5.Java的控制流

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一：方法的控制流

控制流

什么是控制流？

控制流是按照一定的顺序排列程序元素来决定程序执行的顺序，换一种话说，控制流说一种机制，它决定了程序下一步应该怎么执行，比如说洗衣程序：浸泡 -> 洗涤 -> 漂洗 -> 脱水；再比如说一个人从早晨起来到晚上睡觉这一天会经历工作，吃饭，运动等事情，将这些事情安排成一定的顺序执行，这些都是控制流。

Java方法调用栈和栈帧

什么是方法栈？

我们首先要明确什么是栈（Stack）这种数据结构？

栈是一种 LIFO(Last In First Out) 的数据结构，拥有后进先出的特性；向一个栈插入新元素又称作进栈、入栈或压栈，它是把新元素放到栈顶元素的上面，使之成为新的栈顶元素；从一个栈删除元素又称作出栈或退栈，它是把栈顶元素删除掉，使其相邻的元素成为新的栈顶元素。

栈按照后进先出的原则存储数据，后进入的数据被压入栈顶，最先进入的元素在栈底，需要读数据的时候从栈顶开始弹出数据（最后一个数据被第一个读出来）。

那什么是方法栈（Call Stack）呢？

我们要知道程序的本质就是方法的不断调用，即控制流。在调用任何子程序（方法）时，主程序（方法）都必须暂存子程序运行完毕后应该返回到的地址。因此，如果被调用的子程序还要调用其他的子程序，其自身的返回值就必须存入到某个数据结构上，这个数据结构就是方法调用栈。

我们举个例子：

我们在方法 C 的执行语句中打一个断点，调成 debug 模式运行。

我们看到调试器显示了如上图所示的调用关系，由底部向上看，方法依次成调用关系。这就是方法调用栈。

当 C 方法结束以后，C 方法的栈帧会从方法调用栈中弹出，然后到 B 方法，执行完 B 方法后，B 方法的栈帧会从方法栈中弹出。接着就是 A 方法，最后是 main 方法。当 main 方法返回后，该线程的方法栈已经为空，说明程序执行结束了。

上面提到的栈帧是什么东西呢？

栈帧（Stack Frame）：是编译器用来实现函数调用的一种数据结构，它是方法调用栈的一个子集。

• 栈帧是数用于支持 JVM 进行方法调用和方法执行的数据结构

• 栈帧随着方法调用而创建，随着方法结束而销毁

• 栈帧里面存储了方法的局部变量，操作数栈，动态连接，方法返回地址等信息

拿上面的图示进行说明：

方法栈上存储的这些小块信息就是栈帧，栈帧内有很多信息包括局部变量表，操作数栈等等，这些内容就不在基础部分进行展开了。

二：while 与 do-while 循环

while 循环

语法：

while(返回 boolean 的语句){
  ...
}

while 语句非常简单，在这里就不过多赘述了。

do while 循环

语法：

do {
  ...
}while(返回 boolean 的语句)

do while 语句和 while 语句有什么不同呢？while 语句会首先判断真假，再去执行代码块里的内容；do while 则是无论真假，都会先执行一次代码块中的内容，见程序示例：

while 语句

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        while (i < 0) {
            System.out.println("hello");
        }
    }
}

该程序什么都不会输出。

do while 语句

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        do {
            System.out.println("hello");
        } while (i < 0);
    }
}

该程序输出的结果为：

hello

三：for 与 foreach 循环

for 循环

for 循环语法：

for(初始化表达式;循环变量判定表达式;循环变量修正表达式) {
  执行代码...
}

初始化表达式与循环变量修正表达式可以不写，当忽略了这两者时，for 循环就变成了一个 while 循环

如示例程序：

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = 0;
        for(;i < 3;) {
            System.out.println(i);
            i++;
        }
    }
}

关于 for 循环的一道笔试题

该程序输出的结果为？

public class Test {
  static boolean foo(char c) {
    System.out.print(c);
    return true;
  }
  public static void main(String[] args) {
    int i = 0;
    for(foo('A');foo('B') && (i < 2);foo('C')) {
      i++;
      foo('D');
    }
  }
}

答案为：ABDCBDCB

为什么会出现这样的结果呢？

这道题考查的就是 for 循环中代码块的执行顺序问题

for(初始化表达式;循环变量判定表达式;循环变量修正表达式) {
  执行代码...
}

首先，在 for 循环中，会仅执行一次 初始化表达式

然后，执行顺序如下图所示：

所以，本题的结果为：ABDCBDCB

foreach 循环

foreach 语法：

for(E element : Iterable<E>){
  ...
}

foreach 的集合要求是可遍历的（Iterable），也就是说，任何实现了 Iterable 接口的对象都可以使用 foreach 遍历

JDK1.5 增加了 foreach 循环，在遍历数组，集合的时候 foreach 有着不错的性能。

foreach 是 for 语句的简化，但是 foreach 并不能替代 for 循环。可以这么说，任何 foreach都 能改写为 for 循环，但是反之则行不通。

foreach 不是 Java 中的关键字，foreach 的循环对象一般是一个集合，例如：List，Vector，数组等等。

程序示例：使用 foreach 遍历 List

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        list.add("a");
        list.add("b");
        list.add("c");
        for (String s : list) {
            System.out.println("s = " + s);
        }
    }
}

四：break 与 continue

break 与 continue 是可以改变循环流程的语句

• break ；立即结束包裹当前 break 的第一层循环

• continue；跳过包裹当前 continue 的第一层循环中的其余语句，继续下一次循环

• break label

break 与 continue 语句比较简单，这里就不再进行赘述了。

五：switch case语句

switch case 语句语法格式如下：

switch(expression) {
  case value1:
    ...;
    break;
  case value2:
    ...;
    break;
  case value3:
    ...;
    break;
  default:
    ...;
}

程序示例：

import java.util.Random;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int i = new Random().nextInt(5);
        switch (i) {
            case 0:{
                System.out.println(0);
                break;
            }
            case 1:{
                System.out.println(1);
                break;
            }
            case 2:{
                System.out.println(2);
                break;
            }
            case 3:{
                System.out.println(3);
                break;
            }
            default:{
                System.out.println("大于 3");
            }
        }
    }
}

关于 switch

• 可以 switch 哪些东西？

  • int/byte/short/long/char

  • enum 枚举

  • String （JDK7 +）

• swtich 的作用域

  • 建议每一个 case 后面都加上花括号，避免作用域冲突

• switch 的穿透

  • switch 语句具有穿透特性，解决方法是：添加 break 语句阻止穿透

  • swtich 穿透特性有利有弊