趣味编程指南（5-1）-程序的流程控制-循环语句1

从这节开始，你将会接触到编程中一个重要且强大的知识点 - 循环语句。

在此之前，若你想在程序中画一万个圆，只能用一个可怕的方式去做，写一万行 ellipse。那些千方百计为了提高效率（偷懒）的语言设计者肯定不会允许这样的事发生。所以就有了循环语句。通过它，你可以最直观地感受计算机自动化的威力。

for循环

循环语句有多种，其中最常用的就是 for 循环。我们都了解 draw 函数是不断循环执行的。先从开头的第一句开始，由上至下执行直到最后一句，执行完一遍后，又会再从第一句开始重新运行。for 语句和它有点类似。写在它里面的代码都可以被反复执行。

它的语法结构是这样的：

    [mw_shl_code=applescript,true]for(表达式1; 表达式2; 表达式3){        循环体    }[/mw_shl_code]

循环体中自然就是写我们希望被反复执行的语句。表达式 1 用作初始化，为循环变量赋初值。表达式 2 填写的是循环的条件。表达式 3 会更新循环变量的数值。

循环变量指的是什么？它其实相当于一个局部变量。我们先来看一个完整的写法。

    [mw_shl_code=applescript,true]for(int i = 0; i < 10; i++){        循环体    }[/mw_shl_code]

for 语句要实现循环的功能，主要依赖一个局部变量，循环的终止会需要用到它。在上面例子中即是 i。表达式 1 完成了局部变量的初始化。之后循环每执行一遍，这个变量就必须更新。其中实现更新功能部分的就是表达式 3 中的 i++ ,透过它变量每次更新就会增加 1。到最后，循环体中的代码是不能无限循环下去的，否则后面的语句都无法执行，因此我们需要存在一个终止条件，表达式 2 就起到了这个作用。这里程序会判断 i 是否小于 10，当满足就继续执行，不满足就跳出循环。

因此，for循环中的语句执行顺序就是这样的

[mw_shl_code=applescript,true]表达式1（局部变量初始化）
    表达式2（满足继续往下执行）
    循环体（第一次循环）
    表达式3 (更新)
    表达式2（满足继续往下执行）
    循环体（第二次循环）
    表达式3 (更新)
    表达式2（满足继续往下执行）
    循环体（第三次循环）
    ...
    ...
    表达式3 (更新)
    表达式2（不满足，跳出循环）[/mw_shl_code]

你可以对照这个执行顺序在脑海中模拟几遍。但不亲手敲一次代码是不可能真正理解的。当我们想摸清一个陌生的概念，可以先在控制台通过 println 语句输出数值。

－－代码示例（5-1）:

[mw_shl_code=applescript,true]void setup(){        
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            println ("run");
        }
    }[/mw_shl_code]

你可以数一数控制台中输出 run 的数量，这里刚好为 10 个。由此就获悉了循环体中的代码执行的次数。但这样做还是无法察觉循环内具体发生了哪些变化。我们可以把输出的字符 “run” 改成变量 i 试试。

－－代码示例（5-2）:

[mw_shl_code=applescript,true]    void setup(){        
        for(int i = 0; i < 10; i++){
            println (i);
        }
    }[/mw_shl_code]

现在能看到，在循环体中的 i 值是不断增大的。以后我们可以通过这个值，来了解当前循环的进度。

• 在示例（5-2）中，i 的值是从 0 变化到 9。似乎和实际循环次数总是相差 1。若是觉得不习惯，for语句括号中的表达式也可以写成
  

  [mw_shl_code=applescript,true]   for(int i = 1; i <＝ 10; i++)[/mw_shl_code]

这样 i 就会恰好对应循环次数。 “<＝” 含义是小于等于，所以当 i 等于 10 时会仍然满足条件，因此会比写成 i < 10 在末尾中可多循环一遍。尽管是从 1 开始，但循环的次数一样为 10。当然，若是没有特别必要的话还是建议采取例子开头的写法。后面介绍到的 vector 或数组，都是通过下标来获取元素的，而下标默认都是从 0 开始。初值先设为 0，是较为常用的做法。

