Iteration

Eine Methode, um etwas zu wiederholen, ist die for-Schleife.

Sie möchten nun zum Beispiel die Summe der Kuben der ganzen Zahlen zwischen 1 und 10 finden.

Theoretisch könnte Sie es als

let sum;
sum = 1 ** 3 + 2 ** 3 + 3 ** 3 + 4 ** 3 + 5 ** 3 + 6 ** 3 + 7 ** 3 + 8 ** 3 + 9 ** 3 + 10 ** 3;
console.log(sum);

schreiben, aber das ist fehleranfällig. Außerdem wird sie noch länger und fehleranfälliger, wenn man den Fall von 1 bis 100 berechnen möchte.

In solchen Fällen verwendet man eine for-Schleife wie folgt. (Mehr dazu später. Für den Moment überfliegen Sie dies einfach.)

let sum = 0;	// Vergessen Sie nicht die Initialisierung

let i;
for (i = 1; i <= 10; i++) {
  sum += i ** 3; // sum = sum + i ** 3; ist auch möglich
}
console.log(sum);

Ein entsprechendes Flussdiagramm sieht so aus.

Neben dem Fluss von oben nach unten ist auch ein Rückfluss zu erkennen. Das heißt, dass dies auch eine Kontrollstruktur ist. Sie können auch sehen, dass es sich im Wesentlichen um eine bedingte Verzweigung handelt, wie man am Aussehen der Raute erkennen kann.

Beginnen wir mit einem einfachen Beispiel, um Ihnen eine Vorstellung zu vermitteln.

let i;
for (i = 0; i < 3; i++) {
  console.log(i);
}

let sum = 0;
let i;
for (i = 1; i <= 5; i++) {
  sum += i;
  console.log("  i =", i, ", sum =", sum);
}
console.log("Sum is", sum);

let i;
for (i = 0; i < 3; i++) {
  console.log(i);
}

let i = 1
for ( ; i < 3; i++) {	// ! Möglich, aber zu vermeiden !
  console.log("Hello, World");
}

Teilzusammenfassung

Zusammengefasst hat die for-Schleife die folgende Struktur:

for ([Initialisierung]; [Schleifenbedingung]; [Fortsetzung]) {
  Anweisungen
}

Das Flussdiagramm für die for-Schleife sieht wie folgt aus:

Beachten Sie, dass jede Schleife in dieser Reihenfolge wiederholt wird:

1. Auswertung der Schleifenbedingung

2. Ausführung des Blocks

3. Fortsetzung

Probieren Sie das folgende Beispiel aus.

Klicken Sie unten auf Run , um das folgende Programm auszuführen. Es markiert die Teile des Programms, die gerade laufen, so dass Sie sehen können, wo und wann sie laufen.

Run Reset

Ergebnis

Clear

Überprüfen Sie in den nächsten beiden Übungen nochmal, wann welche Teile ausgeführt werden.

Wie oft wird Hello, World angezeigt, wenn Sie das folgende Programm ausführen? Warum ist das so? Wenn Sie die Antworten herausgefunden haben, führen Sie das Programm aus und sehen Sie, was passiert.

let i;
for (i = 0; i < -1; i++) {
  console.log("Hello, World\n");
}

Run

Ergebnis

Clear

Was sehen Sie, wenn Sie das folgende Programm ausführen? Warum ist das so? Wenn Sie die Antworten herausgefunden haben, führen Sie das Programm aus und sehen Sie, was passiert.

let i;
for (i = 1; i <= 10; i++) {
  // Nichts tun
}
console.log(i);

Run

Ergebnis

Clear

let i;
for (i = 0; i < 3; i++) {
  ...
}

// i ist auch nach dieser Zeile noch gültig.

for (let i = 0; i < 3; i++) {
  ...
}

// Hier ist i nicht mehr gültig.

for (let i = 0; i < 10; i++) {
  console.log("Hello, World");
}

for (let i = 1; i <= 10; i++) {
  console.log("Hello, World");
}

let sum = 0;
for (let i = 1; i <= 10; i++) {
  sum += i;
}
console.log(sum);

Bei for-Schleifen ist die Anzahl der Iterationen wichtig. Andererseits gibt es Fälle, in denen die Anzahl der Iterationen nicht im Voraus bekannt ist, man aber so lange iterieren möchte, wie bestimmte Bedingungen erfüllt sind.

Zum Beispiel: Wir summieren die Kuben der ganzen Zahlen ab 1. Wir möchten nun wissen, wann die Gesamtzahl zum ersten Mal 1000 übersteigt. In diesem Fall ist die Anzahl der Iterationen nicht im Voraus bekannt, so dass es schwierig ist, dafür mit for-Schleife zu schreiben.

