Содержание

• Содержание
• Операторы циклов
  • for-to и for-downto
    • Инкрементный цикл с параметром
    • Декрементный цикл с параметром
  • while и repeat-until
  • Break и Continue
    • Оператор безусловного перехода goto
  • Пример использования циклов
  • Вывод массива, удобный для пользователя
• Примечания

Операторы циклов

Для того, чтобы обработать несколько однотипных элементов, совершить несколько одинаковых действий и т. п., разумно воспользоваться оператором цикла — любым из четырёх, который наилучшим образом подходит к поставленной задаче.

Оператор цикла повторяет некоторую последовательность операторов заданное число раз, которое может быть определено и динамически — уже во время работы программы.

Замечание: Алгоритмы, построенные только с использованием циклов, называются итеративными¹ — от слова итерация, которое обозначает повторяемую последовательность действий.

for-to и for-downto

В случае, когда количество однотипных действий заранее известно (например, необходимо обработать все компоненты массива), стоит отдать предпочтение циклу с параметром (for).

Инкрементный цикл с параметром

Общий вид оператора for-to:

for i := first to last do <оператор>;

Счётчик i (переменная), нижняя граница first (переменная, константа или выражение) и верхняя граница last (переменная, константа или выражение) должны относиться к эквивалентным порядковым типам данных. Если тип нижней или верхней границы не эквивалентен типу счётчика, а лишь совместим с ним, то осуществляется неявное приведение: значение границы преобразуется к типу счётчика, в результате чего возможны ошибки.

Цикл for-to работает следующим образом:

1. вычисляется значение верхней границы last;
2. переменной i присваивается значение нижней границы first;
3. производится проверка того, что i <= last;
4. если это так, то выполняется <оператор>;
5. значение переменной i увеличивается на единицу;
6. пункты 3–5, составляющие одну итерацию цикла, выполняются до тех пор, пока i не станет строго больше, чем last; как только это произошло, выполнение цикла прекращается, а управление передаётся следующему за ним оператору.

Из этой последовательности действий можно понять, какое количество раз отработает цикл for-to в каждом из трёх случаев:

• first < last: цикл будет работать last - first + 1 раз;
• first = last: цикл отработает ровно один раз;
• first > last: цикл вообще не будет работать.

После окончания работы цикла переменная–счётчик может потерять своё значение². Таким образом, нельзя с уверенностью утверждать, что после того, как цикл завершил работу, обязательно окажется, что i = last + 1. Поэтому попытки использовать переменную-счётчик сразу после завершения цикла (без присваивания ей какого–либо нового значения) могут привести к непредсказуемому поведению программы при отладке.

Декрементный цикл с параметром

Существует аналогичный вариант цикла for, который позволяет производить обработку не от меньшего к большему, а в противоположном направлении:

for i := first downto last do <оператор>;

Счётчик i (переменная), верхняя граница first (переменная, константа или выражение) и нижняя граница last (переменная, константа или выражение) должны иметь эквивалентные порядковые типы. Если тип нижней или верхней границы не эквивалентен типу счетчика, а лишь совместим с ним, то осуществляется неявное приведение типов.

Цикл for-downto работает следующим образом:

1. переменной i присваивается значение first;
2. производится проверка того, что i >= last;
3. если это так, то выполняется <оператор>;
4. значение переменной i уменьшается на единицу;
5. пункты 2-4 выполняются до тех пор, пока i не станет меньше, чем last; как только это произошло, выполнение цикла прекращается, а управление передаётся следующему за ним оператору.

Если при этом

• first < last, то цикл вообще не будет работать;
• first = last, то цикл отработает один раз;
• first > last, то цикл будет работать first - last + 1 раз.

Замечание о неопределённости значения счётчика после окончания работы цикла справедливо и в этом случае.

while и repeat-until

Если заранее неизвестно, сколько раз необходимо выполнить тело цикла, то удобнее всего пользоваться циклом с предусловием (while) или циклом с постусловием (repeat-until).

