Řídicí struktury v Javě

Tomáš Pitner, Radek Ošlejšek, Marek Šabo, Jakub Čecháček pitner@muni.cz

Přehled

  • Větvení if-else

  • Cyklus while - kde stačí vstupní po

  • Cyklus for - vstupní a pokračovací podmínka, akce po každém provedení - obdoba téhož v C/C++

  • Cyklus for ve variantě iterace po prvcích pole, seznamu, množiny…​ - tedy něco jako foreach

  • Cyklus do-while - pokračovací podmínka se testuje na konci těla cyklu

  • Vícecestné větvení switch - case - default - podobné jako v C/C++

Větvení výpočtu — podmíněný příkaz

Podmíněný příkaz

neboli neúplné větvení pomocí if

if (logický výraz) příkaz

  • Platí-li logický výraz (má hodnotu true), provede se příkaz.

  • Neplatí-li, neprovede se nic.

Úplné větvení

Příkaz úplného větvení

if (logický výraz) příkaz1 else příkaz2

  • Platí-li logický výraz (má hodnotu true), provede se příkaz1.

  • Neplatí-li, provede se příkaz2.

  • Větev else se nemusí uvádět.

Cyklus while, tj. s podmínkou na začátku

while

Tělo cyklu se provádí tak dlouho, dokud platí podmínka, obdoba v Pascalu, C a dalších

  • V těle cyklu je jeden jednoduchý příkaz:

while (podmínka) příkaz;

Cyklus while se složeným příkazem

  • Nebo příkaz složený z více a uzavřený ve složených závorkách:

while (podmínka) {
   příkaz1;
   příkaz2;
   příkaz3;
   ...
}

  • Tělo cyklu se nemusí provést ani jednou — to v případě, že hned při prvním testu na začátku podmínka neplatí.

Doporučení k psaní cyklů/větvení

  • Větvení, cykly: doporučuji vždy psát se složeným příkazem v těle (tj. se složenými závorkami)!!! Jinak hrozí, že se v těle větvení/cyklu z neopatrnosti při editaci objeví něco jiného, než chceme, např.:

    while (i < a.length)
   System.out.println(a[i]);
   i++;

  • Provede v cyklu jen ten výpis, inkrementaci již ne a program se tudíž zacyklí!!!

Doporučení k psaní cyklů/větvení

  • Pišme proto vždy takto:

    while (i < a.length) {
   System.out.println(a[i]);
   i++;
}

  • U větvení obdobně:

    if (i < a.length) {
   System.out.println(a[i]);
}

Příklad použití while cyklu

  • Dokud nejsou přečteny všechny vstupní argumenty — vč. toho případu, kdy není ani jeden:

int i = 0;
while (i < args.length) {
   System.out.println(args[i]);
   i++;
}

Příklad while — celočíselné dělení

  • Dalším příkladem (pouze ilustračním, protože na danou operaci existuje v Javě vestavěný operátor) je použití while pro realizaci celočíselného dělení se zbytkem.

public class DivisionBySubtraction {
   public static void main(String[] args) {
      int dividend = 10; // dělenec
      int divisor = 3; // dělitel
      int quotient = 0; // podíl
      int remainder = dividend;
      while (remainder >= divisor) {
         remainder -= divisor;
         quotient++;
      }
      System.out.println("Podil 10/3 je " + quotient);
      System.out.println("Zbytek 10/3 je " + remainder);
   }
}

Cyklus do-while, tj. s podmínkou na konci

  • Tělo se provádí dokud platí podmínka (vždy aspoň jednou)

  • obdoba repeat v Pascalu (podmínka je ovšem interpretována opačně)

  • Relativně málo používaný — hodí se tam, kde něco musí aspoň jednou proběhnout

do {
   příkaz1;
   příkaz2;
   příkaz3;
   ...
} while (podmínka);

Příklad použití do-while cyklu

  • Tam, kde pro úspěch algoritmu "musím aspoň jednou zkusit", např. čtu tak dlouho, dokud není z klávesnice načtena požadovaná hodnota.

float number;
boolean isOK;
// create a reader from standard input
BufferedReader in = new BufferReader(new InputStream(System.in));
// until a valid number is given, try to read it
do {
   String input = in.readLine();
   try {
      number = Float.parseFloat(input);
      isOK = true;
   } catch (NumberFormatException nfe) {
      isOK = false;
   }
} while(!isOK);
System.out.println("We've got the number " + number);

Příklad: Načítej, dokud není zadáno číslo

import java.io.InputStreamReader;
import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
public class UntilEnteredEnd {
   public static void main(String[] args) throws IOException {
      BufferedReader input = new BufferedReader(
         new InputStreamReader(System.in));
      String line = "";
      do {
            line = input.readLine();
      } while (!line.equals("end"));
      System.out.println("Uživatel zadal " + line);
   }
}

Cyklus for

  • Obdobně jako for cyklus v C/C++ jde de-facto o rozšíření cyklu while.

