Java 控制流教程：条件语句与循环 | 动手实验

介绍

在本实验中，你将深入探索 Java 的控制流结构。这些是让你的程序能够做出决策和重复操作的重要工具。我们将涵盖以下三个主要概念：

用于决策的 If-else 语句
用于在已知次数内重复操作的 For 循环
用于在不确定重复次数时重复操作的 While 循环

如果这些术语听起来不熟悉，请不要担心——我们将详细解释每一个概念。通过本实验的学习，你将能够编写能够做出决策和重复操作的 Java 程序，为你的编程之旅开启全新的可能性！

理解 If-Else 语句

想象一下，你正在创建一个提供天气建议的程序。你希望它能根据温度给出不同的建议。这正是 if-else 语句派上用场的地方！

在 WebIDE 中打开 WeatherAdvisor.java 文件。你会看到以下代码：
```
public class WeatherAdvisor {
    public static void main(String[] args) {
        int temperature = 28; // 温度，单位为摄氏度

        System.out.println("The temperature is " + temperature + "°C.");

        // TODO: 在此处添加 if-else 语句以提供天气建议
    }
}
```
以下是代码的解析：
1. public class WeatherAdvisor:
  - 这行代码声明了一个名为 WeatherAdvisor 的公共类。
  - 在 Java 中，每个程序必须至少有一个类，且类名应与文件名匹配（在本例中为 WeatherAdvisor.java）。
2. public static void main(String[] args):
  - 这是 main 方法，是任何 Java 程序的入口点。
  - public: 该方法可以从类外部访问。
  - static: 该方法属于类本身，而不是类的任何特定实例。
  - void: 该方法不返回任何值。
  - main: 这是方法的名称。Java 会寻找名为 "main" 的方法来开始执行程序。
  - (String[] args): 这允许方法接受命令行参数（尽管在本例中我们没有使用它们）。
3. int temperature = 28;:
  - 这行代码声明了一个名为 temperature 的整数变量，并将其初始化为 28。
  - int 是 Java 中表示整数的数据类型。
  - 注释 // 温度，单位为摄氏度 解释了该值的含义。
4. System.out.println("The temperature is " + temperature + "°C.");:
  - 这行代码向控制台打印一条消息。
  - System.out.println() 是一个输出文本并换行的方法。
  - 这里的 + 运算符用于字符串连接，将文本与 temperature 变量的值结合起来。
  - 末尾的 °C 为输出添加了摄氏度符号。
这个基本结构设置了一个定义温度并打印出来的程序。它为添加更复杂的逻辑奠定了基础，例如我们稍后添加的 if-else 语句，以根据温度值提供天气建议。

将 TODO 注释替换为以下代码：

if (temperature > 30) {
    System.out.println("天气炎热，记得多喝水！");
} else if (temperature > 20) {
    System.out.println("天气温暖宜人，好好享受吧！");
} else if (temperature > 10) {
    System.out.println("天气有点凉，你可能需要一件薄外套。");
} else {
    System.out.println("天气寒冷，穿上保暖的衣服吧！");
}

If else 代码示例

让我们分解一下：

if 语句检查温度是否高于 30°C。
如果不是，它会移动到第一个 else if，检查温度是否高于 20°C。
这个过程会一直持续，直到找到一个为真的条件，或者到达最后的 else。
只有一个代码块会运行——一旦某个条件为真，Java 会跳过其余部分。

保存文件。在大多数 IDE（包括 WebIDE）中，你可以通过按 Ctrl+S（或 Mac 上的 Cmd+S）来保存。
现在让我们编译程序。在 WebIDE 底部的终端中，输入：
```
javac ~/project/WeatherAdvisor.java
```
这个命令告诉 Java 编译你的代码。如果你没有看到任何输出，那是好事！这意味着没有错误。
要运行程序，输入：
```
java -cp ~/project WeatherAdvisor
```
-cp ~/project 部分告诉 Java 在哪里找到你编译的代码。
你应该会看到以下输出：
```
The temperature is 28°C.
天气温暖宜人，好好享受吧！
```
这与我们的代码匹配，因为 28°C 高于 20°C 但不超过 30°C。
让我们来实验一下！将代码中的 temperature 值改为 35，然后保存、编译并再次运行。你应该会看到：
```
The temperature is 35°C.
天气炎热，记得多喝水！
```
尝试将温度改为 15 和 5，每次编译并运行。观察输出如何变化！

恭喜！你刚刚编写了一个能够做出决策的程序。这是编程中的一个基本概念，你会经常用到它。

使用 For 循环

现在，让我们来学习 for 循环。当你想要重复执行某件事特定次数时，for 循环非常有用——比如创建一个乘法表！

在 WebIDE 中打开 MultiplicationTable.java 文件。你会看到以下代码：

public class MultiplicationTable {
    public static void main(String[] args) {
        int number = 5;
        System.out.println("Multiplication table for " + number + ":");

        // TODO: 在此处添加 for 循环以打印乘法表
    }
}

将 TODO 注释替换为以下 for 循环：
```
for (int i = 1; i <= 10; i++) {
    int result = number * i;
    System.out.println(number + " x " + i + " = " + result);
}
```
让我们分解一下：
- for (int i = 1; i <= 10; i++) 是 for 循环语句：
  - int i = 1 创建了一个变量 i 并将其设置为 1。这仅在循环开始时执行一次。
  - i <= 10 是条件。只要这个条件为真，循环就会继续。
  - i++ 每次循环结束后将 i 增加 1。
- 在循环内部，我们将 number 乘以 i 并打印结果。
- 这将重复 10 次，i 从 1 递增到 10。
保存文件。