• 上例中若写 i 大于 0，程序是会崩溃的。因为变量持续递增，永远都会满足这个条件。这样相当于不能终止，程序会陷入死循环。
• for语句中的局部变量不仅可以声明整形类型，还可以用诸如浮点类型来声明变量。可以写成 for(float i = 0;i < 10;i+=0.02)。
  
  

for循环解数学题

不了解大家是否还记得数学家高斯小时候的一则故事。高斯那时 10 岁，他的算术老师想在课堂上布置一个作业，题目是

1＋2＋3＋4……＋97＋98＋99+100＝？

如果用手算，自然会耗费很长的时间。但高斯估计是自己琢磨出了等差数列的求和方法，所以在题目刚报出时，就轻松地报出答案，让老师大吃一惊。

现在我们可能不大记得等差数列求和究竟是什么了，但却可以用一种原始而暴力的方式得到答案。那就是 for 循环。反正计算对电脑而言，是小菜一碟。我们只要将问题描述为计算机可识别的语言，就能轻松获得答案。

－－代码示例（5-3）:

   [mw_shl_code=applescript,true]void setup(){
        int answer = 0;        
        for(int i = 1; i <= 100; i++){
            answer += i;
        }
        println(answer);
    }[/mw_shl_code]

相信你得到的结果会和高斯报出的答案一样，为 5050!

• Tips:for 循环中局部变量的名字可以随意更改，只要符合变量的命名规则即可。可以写成 (int k = 1;k <= 100;k++)。没有特殊情况，默认使用 i 作为变量名。
  

for循环绘图

经过一番略显枯燥的铺垫，我们终于可以进入更有意思的环节了。就是用 for 循环画图。那些枯燥的数值计算可以先搁到一边了，设计师还是对图形更为敏感～

利用 for 循环绘制一排圆

当我们想用 for 循环去表现一组重复的元素。只要事先确定这些元素间的数量关系，就能很方便地用 for 循环去实现，而无需做大量的重复劳动。假如要画一排水平方向均匀分布的圆，它的纵坐标是不变的。变化的只是横坐标，而这个横坐标从左到右，是不断递增的，并且递增距离都一样。这时就可以通过 for 循环中的 i，来确定每个圆的横坐标。

－－代码示例（5-4）:

[mw_shl_code=applescript,true]void setup(){
        size(700, 700);
        background(83, 51, 194);
        noStroke();
    }
    void draw(){        
        for(int i = 0; i < 7; i++){
           ellipse(50.0 + i * 100.0, height/2.0, 80.0, 80.0);        
        }
    }[/mw_shl_code]

50 代表左面第一个圆的起始位置，i * 100 中的 100 表示递增的距离。

利用 for 循环绘制随机圆点

上面图形的位置都是可预测的，这样就失去很多趣味。我们可以用前面提到的 random 函数，来创造更多的可能性。试试将它写在绘图函数中。

－－代码示例（5-5）:

    [mw_shl_code=applescript,true]void setup(){
        size(700, 700);
        background(0);
        noStroke();
    }

    void draw(){
        background(0);         
        for(int i = 0; i < 10; i++){
          float randomWidth = random(60.0);
          ellipse(random(width), random(height), randomWidth, randomWidth);
      }
     }[/mw_shl_code]

这里的圆的位置之所以不断闪动，是因为 random 函数每执行一次，结果都是随机的。由于 draw 函数默认每秒运行 60 帧，所以每次绘制的 10 个圆在一秒内，会随机改变 60 次位置。这种快速的闪动就让画面看上去不止有 10 个圆了。

