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流程控制｜使用循环结构等完成重复性工作（文末附视频）

news 来源：原创 2024/11/27 15:35:46

本节介绍Go语言中的程序流程控制结构，具体包括以下内容：

循环结构
流程控制语句
条件分支结构

经过前面两个小节的学习，我们初步掌握了Go语言的语法知识。本小节将介绍循环和条件分支，从而使用少量代码完成大量重复性的操作，就像标准化作业一样。为了便于理解，本小节将使用3个示例来讲述具体的知识点。

循环结构

先来看这样一段输出：

可以看到，这是个由星号 * 组成的实心菱形，总共有13行。如何实现这样的效果呢？该不会是手写13行输出语句吧？当然不是！

💡 提示：在实际开发中，产品的需求千变万化。面对复杂的功能，通常的做法是“拆分”。即把一个复杂的需求分解为多个简单的需求，然后逐个实现。

仔细观察上图中的输出内容可以发现，其实：

菱形就是由若干行（总共13行）组成的；
菱形是上下轴对称图形，以第7行为轴。

将菱形拆分为上下两个三角形，可以发现：

每行都是由若干空格和若干星号构成；
对于上半部分（i从1开始）：
- 第i行的星号数是2*i-1个；
- 第i行的空格数是7-i个。
对于下半部分（i从1开始）：
- 第i行的空格数是i个；
- 第i行的星号数是2*7-1-(i*2)个。

到此，我们不仅做完了拆分，还摸透了规律。接下来，只要按规律编写代码即可。在Go语言中，像这种重复地执行相似逻辑，可以使用循环结构实现。循环结构的格式如下：

for init; condition; post {
    //循环体代码块
}

其中，for表明接下来的代码是for循环结构；init是初始化语句；condition是关系或逻辑表达式，值为true时则会停止循环；post是每次循环结束后执行的语句；循环体代码块就是要重复执行的代码了。

接下来，我们用这个循环结构实现上半部分的三角形：

func main() {
   n := 7
   for i := 1; i <= n; i++ {
      for j := 0; j < n-i; j++ {
         fmt.Print(" ")
      }
      for k := 0; k < 2*i-1; k++ {
         fmt.Print("*")
      }
      fmt.Println()
   }
}

执行结果为：

我们逐行理解上述代码。

声明变量n，并赋初值为7，表示上半部分由7行构成（包含对称轴）。
接下来是for循环结构，初始化条件是变量i为1，i表示总行数；判断退出循环的条件是变量i小于或等于n，即输出7行后退出；每次循环即完成单行输出，因此在循环后i自增1。如此，便构成了总共循环7次的for循环结构。
在for循环内部，有两个for循环，分别用于输出空格和星号，另外在两个循环执行完毕后，输出了换行，用于折行。
用于输出空格的for循环结构，初始化条件是变量j为0，j表示输出的空格数；判断退出循环的条件是变量j小于n-i，即总共输出n-i个空格；每次循环完成所有空格的输出，因此循环后j自增1。如此，便实现了单行空格的输出。
用于输出星号的for循环结构，初始化条件是变量k为0，k表示输出的星号数；判断退出循环的条件是变量k小于2*i-1，即总共输出2*i-1个星号；每次循环完成所有星号的输出，因此循环后k自增1。如此，便实现了单行星号的输出。

好了，如果各位理解了上半部分的实现原理，不妨亲自动手尝试实现下半部分。

❗️ 注意：使用循环时，务必确保有明确的可退出循环的条件，否则程序将陷入死循环，无法终止。在开发时，若不慎执行了死循环，可点击GoLand工具栏中的“Stop”按钮（接近红色，有点像音乐播放器的停止播放按钮）强行停止。

输出菱形的完整代码如下：

func main() {
    n := 7
    for i := 1; i <= n; i++ {
	for j := 0; j < n-i; j++ {
		fmt.Print(" ")
	}
	for k := 0; k < 2*i-1; k++ {
		fmt.Print("*")
	}
	fmt.Println()
    }
    for i := 1; i < n; i++ {
	for j := 0; j < i; j++ {
            fmt.Print(" ")
	}
	for k := 0; k < 2*n-1-2*i; k++ {
            fmt.Print("*")
	}
            fmt.Println()
    }
}

条件分支结构

接下来，输出菱形的题目要“升级了”！

单纯地输出菱形未免太单调了些，我们希望通过不同的文字来输出不同的样式。当文字为“上”的时候，输出上半截7行三角形；当文字为“下”时，输出下半截6行三角形；当文字为“全”是，输出13行菱形。

