Kontrollstrukturen

A. while-loop

Beispiel 1:

Immer dann, wenn der Computer auf das Schlüsselwort while trifft,

wertet er die dahinter in runden Klammern stehende Bedingung aus.
Falls sie true ergibt, wird der Block in geschweiften Klammern ausgeführt und wieder bei 1. fortgefahren.
Falls sie false ergibt, wird der Block in geschweiften Klammern übersprungen.

Kurz: Der Block in geschweiften Klammern wird so lange immer wieder ausgeführt, bis die Bedingung in runden Klammern false ergibt.

Beispiel 2: Zweierpotenzen

Oft ist es nützlich, noch zusätzliche Variablen zu deklarieren, die bei jedem Wiederholungsschritt geändert werden. Wir schreiben ein Programm, das die ersten 10 Zweierpotenzen ausgibt, also $2^0 = 1$, $2^1 = 2$, $2^2 = 4$, $2^3 = 8$ usw.

Aufgaben

Hier findest Du Aufgaben zur while-Wiederholung mit aufsteigendem Schwierigkeitsgrad.

B. Die for-loop

Die while-loop hat zwei große Nachteile:

Zum bloßen Zählen ist sie sehr umständlich, da insgesamt drei Zeilen benötigt werden:

int i = 0;         // Deklaration der Zählvariable
while(i <= 10){    // Bedingung
   // Anweisungen
   i++;            // Erhöhung der Zählvariable
}

Oft stehen zwischen der Deklaration der Zählvariable und der Bedingung sowie zwischen der Bedingung und der Erhöhung der Zählvariable sehr viele Anweisungen und es ist schwer, "auf einen Blick" zu erfassen, wie oft wiederholt wird und welche Werte die Zählvariable bei jedem Wiederholungsschritt annimmt.

Für alle Anwendungsfälle, in denen auf irgendeine Art und Weise gezählt wird, verwendet man daher üblicherweise eine Kurzschreibweise der while-loop, die for-loop. Hier eine Gegenüberstellung der beiden. Beide Programme sind gleichwertig:

While-loop	For-loop
int i = 1; while(i <= 10){ // Anweisungen i++; }	for(int i = 1; i <= 10; i++){ // Anweisungen }

Die for-loop ist eine Kurzform der while-loop. Sie besteht aus drei Bestandteilen:

for(Startanweisung; Bedingung; Anweisung am Ende jedes Wiederholungsschrittes){
   // Anweisungen
}

Die Startanweisung wird genau 1-mal zu Beginn aufgerufen.
Die Bedingung wird vor jedem Wiederholungsschritt ausgewertet. Ist ihr Wert true, so werden die Anweisungen in den {} ausgeführt. Ist der Wert false, so werden die Anweisungen in den {} übersprungen und es wird mit der Anweisung hinter der for-loop fortgefahren.
Die Anweisung am Ende jedes Wiederholungsschrittes wird am Ende jedes Wiederholungsschrittes ausgeführt.

Für Einsteiger ist die for-loop oft schwer zu verstehen, weil ihre drei Bestandteile jeweils ganz unterschiedliche Bedeutung haben. Noch dazu ist der 1. und 3. Bestandteil eine Anweisung, der 2. Bestandteil eine Bedingung (genauer: eine Aussage).

Lass' Dich nicht entmutigen: Meist wird die for-loop zum Zählen benutzt und sieht so oder ähnlich aus:

for(int i = 1; i <= 10; i++){
   // Anweisungen
}

Dieses Muster (das in diesem Fall die Anweisungen für i-Werte von 0 bis 9 durchführt) wirst Du sehr schnell beherrschen und - von diesem Muster ausgehend - bald auch schwierigere Konstruktionen mit for verstehen.

Beispiel 3: Zählen mit "for"

Wir schreiben den Text "Hallo Welt!" 10-mal untereinander in die Ausgabe. Mit der Variablen i zählen wir dabei, wie oft wir ihn schon ausgegeben haben.

