带标签的 break 和 continue (Java)

Posted 2020-09-23

2002年12月发于 CCW-I
2006年9月搬至 CSDN，略作修改

　　Java 中有 goto 关键字，但这个关键字没有任何作用，换句话说，我们不能使用 goto 来进行跳转到某行。实际上，结构化程序设计完全不需要 goto 语句即可完成各种流程，而 goto 语句的使用往往会使程序的可读性降低，所以 Java 不允许 goto 跳转。

　　Java 中同样可以定义标签，使用标识符加冒号 (:) 的形式，如“mylabel:”。不过既然 Java 中的 goto 没有实质性的作用，标签的设计当然就不是为了 goto。

　　Java 中的标签是为循环设计的，是为了在多重循环中方便的使用 break 和 coutinue 而设计的。正是由于这个原因，Java 的标签只能定义在三种循环 (for() {}, do{} while(), while() {}) 的开始位置，否则编译器会报告说找不到标签。稍后的例子即可更直观的说明。

　　在循环前面加上标签，就好像给循环起了个名字。而后在循环中使用 break 或者 continue 语句的时候，就可以带上这个标签做为参数，指明跳出 (break) 或者继续 (continue) 哪一个循环，如“break mylabel;”、“continue mylabel;”。现在请看下面的例 1，直观的了解标签的用法，其中的注释已经大略说明了每分部代码在干什么，而示例后面的解释会让你更加明白：

　　例 1：LabelExmaple.java

/*
 * @(#) LabelExample.java
 * @author James Fancy
 */

/**
 * LabelExample 类将随机生成一个二维数组，
 * 数组每一行中的数据都是从小到在的顺序排列，但各行间并没有排序。
 * 同时，LabelExample 还会从生成的二维数组里随机找一个数作为要查找的数据。
 * 随后在 search 方法中使用带标签的 break 和 continue 语句来优化查找代码。
 */
public class LabelExample {

    /**
     * 主程序。
     */
    public static void main(String[] args) {
        LabelExample test = new LabelExample(3, 5);
        test.printMatrix();
        System.out.println();
        test.search();
    }

    int row; // 二维数组的行数

    int col; // 二维数组每行的数据个数

    int[][] data; // 数组数据

    int lookfor; // 要在数组中查找的数

    /**
     * 构造函数，生成一个由 row 指定行数，由 col 指定列数的数组。
     */
    public LabelExample(int row, int col) {
        this.row = row;
        this.col = col;
        createMatrix();
    }

    /**
     * 打印数组内容。
     */
    public void printMatrix() {
        System.out.println("row = " + row + ", col = " + col + ", lookfor = "
                + lookfor);
        for (int i = 0; i < row; i++) {
            for (int j = 0; j < col; j++) {
                System.out.print(" " + data[i][j]);
            }
            System.out.println();
        }
    }

    /**
     * 演示查找过程，使用带标签的 break 和 continue 语句。
     */
    public void search() {
        //loop1:
        // 若在此处定义标签，由于不是其后紧跟循环语句，所以会被勿略掉。
        // 被忽略掉的标签，如果在 break 或者 continue 语句中用到，编译时不能通过。
        // 如果没有在 break 或者 continue 中用到则编译可以成功。
        System.out.println("--- Begin Searching ---");
        loop1: for (int i = 0; i < row; i++) {
            for (int j = 0; j < col; j++) {
                if (data[i][j] > lookfor) {
                    System.out.println("--- JUMP ---");
                    continue loop1; // 想想此处用 break，结果会有什么变化
                }
                if (data[i][j] == lookfor) {
                    System.out.println("FOUND: data[" + i + "][" + j + "] = "
                            + lookfor);
                    break loop1; // 想想此处用 return，结果会有什么变化
                }
                System.out
                        .println("data[" + i + "][" + j + "] = " + data[i][j]);
            }
            System.out.println("--- LOOP2END ---");
        }
        System.out.println("--- End Searching ---");
    }