显然，这个题目升级需要进行“条件判断”，不同的条件执行不同的逻辑。如果Go语言能有“如果……那么……”这种结构就好了！Go语言恰恰有这种结构——条件分支。

Go语言中的条件分支结构如下：

if condition {
    //条件成立时要执行的语句
}else{
    //条件不成立时要执行的语句
}

其中，condition是关系或逻辑表达式。另外，如无必要，else是可以省略的：

if condition {
    //条件成立时要执行的语句
}

如有必要，还可追加更多的判断条件：

if condition1 {
    //条件condition1成立时要执行的语句
}else if condition2 {
    //条件condition2成立时要执行的语句
}else if condition3 {
    //条件condition3成立时要执行的语句
}else{
    //以上三种条件都不成立时要执行的语句
}

如此，解答“升级”后的题目就容易多了。参考条件分支的结构，思路如下：

if 文字是“上”或“全”{
    输出菱形前7行
}
if 文字是“下”或“全”{
    输出菱形后6行
}

之前我们已经完成了输出菱形，只需将新的代码逻辑与之结合即可，完整代码如下：

func main() {
   outputMode := "全"

   n := 7
   if outputMode == "上" || outputMode == "全" {
      for i := 1; i <= n; i++ {
         for j := 0; j < n-i; j++ {
            fmt.Print(" ")
         }
         for k := 0; k < 2*i-1; k++ {
            fmt.Print("*")
         }
         fmt.Println()
      }
   }
   if outputMode == "下" || outputMode == "全" {
      for i := 1; i < n; i++ {
         for j := 0; j < i; j++ {
            fmt.Print(" ")
         }
         for k := 0; k < 2*n-1-2*i; k++ {
            fmt.Print("*")
         }
         fmt.Println()
      }
   }
}

我们可以通过改变outputMode的值来控制输出的文字形状。

流程控制语句

流程控制语句多用于管理循环结构的运行。考虑这样一个需求：编程实现查找1-10以内的素数。

💡 提示：素数又称质数，是指在大于1的自然数中，除了1和它本身以外不能被其它整数整除的自然数，2是最小的素数。

这一次，我们需要在已有的代码上增加，但不改变原有的代码。先来看看现有代码：

func main() {
    for i := 2; i > 0; i++ {
	if i == 2 {
            fmt.Println(i)
	}
	//假定i为素数
	flag := true
	for j := 2; j < i; j++ {
            if i%j == 0 {
		//当i能被某个整数整除时，不是素数
		flag = false
            }
	}
	//如果依旧为true，则i为素数
	if flag {
            fmt.Println(i)
	}
    }
}

通过阅读上述代码可以发现：

代码整体由一个for循环构成，初始化语句声明了变量i，从2开始（2是最小的素数），循环结束的条件是i大于0，每次循环结束后i自增1；
循环体内，首先判断了i是否等于2，如果是的话直接输出了i的值；
然后，声明了布尔类型变量flag，表明是否为素数，用于后续判断是否输出i的值；
接下来，使用循环结构判断i是否为素数。初始化时声明了变量j，从2开始，跳出循环的条件时j小于i，判断i是否为素数只需从2开始尝试做除法，直到i-1为止。若余数为0，则表示能被整除，此时，flag应改为false。每次循环结束后j自增1；
最后，判断flag的值，若flag为true，则表示i是素数，输出i，反之则不是素数。

代码运行后，控制台输出：

2
2
3
5
7
11
13
...

明明是查找10以内的素数，为何不停地输出这么多结果呢？请大家来找茬，看看这段代码中有哪些问题？

最外层的for循环，终止条件是i大于0，但i始终是大于0的，程序一旦开始，便无法结束，陷入死循环；
当i等于2时，输出了一次i的值。然而在内层的循环体中，还将再次输出。最终将输出两次2；
在内层循环中，一旦i与j取余结果为0，则表明i不是素数，内层for循环结构无需再执行剩下的循环了。

解决了这3个问题，便能实现查找1-10以内的素数的需求了。要解决它们，就需要请出Go语言中的流程控制语句来“救场”了。在Go语言中，较为常用的流程控制语句有continue和break。前者的意义是立即结束本次循环，执行下一个循环；后者的意义是终止循环。

显然，解决问题1和3，只需使用break语句打断相应循环的执行即可；解决问题2，只需使用continue语句提前终止本次循环，直接执行下一次循环即可。因此，将代码改为：

func main() {
    for i := 2; i > 0; i++ {
        //当i大于10s
        if i > 10 {
            break
	}
	if i == 2 {
            fmt.Println(i)
            continue
	}
	//假定i为素数
	flag := true
	for j := 2; j < i; j++ {
            if i%j == 0 {
                //当i能被某个整数整除时，不是素数
		flag = false
		break
            }
	}
	//如果依旧为true，则i为素数
	if flag {
            fmt.Println(i)
	}
    }
}

运行结果为：