Erklärung

Die for-loop bewirkt, dass der Rechner folgendes macht:

Anweisung	Erklärung	Wert von `i` nach der Anweisung
`int i = 1;`	Die Startanweisung wird genau ein Mal zu Beginn ausgeführt.	1
Prüfe: Ist `i ⇐ 10`?	Das Ergebnis der Prüfung ist `true`, da $1 \le 10$ ist. Daher wird als nächste die Anweisung in `{}` ausgeführt.	1
`println("Hallo Welt (zum " + i + "-ten Mal)!");`	Es wird ausgegeben: `Hallo Welt (zum 1. Mal)!`	1
`i++;`	Am Ende des Wiederholungsschrittes wird `i++` ausgeführt und damit der Wert von `i` um 1 erhöht. Der Rechner setzt die Ausführung in Zeile 1 fort.	2
Prüfe: Ist `i ⇐ 10`?	Das Ergebnis der Prüfung ist `true`, da $2 \le 10$ ist. Daher wird als nächste die Anweisung in `{}` ausgeführt.	2
`println("Hallo Welt (zum " + i + "-ten Mal)!");`	Es wird ausgegeben: `Hallo Welt (zum 2. Mal)!`	2
`i++;`	Am Ende des Wiederholungsschrittes wird `i++` ausgeführt und damit der Wert von `i` um 1 erhöht. Der Rechner setzt die Ausführung in Zeile 1 fort.	3

usw…

Die letzten Schritte sehen so aus:

`println("Hallo Welt (zum " + i + "-ten Mal)!");`	Es wird ausgegeben: `Hallo Welt (zum 9. Mal)!`	9
`i++;`	Am Ende des Wiederholungsschrittes wird `i++` ausgeführt und damit der Wert von `i` um 1 erhöht. Der Rechner setzt die Ausführung in Zeile 1 fort.	10
Prüfe: Ist `i ⇐ 10`?	Das Ergebnis der Prüfung ist `true`, da $10 \le 10$ ist. Daher wird als nächste die Anweisung in `{}` ausgeführt.	10
`println("Hallo Welt (zum " + i + "-ten Mal)!");`	Es wird ausgegeben: `Hallo Welt (zum 10. Mal)!`	10
`i++;`	Am Ende des Wiederholungsschrittes wird `i++` ausgeführt und damit der Wert von `i` um 1 erhöht. Der Rechner setzt die Ausführung in Zeile 1 fort.	11
Prüfe: Ist `i ⇐ 10`?	Das Ergebnis der Prüfung ist `false`, da nicht $11 \le 10$ ist. Daher wird jetzt die Anweisung in `{}` übersprungen und es geht in Zeile 4 weiter!	11
`println("Fertig!", Color.lightgreen);`

Beispiel 4: Zählen im Dreierschritt

Du erinnerst Dich sicher: n += 3 ist eine Kurzschreibweise für n = n + 3 und bewirkt, dass der Wert der Variable n um 3 erhöht wird.

Beispiel 5: Berechnung von 8!

Berechnung von Fakultäten

Die Faktultät einer Zahl $n \in \mathbb{N}$, kurz $n!$, ist folgendermaßen definiert: $$n! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot \ldots \cdot n$$ Es ist beispielsweise $5! = 1 \cdot 2 \cdot 3 \cdot 4 \cdot 5 = 120$.

Probiere das Programm wieder in Einzelschritten aus und schau' Dir die Belegung der Variablen nach jedem Schritt an!

Du kannst die 8 in der ersten Zeile natürlich auch durch eine andere Zahl ersetzen!
Warum wird der Variablen fakultät in Zeile 2 der Startwert 1 zugeordnet und nicht 0?
(Falls Du nicht auf die Antwort kommst, probier' es aus, indem Du die 1 im Programm durch 0 ersetzt!)

Aufgaben zur for-Loop

Hier geht's zu den Aufgaben.