Jazyk C nabízí hned tři druhy cyklů. Probereme je všechny a dojde i na klíčová slova break, continue a goto.
2.12.2004 08:00 | Jan Němec | czytane 65403×
RELATED ARTICLES
KOMENTARZE
Cykly
Při programování se běžně dostaneme do situace, kdy je třeba nějakou činnost
vykonat opakovaně. Standardním nástrojem pro tento případ jsou v téměř
všech programovacích jazykách cykly. Céčko nabízí hned tři typy cyklů.
while cyklus
Cyklus while má následující strukturu:
while (logická hodnota)
příkaz nebo blok
Do češtiny by se to dalo přeložit asi jako "Dokud platí logická hodnota,
vykonávej příkaz/blok". Nejprve se vyhodnotí logická hodnota a není-li
pravdivá, vykonávání cyklu se ukončí. V opačném případě se provede následující
příkaz nebo blok, potom se znovu vyhodnotí podmínka. Je-li i tentokrát
pravdivá, pokračuje se ve vykonávání cyklu podle již známého schématu, jinak
se cyklus opustí.
V praxi se while cyklus obvykle používá, pokud neznáme předem počet
iterací cyklu, například při čtení ze souboru (dokud nejsi na konci souboru,
čti) nebo jako hlavní smyčka programů s grafickým uživatelským rozhraním
(dokud má pro nás systém událost, zpracuj ji). Nic nám však nebrání vypsat
pomocí while cyklu třeba čísla od jedničky do desítky.
int i = 1;
while (i <= 10) {
printf("%i\n", i);
i++;
}
Podobně jako u if a else se i zde se jako součást těla cyklu bere pouze bezprostředně následující příkaz. Pokud chceme opakovaně vykonávat více
příkazů, je třeba je uzavřít do bloku. Navíc pokud těsně za podmínku umístíte
středník, jde o cyklus s prázdným tělem a opakovaně se vykonává pouze
podmínka.
int i = 1000000000;
while (i--);
Výše uvedený příklad může sloužit jako jednoduchý test rychlosti procesoru,
samozřejmě jen pokud překladač cyklus "nevyoptimalizuje" tj. neodstraní.
V akademické sféře kolují historky o podobných cyklech v prvních
verzích komerčního software, aby se pak dobře prodávala i druhá a rychlejší
verze programu, nicméně moje programátorská praxe ve dvou firmách tyto domněnky
nepotvrzuje.
do - while cyklus
Cyklus do - while se od while cyklu liší jen mírně.
do
příkaz nebo blok
while (logická hodnota);
Rozdíl oproti while cyklu je jen v tom, že se nejprve vykoná tělo
cyklu a teprve potom se zkontroluje podmínka. To znamená, že tělo se vždy
alespoň jednou provede. Řada programátorů považuje tento cyklus za nepřehledný
a systematicky se mu vyhýbá. Pokud uvidíme v cizím kódu klíčové slovo
while, opravdu nemusí být na první pohled jasné, o který typ cyklu se
jedná. Cyklus do - while se nejčastěji používá pro opakované
vykonávání nějaké akce
tak dlouho, dokud neselže (někdy naopak dokud neuspěje). Může jít opět o čtení
ze souboru nebo třeba pokus o získání nějakých systémových prostředků, kdy
se snažíme tak dlouho, než uspějeme. I tento cyklus jde samozřejmě použít
i na výpis čísel od jedničky do desítky. Následující příklad jsem schválně
napsal špatně. Dokážete říci, jaká čísla program vypíše, aniž byste jej
přeložili a spustili?
int i = 1;
do {
i++;
printf("%i\n", i);
} while (i <= 10);
for cyklus
Pokud chceme provádět nějakou akci pro celá čísla z nějakého předem známého
intervalu, je while cyklus zbytečně obecný a těžkopádný. Většina jazyků
proto nabízí ještě for cyklus. V Céčku je sice i tento cyklus navržen
dost obecně, ale přesto jej v těchto případech drtivá většina programátorů
použije.
for (inicializace; podmínka; krok)
příkaz nebo blok
(1) Nejprve se provede inicializace, potom (2) se ověří podmínka. Není-li
splněna, cyklus se ukončí. V opačném případě se (3) provede příkaz/blok,
(4) provede krok a pokračuje se zpět k podmínce (2) a dál už to známe.
