看似无限循环终止，除非使用 System.out.println

Posted 2023-02-19

【中文标题】看似无限循环终止，除非使用 System.out.println

【英文标题】：Seemingly endless loop terminates, unless System.out.println is used

【发布时间】：2017-06-17 17:55:33

【问题描述】：

我有一段简单的代码假设是一个无限循环，因为x 将一直在增长，并且总是比j 大。

int x = 5;
int y = 9;
for (int j = 0; j < x; j++) 
   x = x + y;

System.out.println(y);

但按原样，它会打印 y 并且不会无休止地循环。我不知道为什么。但是，当我以以下方式调整代码时：

int x = 5;
int y = 9;
for (int j = 0; j < x; j++) 
    x = x + y;
    System.out.println(y);

System.out.println(y);

它变成了一个无限循环，我不知道为什么。 java是否识别出它的无限循环并在第一种情况下跳过它，但必须在第二种情况下执行方法调用才能按预期运行？ 困惑:)

【问题讨论】：

第二个循环是无限的，因为上限x 比循环变量j 增长快。换句话说，j 永远不会达到上限，因此循环将“永远”运行。好吧，不是永远，你很可能会在某个时候溢出。

这不是一个死循环，只是第一种情况需要循环238609294次才能退出for循环，第二次打印y的值238609294次跨度>

一句话回答：溢出

有趣的是，System.out.println(x) 而不是最后的y 会立即显示问题所在

@TeroLahtinen 不，它不会。如果您对 int 类型有疑问，请阅读 Java 语言规范。它独立于硬件。

【参考方案1】：

这两个例子都不是无穷无尽的。

问题在于 Java（或几乎任何其他通用语言）中 int 类型的限制。当x的值达到0x7fffffff时，任何正值相加都会导致溢出，x变为负数，因此低于j。

第一个和第二个循环之间的区别在于内部代码需要更多时间，并且可能需要几分钟直到x 溢出。对于第一个示例，它可能需要不到第二个，或者很可能代码将被优化器删除，因为它没有任何效果。

正如讨论中提到的，时间在很大程度上取决于操作系统如何缓冲输出，是否输出到终端仿真器等，所以它可能比几分钟长得多。

【讨论】：

我刚刚尝试了一个程序（在我的笔记本电脑上）循环打印一行。我对它进行了计时，它能够打印大约 1000 行/秒。根据 N00b 的评论，循环将执行 238609294 次，循环终止大约需要 23861 秒 - 超过 6.6 小时。比“几分钟”多一点。

@ajb：取决于实现。 Windows 上的 IIRC println() 是一个阻塞操作，而在（一些？）Unix 上它是缓冲的，所以运行得更快。还可以尝试使用print()，它会缓冲直到遇到\n（或缓冲区已满，或调用flush()）

还取决于显示输出的终端。极端例子见***.com/a/21947627/53897（减速是由于自动换行）

是的，它在 UNIX 上已缓冲，但仍处于阻塞状态。一旦 8K 左右的缓冲区填满，它就会阻塞，直到有空间为止。速度将在很大程度上取决于消耗的速度。将输出重定向到 /dev/null 将是最快的，但是将其发送到终端，默认情况下，将需要屏幕上的图形更新和更多的计算能力，因为它会降低字体的渲染速度。

@Zbynek 哦，可能是这样，但这提醒我，终端 I/O 通常是行缓冲的，而不是阻塞的，所以很可能每个 println 都会导致系统调用进一步减慢终端速度案例。

【参考方案2】：

由于它们被声明为 int，一旦达到最大值，循环将中断，因为 x 值将变为负数。

但是当 System.out.println 添加到循环中时，执行速度变得可见（因为输出到控制台会减慢执行速度）。但是，如果您让第二个程序（循环内有 syso 的程序）运行足够长的时间，它应该具有与第一个程序（循环内没有 syso 的程序）相同的行为。

【讨论】：

人们没有意识到向控制台发送多少垃圾邮件会降低他们的代码速度。

【参考方案3】：

这可能有两个原因：

Java 优化了for 循环，由于循环后没有使用x，因此只需删除循环即可。您可以通过在循环后添加System.out.println(x); 语句来检查这一点。

Java 可能实际上并没有优化循环并且它正在正确执行程序，最终x 将变得太大而无法满足int 并溢出。整数溢出很可能会使整数x 为负数，小于j，因此它将退出循环并打印y 的值。这也可以通过在循环后添加System.out.println(x); 来检查。

