Циклы на c: Циклы в языке C. Урок 5

C: Циклы — Linux FAQ

Циклы широко используются в программировании для повторения одних и тех же действий. Циклическое повторение действий может прервано в определенный, описанный разработчиком момент, к примеру, после достижения переменной заданного значения или после чтения последнего байта из файла.

Цикл for

Цикл for используется для выполнения блока кода для каждого из рассматриваемых объектов, событий, элементов массива и так далее…

1. #include <stdio.h>

2.  

3. 
   int main()

4. {

5.     for (int count = 1; count <= 10; count++)

6.     {

7. 
           printf(«%in», count);
   

8.     }

9.  

10.     return 0;

11. }

В данном случае будут выведены значения переменной count от 1 до 10. При объявлении цикла разработчику предлагается осуществить инициализацию переменной (int count = 1), задать условие исполнения цикла (count <= 10) и задать инструкцию, которая будет исполняться после каждой итерации, причем в данном случае она предназначена для увеличения значения переменной (count++). Все эти выражения необязательны, причем при чтении чужого кода вы наверняка столкнетесь с довольно странными на первый взгляд вариантами использования циклов for. Главное помнить о назначении выражений в описании цикла, а также о том, что исполнение цикла может быть прервано в любой момент с помощью инструкции break или goto.

Загрузить файл исходного кода

Цикл while

Цикл while осуществляет проверку заданного разработчиком условия и в случае его выполнения осуществляет исполнение заданного блока кода. Однако, в некоторых случаях условие не будет выполняться никогда, следовательно, блок кода также не будет исполнен ни разу, при этом исполнение начнется с выражения, следующего за циклом.

1. #include <stdio.h>

2.  

3. 
   int main()

4. {

5.     int i = 0;

6.    

7.     while (i < 10)

8.     {

9. 
   

10.         i++;

11.     }

12.    

13.     return 0;

14. }

С помощью данного цикла будут выведены значения от 1 до 9 (обратите внимание, что в условии используется оператор <, а не <=, как в примере выше). Цикл while предполагает указание выражения условия, причем увеличение значения переменной или любое другое аналогичное действие должно выполняться в теле цикла (обратите внимание на выражение i++;).

Загрузить файл исходного кода

Цикл do-while

Цикл do-while очень похож на цикл do, но, в отличие от него, проверяет условие после исполнения блока кода, а не до него. Это означает, что код из тела цикла будет исполнен как минимум один раз, причем в случае выполнения условия он может исполняться неограниченное число раз.

1. #include <stdio.h>

2.  

3. 
   int main()

4. {

5.     int i = 1;

6.    

7.     do

8.     {

9. 
   

10.         i++;

11.     } while (i < 10);

12.    

13.     return 0;

14. }

С помощью данного цикла также будут выведены значения от 1 до 9. Увеличение значения переменной или любое другое аналогичное действие должно также выполняться в теле цикла (обратите внимание на выражение i++;).

Загрузить файл исходного кода

Циклы в языке программирования С (Си) для микроконтроллеров AVR

В данной статье будут рассмотрены циклы в языке программирования Си для микроконтроллеров AVR. Будут рассмотрены циклы типа «для» (for) и циклы типа «пока» (while), будет показано как осуществить принудительное прерывание цикла и организовать бесконечный цикл. Рассмотрены вопросы вложенных циклов и формирования длительных временных задержек.

Для того чтобы несколько раз повторить какую-либо последовательность действий, применяют алгоритмические конструкции, называемые циклами. Саму последовательность действий при этом называют телом цикла.

В языке С есть две разновидности циклов: циклы со счетчиком (типа «для» или for) и цикл с условием (типа «пока» или while). В других языках программирования, например Pascal, циклы с условием разделялись на циклы с предусловием (типа while) и циклы с пост условием (типа repeat until), но в современных языках программирования циклы с пост условием постепенно отмирают.

Циклы типа «для» (for)

Циклы типа «для» (for) применяются в ситуациях, в которых заранее известно количество повторений цикла. Поэтому в составе подобного цикла всегда есть так называемый «счетчик повторений» или «переменная цикла». Пример использования цикла for в языке представлен на следующем рисунке.

