Java编程：循环、类与方法的深入解析

# Java编程：循环、类与方法的深入解析 ## 1. Java循环控制语句 ### 1.1 break与标签 在Java中，当使用带标签的`break`语句时，标签所在的循环必须包含该`break`语句，否则无法将控制转移到该块。例如，对于如下代码： ```java // 示例代码 one: for (int i = 0; i < 10; i++) { for (int j = 0; j < 10; j++) { if (j == 5) { // 此处若要使用break one; 必须保证one标签的循环包含此break语句 break; } } } ``` 有一个常见问题是：使用带标签的`break`语句，可能会跨越很多行代码和嵌套层次，这是否也会破坏代码结构？答案是肯定的，但在需要剧烈改变程序流程的情况下，带标签的`break`语句仍保留了一些结构，而`goto`语句则完全没有结构。 ### 1.2 continue语句 `continue`语句可以强制循环提前进入下一次迭代，跳过循环中`continue`语句与控制循环的条件表达式之间的代码。它与`break`语句本质上是互补的。例如，以下程序使用`continue`语句打印0到100之间的偶数： ```java for (int i = 0; i <= 100; i++) { if (i % 2 != 0) { continue; } System.out.println(i); } ``` 在`while`和`do - while`循环中，`continue`语句会使控制直接转到条件表达式，然后继续循环过程。在`for`循环中，会先计算循环的迭代表达式，再执行条件表达式，然后继续循环。`continue`语句也可以指定标签，以描述要继续的外层循环。例如： ```java outer: for (int i = 0; i < 5; i++) { for (int j = 0; j < 5; j++) { if (j == 2) { continue outer; } System.out.println("i: " + i + ", j: " + j); } } ``` 该程序的输出结果显示，当`continue`语句执行时，控制会转移到外层循环，跳过内层循环的剩余部分。不过，`continue`语句的良好使用场景并不常见，因为Java提供了丰富的循环语句，能满足大多数应用需求。但在需要提前迭代的特殊情况下，`continue`语句提供了一种结构化的实现方式。 ### 1.3 完成Java帮助系统（Try This 3 - 3） 此项目是对上一个项目创建的Java帮助系统进行完善，主要步骤如下： 1. 将`Help2.java`复制到一个名为`Help3.java`的新文件中。 2. 用一个无限`for`循环包围所有程序代码，当用户输入字母`q`时，使用`break`语句跳出该循环，从而使程序终止。示例代码如下： ```java for (;;) { char choice = getChoice(); // 假设getChoice是获取用户输入的方法 if (choice == 'q') { break; } // 其他代码 } ``` 3. 修改菜单循环，使其包含`break`和`continue`语句，并接受字母`q`作为有效选择。 4. 扩展`switch`语句，使其包含`break`和`continue`语句。 ### 1.4 嵌套循环 嵌套循环是指一个循环嵌套在另一个循环内部，它可用于解决各种编程问题，是编程的重要组成部分。例如，以下程序使用嵌套`for`循环找出2到100之间每个数的因数： ```java for (int i = 2; i <= 100; i++) { System.out.print("Factors of " + i + ": "); for (int j = 2; j < i; j++) { if (i % j == 0) { System.out.print(j + " "); } } System.out.println(); } ``` 该程序中，外层循环遍历2到100的数，内层循环依次测试从2到当前外层循环变量`i`的所有数，打印出能整除`i`的数。实际上，该程序可以进一步优化，例如减少内层循环的迭代次数。 ### 1.5 自我测试 以下是一些相关的自我测试题目： 1. 编写一个程序，从键盘读取字符，直到接收到句点为止，同时统计空格的数量，并在程序结束时报告总数。 2. 展示`if - else - if`阶梯结构的一般形式。 3. 给定一段代码，判断最后一个`else`语句与哪个`if`语句关联。 4. 写出一个从1000递减到0，步长为 -2 的`for`循环语句。 5. 判断给定代码片段是否有效。 6. 解释`break`语句的作用，确保解释其两种形式。 7. 分析给定代码片段中，`break`语句执行后会显示什么内容。 8. 分析给定代码片段的输出结果。 9. 编写一个程序，使用`for`循环生成并显示数列1, 2, 4, 8, 16, 32, … 。 10. 编写一个程序，从键盘读取字符，将所有小写字母转换为大写字母，所有大写字母转换为小写字母，并显示结果，不改变其他字符。当用户输入句点时，程序停止，并显示发生大小写转换的次数。 11. 解释什么是无限循环。 12. 使用带标签的`break`语句时，标签是否必须位于包含`break`语句的块上？ ### 1.6 相关流程总结 以下是`continue`语句在不同循环中的执行流程： | 循环类型 | 执行流程 | | ---- | ---- | | while和do - while循环 | 执行`continue`语句 -> 直接转到条件表达式 -> 继续循环 | | for循环 | 执行`continue`语句 -> 计算迭代表达式 -> 执行条件表达式 -> 继续循环 | ### 1.7 流程图 ```mermaid graph TD; A[开始] --> B{是否满足continue条件}; B -- 是 --> C[执行continue]; C --> D{循环类型}; D -- while/do - while --> E[转到条件表达式]; E --> F[继续循环]; D -- for --> G[计算迭代表达式]; G --> H[执行条件表达式]; H --> F; B -- 否 --> I[执行循环体剩余代码]; I --> F; F --> J{是否满足循环结束条件}; J -- 是 --> K[结束循环]; J -- 否 --> B; ``` ## 2. 类、对象和方法的引入 ### 2.1 类的基础知识 在Java中，类是整个语言的基础，它定义了对象的本质，是面向对象编程的基石。类是一个模板，规定了对象的形式，包括数据和操作这些数据的代码，代码包含在方法中。对象是类的实例，类是逻辑抽象，只有创建了类的对象，类才在内存中有物理表示。类的成员包括方法和变量，数据成员也称为实例变量。 ### 2.2 类的一般形式 定义类时，需要声明其实例变量和操作这些变量的方法。使用`class`关键字创建类，其简化的一般形式如下： ```java class classname { // 声明实例变量 type var1; type var2; // ... type varN; // 声明方法 type method1(parameters) { // 方法体 } type method2(parameters) { // 方法体 } // ... type methodN(parameters) { // 方法体 } } ``` 一个设计良好的类应该只定义一个逻辑实体，将无关信息放在同一个类中会破坏代码结构。到目前为止，我们使用的类大多只有一个`main()`方法，但类的一般形式并不一