此外，即使在第一种情况下，最终也会发生溢出，从而将其呈现为第二种情况，因此它永远不会是真正的无限循环。

【讨论】：

我选择2号门。

是的。它进入负数并退出循环。但是sysout 太慢了，以至于添加了无限循环的错觉。

1.将是一个错误。编译器优化不允许改变程序的行为。如果这是一个无限循环，那么编译器可能会优化它想要的一切，但是，结果必须仍然是一个无限循环。真正的解决方案是 OP 弄错了：两者都不是无限循环，一个只是比另一个做更多的工作，所以需要更长的时间。

@JörgWMittag 在这种情况下 x 是一个局部变量，与其他任何东西都没有关系。因此，它有可能被优化掉。但是应该查看字节码以确定是否是这种情况，永远不要仅仅假设编译器做了类似的事情。

【参考方案4】：

它们都不是无限循环， 初始 j = 0 ，只要 j

如果您正在寻找无限循环的示例， 它应该是这样的

int x = 6;

for (int i = 0; x < 10; i++) 
System.out.println("Still Looping");

因为 (x) 永远不会达到 10 的值；

您还可以使用双 for 循环创建无限循环：

int i ;

  for (i = 0; i <= 10; i++) 
      for (i = 0; i <= 5; i++)
         System.out.println("Repeat");   
      
 

这个循环是无限的，因为第一个 for 循环说 i

【参考方案5】：

这是一个有限循环，因为一旦x 的值超过2,147,483,647（这是int 的最大值），x 将变为负数且不再大于j，无论您打印 y 与否。

您只需将y 的值更改为100000 并在循环中打印y，循环很快就会中断。

你觉得它变得无限的原因是System.out.println(y); 使代码的执行速度比没有任何操作时要慢得多。

【参考方案6】：

有趣的问题实际上在这两种情况下循环都不是无穷无尽的

但它们之间的主要区别在于它将何时终止以及x 需要多长时间才能超过最大int 值，即2,147,483,647，之后它将达到溢出状态并且循环将终止。

理解这个问题的最好方法是测试一个简单的例子并保留它的结果。

示例：

for(int i = 10; i > 0; i++) 
System.out.println("finished!");

输出：

finished!
BUILD SUCCESSFUL (total time: 0 seconds)

在测试完这个无限循环后，它会在不到 1 秒的时间内终止。

for(int i = 10; i > 0; i++) 
    System.out.println("infinite: " + i);

System.out.println("finished!");

输出：

infinite: 314572809
infinite: 314572810
infinite: 314572811
.
.
.
infinite: 2147483644
infinite: 2147483645
infinite: 2147483646
infinite: 2147483647
finished!
BUILD SUCCESSFUL (total time: 486 minutes 25 seconds)

在这个测试用例中，您会注意到终止和完成运行程序所用的时间存在巨大差异。

如果你没有耐心，你会认为这个循环是无限的并且不会终止，但实际上它需要几个小时才能终止并达到i 值的溢出状态。

最后我们在将 print 语句放入 for 循环后得出结论，它比第一种没有 print 语句的情况下的循环花费的时间要长得多。

运行程序所需的时间取决于您的计算机规格，特别是处理能力（处理器容量）、操作系统和编译程序的 IDE。

我测试这个案例：

联想 2.7 GHz Intel Core i5

操作系统：Windows 8.1 64x

IDE：NetBeans 8.2

完成该程序大约需要 8 小时（486 分钟）。

您还可以注意到，for 循环 i = i + 1 中的步长增量是达到最大 int 值的非常慢的因素。

我们可以改变这个因素，让步长增加得更快，以便在更短的时间内测试循环。

如果我们输入i = i * 10 并对其进行测试：

for(int i = 10; i > 0; i*=10) 
           System.out.println("infinite: " + i);

     System.out.println("finished!");

输出：

infinite: 100000
infinite: 1000000
infinite: 10000000
infinite: 100000000
infinite: 1000000000
infinite: 1410065408
infinite: 1215752192
finished!
BUILD SUCCESSFUL (total time: 0 seconds)

如您所见，与上一个循环相比，它非常快

终止并完成程序运行不到 1 秒。

在这个测试示例之后，我认为它应该澄清问题并证明Zbynek Vyskovsky - kvr000's answer 的有效性，也将是这个question 的答案。