Náš příklad s výpisem deseti čísel by skoro každý C programátor napsal
asi takhle:
int i;
for (i = 1; i <= 10; i++)
printf("%i\n", i);
Podobně jako podmínky, i cykly lze do sebe zanořovat. Pokud chceme vypsat
matici, jejíž prvky jsou souřadnice, vnoříme dva for cykly do sebe.
int i, j;
for (i = 1; i <= 5; i++)
for (j = 1; j <= 5; j++)
printf("[%i, %i]%s", i, j, j == 5 ? "\n" : " ");
Pro ty, kteří již zapomněli podrobnosti o printf, podmíněném výrazu nebo
řetězcových konstantách, připomínám, pomocí %s a posledního parametru
printf vkládám za poslední prvek každého řádku matice znak
'\n' - oddělovač řádku a v ostatních případech " " - mezeru.
break, continue a goto
Jednoduché příklady jdou poměrně přirozeně naprogramovat jen s pomocí
základní syntaxe některého z cyklů. Ve složitějších případech se ovšem
stává, že v těle cyklu zjistíme,
že vlastně chceme skončit nebo přeskočit zbytek těla a rovnou pokračovat
další iterací. Pomocí if a else v těle cyklu a někdy i
pomocných logických
proměnných lze vždy podobnou situaci vyřešit, ale program je potom zbytečně
nepřehledný. Lepší je použít break nebo continue. Klíčové slovo
break
způsobí, že se přeruší vykonávání celého cyklu, zatímco continue pouze
ukončí
aktuální iteraci a zajistí přechod na iteraci následující. Díky break lze
vytvářet cykly, kde je ukončovací podmínka vždy splněna a přesto se nejedná
o nekonečný cyklus. Pokud chceme vypsat všechna lichá čísla od jedničky
do devatenácti, můžeme místo standardního
int i;
for (i = 1; i < 20; i += 2)
printf("%i ", i);
napsat třeba
int i = 0;
while (1) {
i++;
if (i % 2 == 0) continue;
if (i >= 20) break;
printf("%i ", i);
}
Je vidět, že kód s break a continue je delší a méně přehledný. Skutečné
praktické příklady problémů, kde nová klíčová slova naopak výrazně pomůžou,
by byly složitější.
Příkazy break a continue se váží vždy k nejvnitřnější
struktuře, která je podporuje (v našem případě je to vždy nějaký cyklus).
Pokud tedy máme například dva vnořené for cykly, break v těle
vnitřního cyklu ukončí jen vnitřní cyklus, nikoli vnější.
Někdy ani break a continue nepomohou. Při psaní komplikovaných
algoritmů (z vlastní praxe mohu uvést například šachy nebo parsování textu) se
někdy hodí nástroj nejtěžšího kalibru - příkaz goto.
Pomocí návěstí a goto můžeme při vykonání programu skočit v rámci
jedné funkce téměř odkudkoli kamkoli.
Pomocí identifikátoru a dvojtečky vytvoříme návěstí a příkazem goto
na označené místo prostě skočíme. Můžeme tak vstoupit do cyklu nebo jej
opustit. Pomocí podmínky a goto lze i cykly vytvářet.
Náš známý příklad s výpisem čísel může vypadat i takhle:
int i = 1;
zacatek_cyklu:
printf("%i\n", i);
i++;
if (i <= 10) goto zacatek_cyklu;
Výše uvedený příklad berte jako příklad odstrašující, mnohem lepší je použít
jednoduše for cyklus. Pomocí několika goto
a návěstí v jedné funkci lze snadno napsat kód, ve kterém se nevyzná ani
jeho autor. Právě proto působí goto na strážce syntaktické čistoty kódu,
puristy počítačových jazyků a většinu učitelů programování stejně jako
rudý hadr na býka. Pravdou je, že asi 90% algoritmů lze velmi přirozeným
způsobem popsat jen pomocí běžných řídících struktur jako jsou podmínky a
cykly. V 9% nám pomůže break a continue. Jen v 1%
případů je i poté kód zbytečně komplikovaný a goto vede ke zjednodušení.
Jako nejčastější rozumné příklady použití
goto bych jmenoval opuštění vnějšího cyklu nebo skok na kód, který
čistí paměť po detekci chyby a opouští funkci.
Pokračování příště
Známe už tři druhy cyklů, ale příklady na jejich použití, které jsem uváděl,
byly přece jen trochu umělé a vykonstruované. Ve praxi se zejména for
cyklus velmi často používá v souvislosti s "hromadnou proměnnou" -
polem a právě pole probereme v příštím dílu.