Общий вид этих операторов таков:

while <условие_1> do <оператор>;
repeat <операторы> until <условие_2>;

Условие окончания цикла может быть выражено переменной, константой или выражением, имеющим логический тип.

Замечание: Обратите внимание, что на каждой итерации циклы for и while выполняют только по одному оператору (либо группу операторов, заключённую в операторные скобки begin-end и потому воспринимаемую как единый составной оператор). В отличие от них, цикл repeat-until позволяет выполнить сразу несколько операторов: ключевые слова repeat и until сами служат операторными скобками.

Так же, как циклы for-to и for-downto, циклы while и repeat-until можно назвать в некотором смысле противоположными друг другу.

Последовательности действий при выполнении этих циклов таковы:

Таким образом, если <условие_1> изначально ложно, то цикл while не выполнится ни разу. Если же <условие_2> изначально истинно, то цикл repeat-until выполнится один раз.

Break и Continue

Существует возможность³ прервать выполнение цикла (или одной его итерации), не дождавшись конца его (или её) работы.

Break прерывает работу всего цикла и передаёт управление на следующий за ним оператор.

Continue прерывает работу текущей итерации цикла и передаёт управление следующей итерации (цикл repeat-until) или на предшествующую ей проверку (циклы for-to, for-downto, while).

Замечание: При прерывании работы циклов for-to и for-downto с помощью функции Break переменная цикла (счётчик) сохраняет своё текущее значение, не «портится».

Оператор безусловного перехода goto

Возвращаясь к сказанному об операторе goto⁴, необходимо отметить, что при всей его нежелательности всё–таки существует ситуация, когда предпочтительно использовать именно этот оператор — как с точки зрения структурированности текста программы, так и с точки зрения логики её построения, и уж тем более с точки зрения уменьшения трудозатрат программиста. Эта ситуация — необходимость передачи управления изнутри нескольких вложенных циклов на самый верхний уровень.

Дело в том, что процедуры Break и Continue прерывают только один цикл — тот, в теле которого они содержатся. Поэтому в упомянутой выше ситуации пришлось бы заметно усложнить текст программы, вводя много дополнительных прерываний. А один оператор goto способен заменить их все.

Сравните, например, два программно–эквивалентных отрывка:

Пример использования циклов

Задача. Вычислить интеграл в заданных границах a и b для некоторой гладкой функции f от одной переменной (с заданной точностью).

Алгоритм. Метод последовательных приближений, которым мы воспользуемся для решения этой задачи, состоит в многократном вычислении интеграла со всё возрастающей точностью, — до тех пор, пока два последовательных результата не станут различаться менее, чем на заданное число (скажем, eps = 0,001). Количество приближений нам заранее неизвестно (оно зависит от задаваемой точности), поэтому здесь годится только цикл с условием (любой из них).

Вычислять одно текущее значение для интеграла мы будем с помощью метода прямоугольников: разобьём отрезок [a, b] на несколько мелких частей, каждую из них дополним (или урежем — в зависимости от наклона графика функции на данном участке) до прямоугольника, а затем просуммируем получившиеся площади. Количество шагов нам известно, поэтому здесь удобнее всего воспользоваться циклом с параметром.

На нашем рисунке изображена функция f(x) = x² (на отрезке [1, 2]). Каждая из криволинейных трапеций будет урезана (сверху) до прямоугольника: высотой каждого из них послужит значение функции на левом конце участка. График станет «ступенчатым».

Реализация

Вывод массива, удобный для пользователя

Задача. Распечатать двумерный массив размерности MxN удобным для пользователя способом. (Известно, что массив содержит только целые числа из промежутка [0 .. 100].)

Алгоритм. Понятно, что если весь массив мы вытянем в одну строчку (или, того хуже, в один столбик), то хороших слов в свой адрес мы от пользователя не дождёмся. Именно поэтому нам нужно вывести массив построчно, отражая его структуру.

Реализация

Примечания

1. ^ В противовес алгоритмам рекурсивным — см. лекцию 9
2. ^ Исключение из этого правила см. п. «Break и continue»
3. ^ В поздних версиях языка.
4. ^ См. лекцию 1.