что такое вложенные циклы
Изучение условной логики с операторами ветви и цикла
В этом руководстве объясняется, как написать код, который позволяет проверить переменные и изменить путь выполнения на основе этих переменных. Вы напишете код C# и сможете просмотреть результаты его компиляции и выполнения. Это руководство содержит ряд уроков, в которых рассматриваются конструкции ветвления и циклов в C#. В рамках этих занятий вы ознакомитесь с основами языка C#.
Предварительные требования
Принятие решений с помощью оператора if
Создайте каталог с именем branches-tutorial. Сделайте его текущим, выполнив следующую команду:
Эти неявные директивы global using включают наиболее распространенные пространства имен для соответствующего типа проектов.
Введите dotnet run еще раз. Так как ответ меньше 10, никакие данные не выводятся. Проверяемое условие имеет значение false. У вас еще нет кода для выполнения, так как вы написали только одну из возможных ветвей для оператора if — ветвь true.
Вероятнее всего, при изучении C# (как и любого другого языка программирования) вы будете допускать ошибки в коде. Компилятор найдет ошибки и сообщит о них. Внимательно просмотрите выходные данные ошибки и код, вызвавший ошибку. Как правило, сведения о причине ошибки можно найти в сообщении об ошибке компилятора.
Объединение операторов if и else
Отступы под операторами if и else предназначены только для удобства чтения. В языке C# необязательно ставить отступы или пробелы. Операторы после ключевого слова if или else будут выполняться на основе условия. Во всех строках в примерах кода, представленных в этом руководстве, отступы традиционно соответствуют потоку управления операторов.
Все примеры кода в следующих разделах руководства содержат фигурные скобки в соответствии с принятой практикой.
Можно проверить более сложные условия. Добавьте следующий код после написанного кода:
// запускает комментарий в C#. Комментарии — это любой текст, который должен быть сохранен в исходном коде, но не должен выполняться как код. Компилятор не создает исполняемый код из комментариев.
Использование циклов для повторения операций
В этом разделе циклы используются для повторения операторов. Добавьте следующий код после вызова ExploreIf :
Напишите такой код, при выполнении которого значение условия цикла while изменится на false. В противном случае будет создан бесконечный цикл, в котором выполнение программы никогда не закончится. Это не показано в примере, так как нужно принудительно закрыть программу, нажав клавиши CTRL+C, или другим способом.
Работа с циклом for
Цикл for широко используется в C#. Выполните этот код:
Средняя часть — для условия: index объявляет, что этот цикл for продолжает выполняться, пока значение счетчика меньше 10.
Поэкспериментируйте. Попробуйте использовать следующие варианты.
По окончании попробуйте самостоятельно написать код, чтобы применить полученные знания.
Создание вложенных циклов
Один цикл for может создавать строки:
Другой цикл может создавать столбцы:
Можно вложить один цикл внутрь другого для формирования пар:
Объединение ветвей и циклов
Теперь, когда вы ознакомились с оператором if и конструкциями цикла на языке C#, попытайтесь написать код C# для поиска суммы всех целых чисел от 1 до 20, которые делятся на 3. Вот несколько подсказок:
Попробуйте самостоятельно. Затем проверьте результат. Вы должны получить ответ «63». Один из возможных ответов можно увидеть в полном примере кода в GitHub.
Вы ознакомились с руководством по ветвям и циклам.
Теперь вы можете перейти к ознакомлению с руководством Массивы и коллекции в своей среде разработки.
Дополнительные сведения об этих понятиях см. в следующих статьях:
Вложенные циклы
Если телом цикла является циклическая структура, то такие циклы называют вложенными или сложными. Цикл, содержащий в себе другой цикл, называют внешним. Цикл, содержащийся в теле другого цикла, называют внутренним.
Внутренний и внешний циклы могут быть любыми из трех рассмотренных видов: циклами с параметром, циклами с предусловием, циклами с постусловием. При построении вложенных циклов необходимо соблюдать следующее дополнительное условие: все операторы внутреннего цикла должны полностью лежать в теле внешнего цикла, циклы ни в коем случае не могут пересекаться.
Сложные циклы условно разбивают на уровни вложенности. Ниже представлена структура вложенных циклов с параметром, для которой: внешний цикл 1 имеет уровень 0, внутренний цикл 2 – уровень 1, внутренний цикл 3 – уровень 2.
 |
Рисунок 3 – Схема алгоритма с вложенными циклами
На рис. 3 изображен цикл с параметром. Но все изложенное относится и к тем случаям, когда для организации циклов используются другие виды циклических структур: цикл с предусловием или цикл с постусловием.
Рассмотрим конкретную задачу, требующую для своего решения организации вложенных циклов. Такой задачей является задача табулирования функции нескольких переменных.