  • Zapisujeme takto:

for(počáteční op.; vstupní podm.; příkaz po každém průch.)
   příkaz;

  • Anebo obvykleji a bezpečněji mezi { a } proto, že když přidáme další příkaz, už nezapomeneme dát jej do složených závorek:

for (počáteční op.; vstupní podm.; příkaz po každém průch.) {
   příkaz1;
   příkaz2;
   příkaz3;
}

Příklad použití for cyklu

  • Provedení určité sekvence určitý počet krát:

    for (int i = 0; i < 10; i++) {
   System.out.println(i);
}

  • Vypíše na obrazovku deset řádků s čísly postupně 0 až 9.

Doporučení — asymetrické intervaly a pevný počet

  • for se většinou užívá jako cyklus s pevným počtem opakování, známým při vstupu do cyklu. Tento počet nemusí být vyjádřený konstantou (přímo zadaným číslem), ale neměl by se v průběhu cyklu měnit.

  • Používejte asymetrické intervaly (ostrá a neostrá nerovnost):

    • počáteční přiřazení i = 0 a

    • inkrementaci i++ je neostrou nerovností: i se na začátku rovná 0), zatímco

    • opakovací podmínka i < 10 je ostrou nerovností: i už hodnoty 10 nedosáhne!

  • Vytvarujte se složitých příkazů v hlavičce (kulatých závorkách) for cyklu.

  • Je lepší to napsat podle situace před cyklus nebo až do jeho těla!

Doporučení — řídicí proměnná

  • V cyklu for se téměř vždy vyskytuje tzv. řídicí proměnná,

  • tedy ta, která je v něm inicializována, (obvykle) inkrementována a testována.

  • Někteří autoři nedoporučují psát deklaraci řídicí proměnné přímo

    • do závorek cyklu for (int i = 0; …​

    • ale rozepsat takto: int i; for (i = 0; …​

  • Potom je proměnná i přístupná ("viditelná") i za cyklem, což se však ne vždy hodí.

Vícecestné větvení switch case default

  • Obdoba pascalského select - case - else

  • Větvení do více možností na základě ordinální hodnoty, v novějších verzí Javy i podle hodnot jiných typů, vč. objektových.

  • Chová se spíše jako switch-case v C, — zejména se chová jako C při "break-through"

Struktura switch - case - default

   switch(výraz) {
      case hodnota1: prikaz1a;
                     prikaz1b;
                     prikaz1c;
                     ...
                     break;
      case hodnota2: prikaz2a;
                     prikaz2b;
                     ...
                     break;
      default:       prikazDa;
                     prikazDb;
                     ...
   }

  • Je-li výraz roven některé z hodnot, provede se sekvence uvedená za příslušným case.

  • Sekvenci obvykle ukončujeme příkazem break, který předá řízení ("skočí") na první příkaz za ukončovací závorkou příkazu switch.

switch další info

  • Řídicí výraz může nabývat hodnot

    • primitivních typů byte, short, char a int, dále

    • výčtových typů (enum),

    • typu String a některých dalších.

  • Tutoriál Oracle Java: Switch statement

switch příklad s čísly

public class MultiBranching {
   public static void main(String[] args) {
      if (args.length == 1) {
         int i = Integer.parseInt(args[0]);
         switch (i) {
            case 1: System.out.println("jednicka"); break;
            case 2: System.out.println("dvojka"); break;
            case 3: System.out.println("trojka"); break;
            default: System.out.println("neco jineho"); break;
         }
         } else {
            System.out.println("Pouziti: java MultiBranching <cislo>");
         }
      }
   }

switch příklad se String

Převzato z tutoriálu Oracle

   switch (month.toLowerCase()) {
      case "january":
         monthNumber = 1;
         break;
      case "february":
         monthNumber = 2;
         break;
      case "march":
         monthNumber = 3;
         break;
      ...

switch příklad se společnými větvemi case

Převzato z tutoriálu Oracle

int month = 2;
int year = 2000;
int numDays = 0;

switch (month) { case 1: case 3: case 5: case 7: case 8: case 10: case 12: numDays = 31; break; case 4: case 6: case 9: case 11: numDays = 30; break; …​

Použití nové syntaxe větví →

  • V nových verzích Java 14+ lze použít namísto otravného ukončování větví pomocí break (což je kdysi poděděné z C) nové syntaxe s šipkou →.

switch (day) {
    case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> System.out.println(6);
    case TUESDAY                -> System.out.println(7);
    case THURSDAY, SATURDAY     -> System.out.println(8);
    case WEDNESDAY              -> System.out.println(9);
}

  • Ve vybrané větvi se provede příkaz nebo blok, je-li uveden v { }.

  • Jednu větev lze vybrat více výrazy současně (např. MONDAY, FRIDAY, SUNDAY).

