Java控制流语句详解
一、Java控制流语句概述
在Java编程中，控制流语句决定了程序执行的顺序。它们允许我们根据特定条件做出决策，或者重复执行一段代码。通过控制流语句，我们能够创建复杂的、逻辑丰富的程序。Java主要有三种类型的控制流语句：条件语句、循环语句和跳转语句。每种类型都有其独特的用途和语法，下面我们将详细介绍。
二、条件语句
2.1 if - else语句
if - else语句是Java中最基本的条件语句。它允许程序根据条件的真假来执行不同的代码块。语法如下：
if (condition) {
// 如果条件为真执行这里的代码
} else {
// 如果条件为假执行这里的代码
}
其中，condition是一个布尔表达式，其结果要么为true，要么为false。例如：
int num = 10;
if (num > 5) {
System.out.println("数字大于5");
} else {
System.out.println("数字小于等于5");
}
在这个例子中，num > 5是条件表达式。由于num的值为10，条件为真，所以输出为“数字大于5”。
if - else语句还可以嵌套使用，以处理更复杂的条件判断：
int score = 85;
if (score >= 90) {
System.out.println("成绩为A");
} else {
if (score >= 80) {
System.out.println("成绩为B");
} else {
if (score >= 70) {
System.out.println("成绩为C");
} else {
System.out.println("成绩为D");
}
}
}
在这个嵌套的if - else语句中，首先判断score是否大于等于90，如果不满足则进入外层else，然后在内层if - else中继续判断，以此类推。
为了使代码更加简洁，对于这种多层嵌套的if - else，Java提供了else if结构：
int score = 85;
if (score >= 90) {
System.out.println("成绩为A");
} else if (score >= 80) {
System.out.println("成绩为B");
} else if (score >= 70) {
System.out.println("成绩为C");
} else {
System.out.println("成绩为D");
}
这种写法与嵌套的if - else实现的功能相同，但代码结构更加清晰。
2.2 switch - case语句
switch - case语句用于基于一个表达式的值来选择执行多个分支中的一个。语法如下：
switch (expression) {
case value1:
// 当expression的值等于value1时执行这里的代码
break;
case value2:
// 当expression的值等于value2时执行这里的代码
break;
...
default:
// 当expression的值与任何case的值都不匹配时执行这里的代码
}
expression必须是一个可以求值为byte、short、char、int、String（从Java 7开始支持）或者枚举类型的值。case后面的值必须是与expression类型兼容的常量表达式。例如：
int day = 3;
switch (day) {
case 1:
System.out.println("星期一");
break;
case 2:
System.out.println("星期二");
break;
case 3:
System.out.println("星期三");
break;
case 4:
System.out.println("星期四");
break;
case 5:
System.out.println("星期五");
break;
case 6:
System.out.println("星期六");
break;
case 7:
System.out.println("星期日");
break;
default:
System.out.println("无效的日期");
}
在这个例子中，day的值为3，所以会执行case 3后面的代码，输出“星期三”。
break关键字用于在执行完一个case分支后跳出switch语句。如果没有break，程序会继续执行下一个case分支的代码，直到遇到break或者switch语句结束。例如：
int num = 2;
switch (num) {
case 1:
System.out.println("一");
case 2:
System.out.println("二");
case 3:
System.out.println("三");
}
在这个例子中，num的值为2，由于没有break，程序会从case 2开始，依次执行case 2、case 3的代码，输出为：
二
三
这通常不是我们想要的结果，所以在使用switch - case时，要注意合理使用break。
三、循环语句
3.1 for循环
for循环是Java中最常用的循环语句之一，用于在已知循环次数的情况下重复执行一段代码。语法如下：
for (initialization; condition; update) {
// 循环体，重复执行的代码
}
initialization部分用于初始化循环变量，通常只执行一次。condition是一个布尔表达式，在每次循环开始前检查。如果条件为真，则执行循环体；如果为假，则结束循环。update部分在每次循环结束后执行，用于更新循环变量。例如：
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println("当前i的值为：" + i);
}
在这个例子中，int i = 0是初始化部分，i < 5是条件部分，i++是更新部分。循环从i = 0开始，每次循环检查i < 5，如果条件满足则输出i的值，然后i自增1。当i的值变为5时，条件不满足，循环结束。
for循环的三个部分都可以省略，但分号不能省略。例如：
int i = 0;
for (; i < 5;) {
System.out.println("当前i的值为：" + i);
i++;
}
这种写法与前面的例子功能相同，只是将初始化和更新部分移到了循环外部。
3.2 while循环
while循环用于在条件为真时重复执行一段代码。语法如下：
while (condition) {
// 循环体，重复执行的代码
}
condition是一个布尔表达式，在每次循环开始前检查。如果条件为真，则执行循环体；如果为假，则结束循环。例如：
int num = 0;
while (num < 5) {
System.out.println("当前num的值为：" + num);
num++;
}
在这个例子中，num < 5是条件表达式。开始时num的值为0，条件为真，所以执行循环体，输出num的值并自增1。每次循环结束后，再次检查条件，直到num的值变为5，条件为假，循环结束。