Рисунок 4 – Схема алгоритма к примеру 3
Алгоритм решения поставленной задачи, выполненный с применением цикла с параметром, представлен на рис. 4. Программа, соответствующая этому алгоритму, представлена в листинге 3.
Персональная страничка
Диканева Тараса
Викторовича
5.1. Вложенные циклы: теория
Циклы позволяют повторять выполнение любого набора операторов. В частности можно повторять много раз выполнение другого цикла. Такие циклы называются вложенными.
Пример 1. Напечатать числа в виде следующей таблицы
Данная таблица состоит из четырех строчек, в каждой из которых число 3 напечатано 5 раз. Строчку из пяти чисел можно напечатать с помощью одного цикла for:
Чтобы повторить вывод строчки 4 раза, вставляем этот цикл внутрь другого:
Типичная ошибка, когда в качестве счетчиков вложенных циклов (i и k в приведенном примере) используется одна и та же переменная. То есть нельзя в каждом из циклов использовать одну переменную i. Помнить об этом особенно важно, поскольку данная ошибка не обнаруживается на этапе компиляции. Ваша программа запустится, но делать будет вовсе не то, что вы от нее ждете. В приведенном примере (если допустить ошибку, заменив переменную k на i) внешний цикл выполнится всего 1 раз вместо 4-х. Возможна также ситуация, когда такая ошибка приведет к зацикливанию: внешний цикл будет выполняться бесконечно долго – программа зависнет.
Рассмотрим еще один пример.
Пример 2. Напечатайте числа в виде следующей таблицы:
Снова используем внешний цикл для вывода строк, а внутренний для отдельных чисел в одной строке. Используем также отдельную переменную-счетчик n, в которой будет храниться выводимое число.
Дополнительная переменная-счетчик (n) здесь введена для большей прозрачности алгоритма. Заметив, что всегда выполняется n = (i-1)*4+k, можно обойтись без нее.
Разумеется, ту же задачу можно решить без вложенных циклов (вообще говоря, обойтись без них можно всегда). Например, заметив, что числа, стоящие в конце каждой строки делятся на 4, делаем так:
Однако решения, основанные на вложенных циклах, как правило, интуитивно понятнее, их проще придумывать. Это связано с такой фундаментальной идеей программирования как разделение задачи на подзадачи. Выделяется отдельная часть решения задачи (вывод одной строки в приведенных примерах), затем с помощью внешнего цикла она выполняется много раз.
Типичные ошибки при написании вложенных циклов:
1. Наиболее частая ошибка – использование одной и той же переменной-счетчика для внешнего и внутреннего циклов. Выше она уже упоминалась.
2. При решении некоторых задач необходимо, чтобы одна переменная-счетчик на каждом шаге увеличивалась, а другая при этом уменьшалась. Следуя непостижимыми (для человека наделенного формально-логическим складом ума) путями интуитивного мышления многие студенты для решения этой задачи приходят к конструкции вида:
Если вы хоть что-то поняли про вложенные циклы, то вам должно быть очевидно, что к решению поставленной задачи эта конструкция не имеет никакого отношения.
Напомним, что в качестве пределов изменения переменной-счетчика цикла можно использовать произвольное выражение, дающее результат целого типа:
В частности, если речь идет о вложенных циклах, то пределы изменения переменной во внутреннем цикле могут зависеть от значения переменной внешнего цикла. Например:
Пример 3: Напечатайте числа в виде следующей таблицы:
Поскольку внутри цикла может находиться все, что угодно, то ничто не мешает разместить там два цикла. Например, так:
В заключение небольшое замечание, касающееся правильного стиля написания программы, содержащей множество циклов (в частности вложенных). Следует избегать одновременного использования в качестве счетчиков пар переменных с именами i и j, а также p и q. На вид они очень похожи, что часто приводит к трудно обнаруживаемым ошибкам.
§ 8.10. Вложенные циклы
Содержание
Синтаксис вложенных циклов
Когда на каждый шаг цикла необходимо выполнять некоторый набор инструкций другого цикла, применяется структура вложенных циклов. По отношению друг к другу эти циклы называются внешним и вложенным. Если условия циклов зависят от значения счетчиков, то создаются два счетчика: один для внешнего цикла, а другой для вложенного. При этом, значение счетчика вложенного цикла должно обнуляться (или получать значение по умолчанию) на каждом шаге внешнего цикла. Рассмотрим простой пример.
Задача 1. Вывести таблицу Пифагора (таблицу умножения в форме матрицы).
Блок-схема 
Матричный вывод используется довольно часто, особенно для массивов. Матрица представляет собой прямоугольную таблицу. Данные в ней распределяются по строкам и столбцам. Строки матрицы перебирает внешний цикл, а элементы столбцов – вложенный. После завершения работы вложенного цикла, когда вывод значений элементов строки во вложенном цикле завершен, осуществляется переход на новую строку. В python для этого используется функция print() без аргументов.
