Цикл (программирование)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. цикл.

Цикл — последовательность из нескольких (0 и больше) операторов, которая указывается в тексте программы один раз, но может выполняться несколько (0 и более) раз подряд, от первого до последнего, после последнего снова выполняется первый.

[править] Тело цикла

Последовательность операторов, предназначенная для многократного выполнения в цикле, называется телом цикла. Тело цикла выполняется либо заданное количество раз, либо до тех пор, пока выполняется заданное условие, либо по одному разу для каждого элемента из заданной коллекции элементов. Допускается также существование бесконечного цикла, в случаях, когда последовательность операторов не имеет предпосылок для завершения, либо в силу непреднамеренной ошибки в логике программы.

[править] Виды циклов

[править] Условные циклы

Условные циклы выполняются или перестают выполняться в зависимости от заданного условия, проверяемого при каждом проходе цикла. Проверка может происходить перед выполнением тела цикла, после него или внутри тела цикла.

[править] 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.

[править] 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.

[править] 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 вышерассмотренных 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. 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.

[править] Цикл cо счётчиком

Цикл со счётчиком — цикл, в котором некоторая переменная изменяет своё значение от заданного начального значения до конечного значения с некоторым шагом. 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.

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. 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.

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, так как в нём на каждом шаге выполняется некоторая операция (не обязательно изменения счётчика; это может быть правка указателя или какая-нибудь совершенно посторонняя операция) и проверяется некоторое условие (не обязательно сравнение счётчика с конечным значением).

[править] Цикл по коллекции

Некоторые языки (C#, Java, JavaScript, Perl, PHP, LISP, Tcl и др.) позволяют выполнять циклы по всем элементам заданной коллекции объектов. Для определения такого цикла не нужно ни указывать какой-либо счётчик, ни задавать условия выхода из цикла. Достаточно задать коллекцию и переменную, которой будут по очереди присваиваться значения всех объектов, находящихся в коллекции, или ссылки на них. Такие циклы реализуются операторами foreach, for…in и т. п.

[править] Ссылки

Инварианты цикла (используются при проектировании и верификации циклов)

Категория: Концепции языков программирования