In diesem Fall kann man while verwenden:

let n = 0;
let sum = 0;
while (sum < 1000) {
  n++;
  sum += n ** 3;
  console.log(n, sum);
}
console.log("Result: ", n, sum);

Die Struktur der while-Schleife ist wie folgt:

while ([Schleifenbedingung]) {
  Anweisungen
}

Die Schleifenbedingung wird zuerst ausgewertet und wenn sie wahr ist, wird der Block ausgeführt. Da die Bedingung zuerst ausgewertet wird (wie bei for-Schleife), kann der Block nie ausgeführt werden.

Ich sagte oben, dass es schwer ist, dies mit for-Schleife zu schreiben, aber man kann es tatsächlich in eine for-Schleife schreiben.

// ! Das ist keine gute Art zu schreiben !
let sum = 0;
for (let i = 1; sum < 1000; i++) {	// i und sum treten zur gleichen Zeit auf
  sum += i ** 3;
}
console.log(sum);

Dies ist jedoch keine gute Art, es zu schreiben. Das ( … ) von for setzt sich aus mehreren Variablen zusammen, was verwirrend ist (und bei späterer Betrachtung leicht missverstanden werden kann). In Anbetracht der (englischen) Bedeutungen von for und while ist while in diesem Fall besser geeignet.

Es ist wichtig, Programme so zu schreiben, dass sie auch für andere Leute leicht verständlich sind, denn wenn sie für andere leicht zu verstehen sind, sind sie auch für Sie leicht zu verstehen, wenn Sie sie sich die Programme später ansehen, und solche Programme haben weniger Fehler, oder wenn sie Fehler haben, sind sie leichter zu finden.

Ein Programm, das nach dem Motto Hauptsache, es funktioniert geschrieben wurde, wird wahrscheinlich Fehler enthalten.

Schauen wir uns einen der häufig auftretenden Fehler an.

do-while-Schleife ist sehr ähnlich wie while. Der Unterschied ist nur, dass es mindestens einmal ausgeführt wird. Er wird relativ selten verwendet.

do {
  Anweisungen
} while ([Schleifenbedingung]);

In der do-while-Schleife wird zunächst ein Block ausgeführt. Nach der Ausführung des Blocks wird die Schleifenbedingung ausgewertet und wenn sie erfüllt ist, wird die Schleife wiederholt.

Wenn Sie aus einer Schleife ausbrechen möchten, können Sie break verwenden. Die Verwendung von break sollte jedoch nach Möglichkeit vermieden werden. Bevor Sie ihn verwenden, sollten Sie genau überlegen, ob er wirklich notwendig ist und ob es eine bessere Möglichkeit gibt, ihn zu schreiben. break kann in for, while und do-while verwendet werden.

Ein relativ häufiges Muster ist das folgende.

Wenn Sie eine iterative Berechnung durchführen (z. B. mit der Newton-Raphson-Verfahren) und diese beenden möchten, wenn sie konvergiert, könnten Sie theoretisch wie folgt schreiben:

do {
  // Berechnung
} while (! converged);	// Sie schreiben hier die konkrete Bedingung der Konvergenz.

Wenn die Konvergenz jedoch nicht garantiert ist (was fast immer der Fall ist), ist es oft wünschenswert, eine maximale Anzahl von Iterationen festzulegen und aufzugeben, wenn die Konvergenz nicht innerhalb dieser Anzahl eintritt. In einem solchen Fall kann man zum Beispiel wie folgt schreiben:

let MAXLOOP = 100;

for (let i = 0; i < MAXLOOP; i++) {
  // Berechnung

  if (converged) {
    break;
  }
}

Oder, fast identisch, das Folgende:

let MAXLOOP = 100;

let i = 0;
do {
  // Berechnung

  if (converged) {
    break;
  }
  i++;
} while (i < MAXLOOP);

Dies kann als do-while mit einer begrenzten Anzahl der Schleifen (in diesem Fall 100) betrachtet werden.

Wenn Sie break in einer verschachtelten for/while/do-while-Schleife (einer Schleife innerhalb einer Schleife) verwenden, wird die innerste Schleife von break aus verlassen.

Achten Sie beim Schreiben von Schleifen sehr genau auf die Schleifenbedingung. Es ist ein häufiger Fehler, eine Schleife zu viel oder eine zu wenig zu haben. Solche Fehler sind auch oft nur schwer zu finden.

Wenn Sie eine Bedingung schreiben, die immer wahr ist (und nie falsch wird), entsteht eine Endlosschleife, die auch natürlich vermieden werden soll.

In diesem Abschnitt haben Sie die Grundlagen der Iteration kennen gelernt. Für die Wiederholung können

• for

• while

• do-while

verwendet werden. Sie haben auch break kennengelernt, der verwendet wird, eine Schleife zu unterbrechen.