程序里改变一个简单的数值，就能获得截然不同的效果。我们可以通过修改循环终结条件来改变循环的次数。下图的循环终结条件为 i < 100

下面是循环终结条件为 i < 1000 时的效果

randomSeed 如果我不希望圆的位置是随机生成的，但又不希望它闪动。应该怎么做？一种做法是为每个圆的坐标都创建独立的变量去保存，并在 setup 中对这些变量进行初始化，一并赋上随机值。这样在 draw 里使用绘图函数，调用的就是变量中存储的数值，而不会随时发生改变。
画 10 个圆尚且可用这个方法去创建变量。但画 1000 个圆，10000 个圆。要创建这个数量的变量用传统的方式逐个去命名是会非常繁琐的。
我们先不用去学习新的创建变量的方式。这里有一个灵活的方法可以达到这个目的。就是使用 randomSeed。先看使用后的效果。
－－代码示例（5-6）:
[mw_shl_code=applescript,true]void setup(){
            size(700, 700);
            background(0);
            noStroke();
        }
        
        void draw(){
                background(0);
                randomSeed(1);
              for(int i = 0; i < 10; i++){
          float randomWidth = random(20.0, 60.0);
          ellipse(random(width), random(height), randomWidth, randomWidth);
      }
         }[/mw_shl_code]

与前面的代码相比没有很大变化，除了让圆的半径随机范围改成从 20 到 60 之外，只多了一句 randomSeed。但用上这句之后，图形似乎都变静止了。



调用格式：
        randomSeed(a);其中的 a 设置的是种子，需要填写整数（在 P5 中填写浮点数不会报错，但只会将它化成整数处理）。randomSeed 的作用是设定随机数的种子,它会根据不同的种子，生成不同的随机数序列。在它之后调用的 random 函数，返回的结果都是确定的。这里的确定不是指结果是一个定值，它确定的只是生成的序列。也就是说对应的调用次数，返回的结果是确定的。
－－代码示例（5-7）:
[mw_shl_code=applescript,true]void setup(){
                 randomSeed(0);
            for(int i = 0; i < 5; i++){
                println(random(10));
            }
        }[/mw_shl_code]



继续用 println 做个实验。使用了 randomSeed 后，你每次关闭程序，再运行程序。返回的都会是一串同样的结果。数值与顺序会一一对应的。去掉的话，每次返回的都是不同的数值。
之所以有这种设置。是因为程序中的随机数，本身都是“伪随机”的。结果看似随机，实则都是通过一个固定的，可重复的计算方法产生的。randomSeed 就相当于指定某个原始值。之后的结果都会根据这个种子来推算。而当我们不指定种子时，程序会默认根据系统的当前时间来生成种子。因此每次运行结果都不一样。
下面的例子可以帮助你更好地理解 randomSeed。
－－代码示例（5-8）:
[mw_shl_code=applescript,true] void setup(){
      size(700, 700);
      background(0);
      noStroke();
  }

  void draw(){
      randomSeed(1);
      for(int i = 0; i < 10; i++){
          float randomWidth01 = random(10, 60);
          ellipse(random(width), random(height), randomWidth01, randomWidth01);
          println(randomWidth01);
      }
      
      randomSeed(1);
      for(int i = 0; i < 10; i++){
          float randomWidth02 = random(10, 60);
          ellipse(random(width), random(height), randomWidth02, randomWidth02);
          println(randomWidth02);
      }
  }[/mw_shl_code]
尝试将第二个 randomSeed(1) 修改成 randomSeed(0) 对比最终的结果。

• Tips:P5 中只要在 draw 的结尾调用 noLoop 函数，就可以达到同样的效果，它的作用是令程序中止运行。与上面的实现原理有本质的区别。
  

for 循环画线 掌握 randomSeed 的用法之后，可以尝试替换绘图函数，例如将画圆变成画线。只要给直线的端点设计一些变化规则，就可用大量的线条交织出独特图案。
－－代码示例（5-9）:
[mw_shl_code=applescript,true]void setup(){
      size(700, 700);
      background(0);
  }

  void draw(){
      randomSeed(0);
      for(int i = 0; i < 2000; i++){
          float x1 = width/2.0;
          float x2 = random(50.0, 650.0);
          stroke(255, 20);
          line(x1, 50, x2, 650);
      }
  }[/mw_shl_code]



转自www.inslab.cn

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