В данном примере тело цикла повторится столько раз, сколько значений «пробежит» переменная цикла i от своего начального значения, задаваемого операцией присваивания i = a, до конечного значения, задаваемого условием i < b. Изменение переменной i определяется условием присваивания вида i = i + c. Но чаще всего в циклах типа for в языке С переменная цикла изменяется за одно повторение цикла на +1 или -1, поэтому используется запись вида i++ (инкремент переменной цикла) или i— (декремент переменной цикла). В рассмотренном примере при i = b цикл завершается и выполняется оператор, следующий за закрывающей скобкой цикла.

Рассмотрим пример цикла for, приведенный на следующем рисунке.

В этом примере на первом шаге цикла переменная i будет равна 1, перед вторым шагом произойдет ее увеличение на 1 в результате инкремента (i++) и она станет равной 2. На третьем шаге значение переменной цикла i будет равно 3. И так до тех пор, пока на пятом шаге цикла она не станет равной 5. В результате следующей операции инкрементирования (i++) переменная цикла получит значение 6, но условие i <= 5 уже не будет истинным, поэтому цикл завершится. Таким образом, тело цикла будет выполнено 5 раз.

Язык С допускает инициализацию переменной цикла в его оглавлении как показано на следующем рисунке.

Но начинающим лучше производить инициализацию переменной цикла в начале функции вместе с остальными инициализируемыми переменными – более подробно читайте об этом в статье про переменные в языке С.

Усовершенствуем программу управления миганием светодиода, рассмотренную в статье про программирование портов микроконтроллеров AVR, с помощью цикла типа «для» (for). Заставим светодиод мигать 10 раз.

Пример подобной программы представлен на следующем рисунке.

Циклы типа «пока» (while)

Цикл типа while («пока») повторяется до тех пор, пока истинно условие цикла. Поэтому часто его называют циклом с условием. В простейшем виде запись данного цикла выглядит следующим образом:

while (условие)
{
// тело_цикла
}

Циклы с условием необходимы в тех случаях, когда заранее не известно число повторений цикла. Подобный цикл будет работать до тех пор, пока выполняется условие.

Чтобы цикл завершился, внутри него (в его теле) должно происходить изменение какой-либо переменной, которая входит в условие цикла.

Пример:

int y;

y = 50;

while (y > 0)
{
y = y — 1;
}

В этом примере тело цикла будет повторено (выполнится) 50 раз, до тех пор пока переменная y будет больше нуля. На каждом шаге цикла значение переменной y будет уменьшаться на 1. И когда оно станет равным 0, цикл завершится.

Оператор break

С помощью данного оператора можно в любой момент завершить цикл (прервать его выполнение). Обычно это делается при наступлении каких-нибудь особых условий.

В большинстве случаев он используется следующим образом:

if (условие1) break;

Данную последовательность операторов можно записать в любом месте цикла. Но опытные программисты стараются все таки избегать использования данного оператора – для улучшения читаемости и отладки программы желательно в условии цикла прописывать все ситуации, при которых будет нужен выход из цикла.

Бесконечные циклы

Бесконечный цикл в языке программирования С можно осуществить как с помощью цикла «для» (for), так и с помощью цикла «пока» (while). Синтаксис подобных циклов выглядит следующим образом.

for(;;)
{
// тело_цикла
}

или

while (1)
{
// тело_цикла
}

Чаще применяется способ с циклом типа while – он более нагляден. Выйти из подобных циклов можно единственным образом – применив рассмотренный в предыдущем разделе оператор break.

Бесконечные циклы находят широкое распространение в программах для микроконтроллеров, потому что данные программы должны, как правило, работать постоянно до тех пор, пока устройство не обесточат. Много примеров подобных программ вы можете найти на нашем сайте в рубрике «схемы и устройства на микроконтроллерах AVR».

Вложенные циклы

В большинстве известных в настоящее время языках программирования (и язык Си этому не исключение) допускается использование вложенных циклов – то есть когда один цикл выполняется в теле другого. Пример использования такой конструкции приведен на следующем рисунке:

Рассмотрим пример двух вложенных друг в друга циклов «для». Тело вложенного цикла в общей сложности будет повторено 200 раз.

В этом примере тело вложенного цикла будет выполнено 200 раз.

Формирование задержки

Аппаратные средства микроконтроллеров AVR не могут формировать длительные задержки – но это, собственно говоря, не очень и нужно потому что сколь угодно длительную задержку можно организовать с помощью циклов (лишь бы имелась возможность формирования хотя бы небольшой задержки). Пример организации задержки длительностью 10 минут с помощью цикла и функции _delay_ms() представлен на следующем рисунке:

for, foreach, while и do while

В программировании различные типы циклов применяются для того, чтобы повторить некоторое действие нужное количество раз. Например отсортировать элементы массива или найти факториал числа. Цикл состоит из условия и тела цикла. Код, находящийся в теле, выполняется, когда условие равно true. Каждое повторение цикла называется итерацией.

