for循环

除了while和do while循环，Java使用最广泛的是for循环。

for循环的功能非常强大，它使用计数器实现循环。for循环会先初始化计数器，然后，在每次循环前检测循环条件，在每次循环后更新计数器。计数器变量通常命名为i。

我们把1到100求和用for循环改写一下：

// for
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int sum = 0;
        for (int i=1; i<=100; i++) {
            sum = sum + i;
        }
        System.out.println(sum);
    }
}

在for循环执行前，会先执行初始化语句int i=1，它定义了计数器变量i并赋初始值为1，然后，循环前先检查循环条件i<=100，循环后自动执行i++，因此，和while循环相比，for循环把更新计数器的代码统一放到了一起。在for循环的循环体内部，不需要去更新变量i。

因此，for循环的用法是：

for (初始条件; 循环检测条件; 循环后更新计数器) {
    // 执行语句
}

如果我们要对一个整型数组的所有元素求和，可以用for循环实现：

// for
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
        int sum = 0;
        for (int i=0; i<ns.length; i++) {
            System.out.println("i = " + i + ", ns[i] = " + ns[i]);
            sum = sum + ns[i];
        }
        System.out.println("sum = " + sum);
    }
}

上面代码的循环条件是i<ns.length。因为ns数组的长度是5，因此，当循环5次后，i的值被更新为5，就不满足循环条件，因此for循环结束。

思考

如果把循环条件改为i<=ns.length，会出现什么问题？

注意for循环的初始化计数器总是会被执行，并且for循环也可能循环0次。

使用for循环时，千万不要在循环体内修改计数器！在循环体中修改计数器常常导致莫名其妙的逻辑错误。对于下面的代码：

// for
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
        for (int i=0; i<ns.length; i++) {
            System.out.println(ns[i]);
            i = i + 1;
        }
    }
}

虽然不会报错，但是，数组元素只打印了一半，原因是循环内部的i = i + 1导致了计数器变量每次循环实际上加了2（因为for循环还会自动执行i++）。因此，在for循环中，不要修改计数器的值。计数器的初始化、判断条件、每次循环后的更新条件统一放到for()语句中可以一目了然。

如果希望只访问索引号为偶数的数组元素，应该把for循环改写为：

int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
for (int i=0; i<ns.length; i=i+2) {
    System.out.println(ns[i]);
}

通过更新计数器的语句i=i+2就达到了这个效果，从而避免了在循环体内去修改变量i。

使用for循环时，计数器变量i要尽量定义在for循环中：

int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
for (int i=0; i<ns.length; i++) {
    System.out.println(ns[i]);
}
// 无法访问i
int n = i; // compile error!

如果变量i定义在for循环外：

int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
int i;
for (i=0; i<ns.length; i++) {
    System.out.println(ns[i]);
}
// 仍然可以使用i
int n = i;

那么，退出for循环后，变量i仍然可以被访问，这就破坏了变量应该把访问范围缩到最小的原则。

灵活使用for循环

for循环还可以缺少初始化语句、循环条件和每次循环更新语句，例如：

// 不设置结束条件:
for (int i=0; ; i++) {
    ...
}

// 不设置结束条件和更新语句:
for (int i=0; ;) {
    ...
}

// 什么都不设置:
for (;;) {
    ...
}

通常不推荐这样写，但是，某些情况下，是可以省略for循环的某些语句的。

for each循环

for循环经常用来遍历数组，因为通过计数器可以根据索引来访问数组的每个元素：

int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
for (int i=0; i<ns.length; i++) {
    System.out.println(ns[i]);
}

但是，很多时候，我们实际上真正想要访问的是数组每个元素的值。Java还提供了另一种for each循环，它可以更简单地遍历数组：

// for each
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
        for (int n : ns) {
            System.out.println(n);
        }
    }
}

和for循环相比，for each循环的变量n不再是计数器，而是直接对应到数组的每个元素。for each循环的写法也更简洁。但是，for each循环无法指定遍历顺序，也无法获取数组的索引。

除了数组外，for each循环能够遍历所有“可迭代”的数据类型，包括后面会介绍的List、Map等。

练习1

给定一个数组，请用for循环倒序输出每一个元素：

// for
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
        for (int i=?; ???; ???) {
            System.out.println(ns[i]);
        }
    }
}

练习2

利用for each循环对数组每个元素求和：

// for each
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        int[] ns = { 1, 4, 9, 16, 25 };
        int sum = 0;
        for (???) {
            // TODO
        }
        System.out.println(sum); // 55
    }
}

练习3

圆周率π可以使用公式计算：

\frac{π}{4} = 1 - \frac{1}{3} + \frac{1}{5} - \frac{1}{7} + \frac{1}{9} - \dots

请利用for循环计算π：

// for
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        double pi = 0;
        for (???) {
            // TODO
        }
        System.out.println(pi);
    }
}