Výraz switch

  • switch nemusíme používat jen jako příkaz vícecestného větvení

  • zejména ve výše uvedených příkladech, kdy se v každé větvi provedlo jen přiřazení do stejné proměnné, je lepší použít switch v nové formě jako jakýsi rozšířený podmíněný výraz

  • funguje v Javě 14+

int numLetters = switch (day) {
    case MONDAY, FRIDAY, SUNDAY -> 6;
    case TUESDAY                -> 7;
    case THURSDAY, SATURDAY     -> 8;
    case WEDNESDAY              -> 9;
};

Vnořené větvení

  • Větvení if - else můžeme samozřejmě vnořovat do sebe.

  • Toto je vhodný způsob zápisu:

if(podmínka_vnější) {
      if(podmínka_vnitřní_1) {
            ...
      } else {
            ...
      }
} else {
      if(podmínka_vnitřní_2) {
            ...
      } else {
            ...
      }
}

Vnořené větvení (2)

  • Je možné "šetřit" a neuvádět složené závorky, v takovém případě se else vztahuje vždy k nejbližšímu neuzavřenému if , např. znovu předchozí příklad:

    if(podmínka_vnější)
   if(podmínka_vnitřní_1)
      ...
   else // vztahuje se k if(podmínka_vnitřní_1)
else // vztahuje se k if(podmínka_vnější)
   if (podmínka_vnitřní_2)
      ...
   else // vztahuje se k if (podmínka_vnitřní_2) ...

  • Tak jako u cyklů ani zde tento způsob zápisu (bez závorek) nelze v žádném případě doporučit!!!

Příklad vnořeného větvení

public class NestedBranching {
   public static void main(String args[]) {
      int i = Integer.parseInt(args[0]);
      System.out.print(i+" je cislo ");
      if (i % 2 == 0) {
         if (i > 0) {
            System.out.println("sude, kladne");
         } else {
            System.out.println("sude, zaporne nebo 0");
         }
      } else {
         if (i > 0) {
            System.out.println("liche, kladne");
         } else {
            System.out.println("liche, zaporne");
         }
      }
   }
}

Řetězené if - else if - else

  • Časteji rozvíjíme pouze druhou (negativní) větev:

    if (podmínka1) {
   ... // platí podmínka1
} else if (podmínka2) {
   ...  // platí podmínka2
} else if (podmínka3) {
   ...  // platí podmínka3
} else {
   ...  // neplatila žádná
}

  • Opět je dobré všude psát složené závorky.

Příklad if - else if - else

public class MultiBranchingIf {
   public static void main(String[] args) {
      if (args.length == 1) {
         int i = Integer.parseInt(args[0]);
         if (i == 1)
         System.out.println("jednicka");
         else if (i == 2)
         System.out.println("dvojka");
         else if (i == 3)
         System.out.println("trojka");
         else
         System.out.println("jine cislo");
         } else {
            System.out.println("Pouziti: java MultiBranchingIf <cislo>");
         }
      }
   }

Příkazy break

  • Realizuje "násilné" ukončení průchodu cyklem nebo větvením switch.

  • Syntaxe použití break v cyklu:

    int i = 0;
for (; i < a.length; i++) {
   if(a[i] == 0) {
      break; // skoci se za konec cyklu
   }
}
if (a[i] == 0) {
   System.out.println("Nasli jsme 0 na pozici "+i);
} else {
   System.out.println("0 v poli neni");
}

  • Použití u switch jsme již viděli přímo v ukázkách pro switch.

Příkaz continue

  • Používá se v těle cyklu.

  • Způsobí přeskočení zbylé části průchodu tělem cyklu

    for (int i = 0; i < a.length; i++) {
   if (a[i] == 5) continue; // pětku vynecháme
   System.out.println(i);
}

  • Výše uvedený příklad vypíše čísla 1 , 2 , 3 , 4 , 6 , 7 , 8 , 9 , nevypíše hodnotu 5.

Příklad na break i continue

public class BreakContinue {
   public static void main(String[] args) {
      if (args.length == 2) {
         int limit = Integer.parseInt(args[0]);
         int skip = Integer.parseInt(args[1]);
         for (int i = 1; i <= 20; i++) {
            if (i == skip)
               continue;
            System.out.print(i+" ");
            if (i == limit)
               break;
         }
         System.out.println("\nKonec cyklu");
      } else {
         System.out.println(
            "Pouziti: java BreakContinue <limit> <vynechej>");
      }
   }
}
Příklad je pouze ilustrativní — v reálu bychom break na ukončení cyklu v tomto případě nepoužili a místo toho bychom limit dali přímo jako horní mez for cyklu.

break a continue s návěštím

  • Umožní ještě jemnější řízení průchodu vnořenými cykly:

    • pomocí návěští můžeme naznačit, který cyklus má být příkazem break přerušen nebo

    • tělo kterého cyklu má být přeskočeno příkazem continue.

public class Label {
   public static void main(String[] args) {
      outer_loop:
      for (int i = 1; i <= 10; i++) {
         for (int j = 1; j <= 10; j++) {
            System.out.print((i*j)+" ");
            if (i*j == 25) break outer_loop;
         }
         System.out.println();
      }
      System.out.println("\nKonec cyklu");
   }
}

Repl.it demo k řídicím strukturám