1 to 10 do
writeln (‘(‘,х,’,’,y,’), ‘);

Задание. Выполните две задачи, уже решенные Вами задачи с помощью других видов цикла, с помощью со счетчиком.

Источник

Назначение цикла со счетчиком

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»)…..

Читайте также:  Производство бытового газового счетчика

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:

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:

(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:

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

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.

Читайте также:  Что такое счетчик всх

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:

фактически представляет собой другую форму записи конструкции:

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.

Совместные циклы имеются в некоторых языках программирования (C#, JavaScript, Python, LISP, коллекции объектов. В определении такого цикла требуется указать только коллекцию объектов и переменную, которой в теле цикла будет присвоено значение обрабатываемого в данный момент объекта (или ссылка на него). Синтаксис в различных языках программирования синтаксис оператора различен:

Источник