3.3 do - while循环
do - while循环与while循环类似，但它会先执行一次循环体，然后再检查条件。语法如下：
do {
// 循环体，重复执行的代码
} while (condition);
例如：
int num = 0;
do {
System.out.println("当前num的值为：" + num);
num++;
} while (num < 5);
在这个例子中，无论条件num < 5是否为真，循环体都会先执行一次。然后每次循环结束后检查条件，直到num的值变为5，条件为假，循环结束。
3.4 嵌套循环
在Java中，循环语句可以嵌套使用，即一个循环内部可以包含另一个循环。例如，下面是一个用嵌套for循环打印九九乘法表的例子：
for (int i = 1; i <= 9; i++) {
for (int j = 1; j <= i; j++) {
System.out.print(j + "×" + i + "=" + (i * j) + "\t");
}
System.out.println();
}
在这个例子中，外层for循环控制行数，内层for循环控制每行的列数。外层循环每执行一次，内层循环会完整地执行一轮，从而打印出乘法表的一行。
四、跳转语句
4.1 break语句
break语句有两种主要用途：一是在switch - case语句中，用于跳出switch块；二是在循环语句中，用于立即终止循环。例如：
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i == 5) {
break;
}
System.out.println("当前i的值为：" + i);
}
在这个例子中，当i的值为5时，执行break语句，循环立即终止，所以输出结果为：
当前i的值为：0
当前i的值为：1
当前i的值为：2
当前i的值为：3
当前i的值为：4
4.2 continue语句
continue语句用于跳过当前循环的剩余部分，直接开始下一次循环。例如：
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i == 5) {
continue;
}
System.out.println("当前i的值为：" + i);
}
在这个例子中，当i的值为5时，执行continue语句，跳过本次循环中System.out.println这一行代码，直接开始下一次循环。所以输出结果为：
当前i的值为：0
当前i的值为：1
当前i的值为：2
当前i的值为：3
当前i的值为：4
当前i的值为：6
当前i的值为：7
当前i的值为：8
当前i的值为：9
4.3 return语句
return语句用于从一个方法中返回。它有两种形式：一种是不带返回值的return，用于返回void类型的方法；另一种是带返回值的return，用于返回非void类型的方法。例如：
public class ReturnExample {
public static int add(int a, int b) {
return a + b;
}
public static void printMessage() {
System.out.println("这是一个无返回值的方法");
return;
}
}
在add方法中，return a + b返回两个整数相加的结果。在printMessage方法中，return语句用于结束方法的执行，虽然它没有返回值。
五、控制流语句的综合应用
在实际编程中，我们常常需要综合使用各种控制流语句来实现复杂的功能。例如，下面是一个猜数字游戏的简单实现：
import java.util.Random;
import java.util.Scanner;
public class GuessNumberGame {
public static void main(String[] args) {
Random random = new Random();
int numberToGuess = random.nextInt(100) + 1;
Scanner scanner = new Scanner(System.in);
int guess;
int attempts = 0;
while (true) {
System.out.print("请输入你猜的数字（1 - 100）：");
guess = scanner.nextInt();
attempts++;
if (guess < numberToGuess) {
System.out.println("猜小了，请再试一次。");
} else if (guess > numberToGuess) {
System.out.println("猜大了，请再试一次。");
} else {
System.out.println("恭喜你，猜对了！你一共猜了" + attempts + "次。");
break;
}
}
scanner.close();
}
}
在这个游戏中，使用while (true)创建了一个无限循环，用户在循环内不断输入猜测的数字。通过if - else语句判断猜测的数字与随机生成的数字的大小关系，并给出相应提示。当用户猜对时，使用break语句跳出循环。
六、控制流语句的性能优化
在使用控制流语句时，也需要考虑性能问题。例如，在循环语句中，如果循环体执行的操作比较复杂，并且循环次数较多，可能会影响程序的性能。以下是一些性能优化的建议：
- 减少循环体内的计算：将循环体内可以提前计算的部分移到循环外部。例如：
// 优化前
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
double result = Math.sqrt(i * i + 10);
System.out.println(result);
}
// 优化后
double constant = Math.sqrt(10);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
double result = Math.sqrt(i * i) + constant;
System.out.println(result);
}
在这个例子中，Math.sqrt(10)在每次循环中都是固定的值，将其移到循环外部可以减少不必要的计算。
2. 避免不必要的嵌套循环：嵌套循环的时间复杂度通常较高，如果可以通过其他方式实现相同功能，应尽量避免使用嵌套循环。例如，对于一些数组操作，可以使用单循环结合数组索引的计算来代替嵌套循环。
3. 合理使用条件语句：在if - else语句中，如果某些条件出现的概率较高，应将其放在前面，这样可以减少不必要的条件判断。例如：
// 假设大部分情况下num大于100
int num = 150;
if (num > 100) {
// 执行操作1
} else {
// 执行操作2
}
这样可以提高程序的执行效率。
通过合理使用控制流语句，并进行性能优化，可以编写出高效、健壮的Java程序。无论是开发小型应用还是大型企业级项目，掌握控制流语句的使用都是非常重要的。