    /**
     * 生成随机数组和随机抽取要查找的数。
     */
    private void createMatrix() {
        data = new int[row][];
        for (int i = 0; i < row; i++) {
            data[i] = new int[col];
            int t = 0;
            for (int j = 0; j < col; j++) {
                t += (int) (Math.random() * 20);
                data[i][j] = t;
            }
        }
        lookfor = data[(int) (Math.random() * row)][(int) (Math.random() * col)];
    }

}

　　这段程序的运行结果如下：

row = 3, col = 5, lookfor = 48
    11  21  22  38  39
    14  22  40  55  72
    11  29  38  48  63

--- Begin Searching ---
data[0][0] = 11
data[0][1] = 21
data[0][2] = 22
data[0][3] = 38
data[0][4] = 39
--- LOOP2END ---
data[1][0] = 14
data[1][1] = 22
data[1][2] = 40
--- JUMP ---
data[2][0] = 11
data[2][1] = 29
data[2][2] = 38
FOUND: data[2][3] = 48
--- End Searching ---

　　由于程序中所有数据都是随机生成的，所以，运行该程序多次才得到上述较具代表性的结果。

　　上面程序中，createMatrix 方法和 printMatrix 方法都是工具，一个用于初始化数据，另一个则用于打印数组。而另一个方法 search 则是演示程序的关键之所在。

　　search 方法中打印的数据足以说明查找的过程。第一个 for 循环 (即标签为 loop1 的那个) 用于遍历二维数组中的所有组 (即每一行)；第二个 for 循环嵌套在第一个 for 循环中，用来遍历每一组中的所有数据，以便依次查找。

　　如果第二个 for 循环对某组数据进行查找的过程中没有找到要查找的数据，则有两种情况：1) 该组的数据全都比要查找的数据小，那么这个循环能够被完整执行，则可以执行该循环之后的语句，即输出“--- LOOP2END ---”。2) 该组数据有比要查找的数据大的数据，那么在检查到第一个比要查找的数据大的数据时，执行了 continue loop1。此语句不仅跳出了第二个 for 循环，还中止了第一个 for 循环中尚未执行的语句，直接进行第一个 for 循环的下一次循环。这里有一个问题，如果把 continue loop1 改成 break 会怎么样呢？如果改了，输入结果就会是：

  ……
--- JUMP ---
--- LOOP2END ---
  ……
　　造成这一现象的原因，是 braek 只中止了第二个循环，却没有中止第一个循环中尚未执行的语句。

　　现在在来看看找到了目标数据时的情况。如果找到了目标数据，则无论再执行哪一个循环都毫无意义了。所以，要中止掉两个循环。由于是在第二个循环中找到数据的，而第二个循环嵌套在第一个循环当中，如果直接 break 的话，则只能中止第二个循环，第一个循环仍然会继续；而使用 break loop1 则指定了中止第一个循环，既然第一个循环都被中止了，那么依赖于第一个循环的第二个循环当然也就被中止了。这里也有一个问题，为什么不用 return 呢？我想这个问题比上一个问题更好答，因为如果使用 return，那么这两个 for 循环之后的语句怎么办？

　　需要注意的是，这里的 continue 和 break 都用到了 loop1 标签。如果将代码中“System.out.println("--- Begin Searching ---");”和“loop1:”两条语句的位置交换一下，那么结果会怎么样呢？此时编译器会报告说找不到 loop1 标签。这就是上面提到的，标签定义之后必须紧接着循环语句的原因。不过，如果程序中没有任何一个 break 或者 continue 语句用到 loop1 的话，就无所谓 loop1 定义在哪里了，编译器会把它忽略掉的。

　　最后，补充一句，一般情况下还是不要使用 label。如果遇到一些比较复杂的多重循环，我更愿意建议使用多个方法来执行每一层的循环，这样会让程序结构显得更加清楚一些。