Приведем пример вложенных циклов в программе с черепахой.
Задача 2. Составить программу рисования по окружности 12 шестиугольников так, чтобы одна из вершин шестиугольника была обращена к центру окружности, а две другие, смежные с ней, касались шестиугольников по соседству. Заливку шестиугольников выполнить случайными цветами. Сторону шестиугольника d ввести с клавиатуры.
Многократная вложенность
В принципе, количество вложенных друг в друга циклов может быть неограниченно большим. Но на практике, количество вложенных циклов редко превосходит 4. Также, как и в случае с условной инструкцией, глубокую вложенность цикловых инструкций следует избегать, так как это увеличивает сложность алгоритма и значительно усложняет его читаемость.
Рассмотрим наглядно многократную вложенность на примере программы в которой черепаха мостит плитку по всей площади холста.
Задача 3. Составить программу мощения черепахой квадратной плитки по всей площади холста. Цвет плитки определить случайным образом. Длину стороны плитки d ввести с клавиатуры.
Возможный вывод
d = 50 
Основную часть программы (мощения одного ряда) с небольшими изменениями мы взяли из предыдущей программы. Третий (внешний) цикл нам нужен для того, чтобы подготовить (сместить на нужную позицию) черепаху для рисования следующего ряда ниже. Количество плиток по горизонтали и вертикали определяется делением ширины (или высоты) окна на длину стороны квадрата ( d ). Аналогично осуществляется мощение другими геометрическими фигурами. Обратите внимание, что вложенный цикл фактически выполняет одни и те же инструкции. Такой код рекомендуется выносить из основной программы в функцию. С этим понятием мы познакомимся позднее.
Вывод по образцу
Следует сказать, что условие вложенного цикла может зависеть от изменения переменных во внешнем цикле, например счетчика. Это может сделать программу более эффективной по количеству выполняемых шагов цикла и, возможно, избавиться от использования условной инструкции в теле цикла. Рассмотрим пример задачи, в которой реализуется такой подход.
Задача 4. Вывести на экран треугольник с помощью символа ‘*’ по образцу:
Символьная длина нижней стороны вводится с клавиатуры.
Вывод при n = 10 см. выше.
Обратите внимание, что на каждом шаге внешнего цикла значение переменной i увеличивается, а значит будет увеличиваться количество шагов вложенного цикла, поскольку изменение переменной j поставлено в зависимость от изменения переменной i (стр. 6).
Аналогично выводятся образцы с числами.
Задача 5. Вывести на экран числовой треугольник по образцу:
Поскольку аргумент width не может иметь нулевое значение, первую строку мы должны будем пропустить.
Наконец, существует и третий вариант, когда во вложенном цикле вывод того или иного символа можно производить по результатам работы условной инструкции. Приведем пример программы с условной инструкцией в теле вложенного цикла.
Задача 6. Вывести на экран матрицу по образцу:
Вывод при n = 9 см. выше.
Вложенные циклы и целые числа
Вложенные циклы в C++
Мы с вами успели познакомиться с тремя конструкциями повторения в языке программирования C++. Это циклы for, while и do while. Если вы обратили внимание, вложение конструкций логического выбора if и else в циклы уже применялось. Сейчас же мы рассмотрим вложенные циклы – это когда в теле одного цикла (внешнего) размещается другой цикл (внутренний). Таких вложенных циклов во внешнем цикле может быть несколько.
По своей структуре, вложенные циклы напоминают мне коробки разных размеров, как на нашем рисунке. Эти коробки легко можно сложить друг в друга и поместить в одну большую коробку. Так и с циклами. Программе, чтобы добраться к вложенному циклу, необходимо сначала приступить к выполнению внешнего цикла (открыть крышку большой коробки), выполнить, то что прописано в коде до вложенного цикла и потом уже приступить к выполнению этого цикла.
Сначала начинает выполняться цикл for в строке 6. Так как в его теле ничего не прописано до второго цикла, программа сразу приступает к выполнению этого вложенного цикла – строки 8 – 11. В результате его выполнения, на экране в одной строке отображаются 15 символов @ и происходит выход из него. Тут сработает cout в строке 12, управляющая переменная i увеличится на единицу и продолжится выполнение главного и вложенного циклов. То есть снова 15 символов на экране и переход на строку ниже. Так будет сделано 5 раз, после чего программа завершит работу. На экране видим то, что было в условии:
Можно эту задачу немного усложнить. Теперь пусть символ для печати фигуры выбирает пользователь, посредством ввода с клавиатуры. Он же выберет размер – ширину и высоту. Еще одно новшество – фигура должна быть пустой, а не заполненной, как в нашем предыдущем примере. То есть она должна состоять только из контура. Вот наше решение: