Вложенные циклы в Java

Вложенный цикл — это цикл внутри другого цикла. Внутренний цикл выполняется полностью при каждой итерации внешнего, поэтому тело исполняется внешний × внутренний раз. Это базовая конструкция для всех задач, связанных со строками и столбцами, парами или многомерными данными.

В этой главе предполагается, что вы знакомы с основными формами циклов — for-циклом и while-циклом. Любой цикл может быть вложен в любой другой; в примерах ниже используется for как наиболее распространённый вариант, но правило то же самое для while и for-each.

Два цикла for

for (int i = 1; i <= 3; i++) {
  for (int j = 1; j <= 3; j++) {
    System.out.println(i + "," + j);
  }
}

Вывод:

1,1
1,2
1,3
2,1
2,2
2,3
3,1
3,2
3,3

При каждом значении i внутренний цикл проходит по j от 1 до 3, прежде чем i увеличивается. Обратите внимание, что j заново инициализируется значением 1 при каждом проходе внешнего цикла — внутренний цикл начинается заново при каждом повторении внешнего. Используйте различные переменные цикла (i и j здесь); использование одного и того же имени в обоих циклах — распространённый источник ошибок.

Обход двумерного массива

Классическое применение вложенных циклов — итерация по матрице:

int[][] grid = {
  {1, 2, 3},
  {4, 5, 6},
  {7, 8, 9}
};

for (int r = 0; r < grid.length; r++) {
  for (int c = 0; c < grid[r].length; c++) {
    System.out.print(grid[r][c] + " ");
  }
  System.out.println();
}

Каждая строка сетки сама является массивом; внешний цикл перебирает строки, внутренний — ячейки в каждой строке. Форма for-each ещё чище, когда индексы не нужны:

for (int[] row : grid) {
  for (int cell : row) {
    System.out.print(cell + " ");
  }
  System.out.println();
}

Вывод шаблонов

Вложенные циклы — классическое упражнение для вывода шаблонов. Треугольник из звёздочек:

int rows = 5;
for (int i = 1; i <= rows; i++) {
  for (int j = 1; j <= i; j++) {
    System.out.print("*");
  }
  System.out.println();
}

Вывод:

*
**
***
****
*****

Счётчик внутреннего цикла зависит от переменной внешнего цикла — мощный шаблон, встречающийся постоянно.

Следите за сложностью

Один цикл по n элементам выполняется n раз. Цикл, вложенный в него, выполняется n × n = n² раз. Три вложенных цикла — n³ раз. При малом n это не имеет значения; при большом n — имеет очень большое:

Если вложенный цикл работает с большим набором данных, спросите себя, действительно ли нужен внутренний цикл. Поиск через HashMap зачастую заменяет внутренний цикл-поиск и меняет O(n²) на O(n).

break и continue действуют только на внутренний цикл

Как мы видели в разделах break и continue: без метки оба оператора применяются только к самому внутреннему циклу. Чтобы выйти из внешнего цикла или пропустить его итерацию изнутри внутреннего, используйте break или continue с меткой — см. именованные операторы.

Разобранный пример

Что дальше

Когда нужно выполнить break или continue для внешнего цикла из внутреннего, именованные операторы предоставляют для этого удобный способ.

Практика