编译程序：

javac ~/project/MultiplicationTable.java

运行程序：
```
java -cp ~/project MultiplicationTable
```

你应该会看到 5 的乘法表：

Multiplication table for 5:
5 x 1 = 5
5 x 2 = 10
5 x 3 = 15
5 x 4 = 20
5 x 5 = 25
5 x 6 = 30
5 x 7 = 35
5 x 8 = 40
5 x 9 = 45
5 x 10 = 50

看到它是如何打印从 1 到 10 的乘法表了吗？这就是我们的 for 循环在起作用！

让我们来实验一下！将 number 变量改为 7，然后保存、编译并再次运行。你应该会看到 7 的乘法表。
想了解更多吗？尝试将 for 循环中的 i <= 10 改为 i <= 15。这将使乘法表扩展到 15 而不是 10。

当你确切知道需要重复执行某件事的次数时，for 循环非常有用。在你的编程之旅中，你会经常用到它们！

探索 While 循环

While 循环非常适合在你不知道需要重复执行某件事多少次的情况下使用。让我们用它来创建一个猜数字游戏！

在 WebIDE 中打开 GuessTheNumber.java 文件。你会看到以下代码：

import java.util.Random;
import java.util.Scanner;

public class GuessTheNumber {
    public static void main(String[] args) {
        Random random = new Random();
        int numberToGuess = random.nextInt(100) + 1; // 生成 1 到 100 之间的随机数
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int guess;
        int attempts = 0;

        System.out.println("我在想一个 1 到 100 之间的数字。你能猜出来吗？");

        // TODO: 在此处添加 while 循环以实现猜数字游戏

        scanner.close();
    }
}

这段代码设置了一个随机数供玩家猜测，并使用 Scanner 读取玩家的输入。

将 TODO 注释替换为以下 while 循环：

while (true) {
    System.out.print("输入你的猜测：");
    guess = scanner.nextInt();
    attempts++;

    if (guess < numberToGuess) {
        System.out.println("太低了！再试一次。");
    } else if (guess > numberToGuess) {
        System.out.println("太高了！再试一次。");
    } else {
        System.out.println("恭喜！你在 " + attempts + " 次尝试中猜中了数字。");
        break;
    }
}

让我们分解一下：

while (true) 创建了一个无限循环。它会一直运行，直到我们告诉它停止。
在循环内部，我们要求输入猜测并增加尝试计数器。
我们使用 if-else 语句来检查猜测是太低、太高还是正确。
如果猜测正确，我们会打印一条祝贺消息，并使用 break 退出循环。

保存文件。
编译程序：
```
javac ~/project/GuessTheNumber.java
```
运行程序：
```
java -cp ~/project GuessTheNumber
```
现在开始玩游戏！继续输入数字，直到你猜中为止。程序会告诉你猜测是太高还是太低。

这个 while 循环会一直运行，直到猜中正确的数字。我们不知道需要多少次尝试，这就是为什么 while 循环在这里非常合适。

结合控制结构

在我们的最终挑战中，我们将结合 if-else 语句、for 循环和 while 循环来创建一个质数查找器！

在 WebIDE 中打开 PrimeNumberFinder.java 文件。你会看到以下代码：

import java.util.Scanner;

public class PrimeNumberFinder {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scanner = new Scanner(System.in);
        int count = 0;
        int number = 2;

        System.out.print("你想查找多少个质数？ ");
        int maxPrimes = scanner.nextInt();

        System.out.println("前 " + maxPrimes + " 个质数：");

        // TODO: 在此处实现质数查找逻辑

        scanner.close();
    }
}

将 TODO 注释替换为以下代码：
```
while (count < maxPrimes) {
    boolean isPrime = true;

    for (int i = 2; i <= Math.sqrt(number); i++) {
        if (number % i == 0) {
            isPrime = false;
            break;
        }
    }

    if (isPrime) {
        System.out.print(number + " ");
        count++;
    }

    number++;
}
```
这段代码看起来复杂，但让我们分解一下：
- 我们使用 while 循环来持续查找质数，直到找到所需的数量。
- 对于每个数字，我们使用 for 循环来检查它是否是质数。
- 我们使用 Math.sqrt(number) 作为优化——我们只需要检查到该数字的平方根。
- 如果我们找到一个除数，我们就知道这个数字不是质数，因此将 isPrime 设置为 false 并跳出内部循环。
- 如果 for 循环结束后 isPrime 仍然为 true，我们打印该数字并增加计数器。
- 我们总是在最后增加 number，以便移动到下一个数字。
保存文件。
编译程序：
```
javac ~/project/PrimeNumberFinder.java
```
运行程序：
```
java -cp ~/project PrimeNumberFinder
```
当提示时，输入一个数字（例如 10）以查找相应数量的质数。你应该会看到类似以下的输出：
```
你想查找多少个质数？10
前 10 个质数：
2 3 5 7 11 13 17 19 23 29
```