Типы циклов

Цикл For

for (int i=0; i<10; i++) { тело }

i — это переменная-счётчик, которая сначала равна нулю. До тех пор, пока она меньше 10, выполняется тело цикла, затем счетчик увеличивается на единицу. For — цикл с предусловием. Это значит, что сначала проверяется условие, и если оно true, то тело выполняется. В скобках объявляется тип переменной счётчика и её начальное значение. Затем указывается условие конца цикла и способ, которым изменяется значение счётчика.

Цикл Foreach (или совместный цикл)

for (int element :array) { тело }

Тело этого цикла выполнится для каждого элемента коллекции. В переменной element будет доступен по очереди каждый элемент массива array.

Цикл While

while(i < 10) { тело }

Относится к тому же типу циклов, что и For, — цикл с предусловием. С его помощью можно создать безусловный цикл, например while(1) — бесконечный цикл. Чтобы его закончить, нужно использовать служебное слово break.

Цикл Do While

do { тело } while (i<10)

Do While относится к типу циклов с постусловием. Однако здесь код выполнится как минимум один раз, даже если условие false.

Вложенные циклы

int array[][] = {{1, 2, 3}, {3, 4, 5}}

for (i=0;i<3;i++) {
    for (j=0;j<3;j++) {
        printf(array[i][j])
    }
}

Циклы можно помещать внутрь друг друга. Это удобно для перебора многомерных коллекций. Код в примере выше выведет в консоль значение каждого элемента из двумерного массива array.

Операторы циклов

Break

while (true) // бесконечный цикл
    {
         std::cout << "Введите 0 чтобы выйти, или любое число чтобы продолжить: ";
         int val;
         std::cin >> val;
 
         // Выходим из цикла, если пользователь ввел 0
         if (val == 0)
             break;
    }

Оператор break используется для досрочного выхода из цикла. Когда программа встречает break, цикл немедленно завершается и начинает выполняться код, следующий за циклом.

Continue

Оператор Continue даёт циклу команду выйти из текущей итерации и перейти к следующей.

Этот код выведет в консоль все нечетные числа из диапазона от 0 до 10:

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i % 2 == 0) {
        continue;
    }
    cout << i << "\n";
}

С++. Задачи с решениями. Числа и циклы. Задачи 1-10

1. Составьте программу, выводящую на экран квадраты чисел от 10 до 20 включительно.

2. Даны натуральные числа от 35 до 87. Вывести на консоль те из них, которые при делении на 7 дают остаток 1, 2 или 5.

3. Найдите сумму  , где число вводится пользователем с клавиатуры.

4. Найдите произведение цифр трехзначного числа.

5. Найдите количество четных цифр данного натурального числа.

6. Найдите наибольшую цифру данного натурального числа.

7. Найдите все четырехзначные числа, сумма цифр каждого из которых равна 15.

Метки задачи, циклы. Смотреть запись.

Цикл For c Описанием и Примерами

Цикл for — один из основных циклов в разных языках программирования. В этом руководстве, как уже понятно из названия — “Bash: Цикл For” — мы объясним, как он используется в языке программирования bash. Так что приготовьтесь добавить новый инструмент в ваш арсенал разработчика!

Цикл for — оператор итерации. Это значит, что он позволяет выполнять код повторно. Допустим, вы хотите запустить одну и ту же инструкцию 5 раз. Вместо того, чтобы писать пять отдельных кусков кода, вы можете просто написать синтаксис цикла for один раз. Давайте разбираться, как работает цикл for более детально?  

Синтаксис Цикла For в Bash

По сути, самый простой синтаксис цикла for перебирает список простых значений. Обычно это выглядит так:

for VARIABLE in 1 2 3 4 5 .. N
Perform the below command:
    command1
    command2
    commandN
done

На деле этот синтаксис будет выглядеть следующим образом:

#!/bin/bash
for i in 1 2 3 4 5
do
 echo "Hello $i"
done

Выполнение файла bash приведёт к появлению следующего текста:

Hello 1
Hello 2
Hello 3
Hello 4 
Hello 5

Давайте разберём каждый элемент:

• #!/bin/bash — показывает, что код является скриптом bash
• i — это плейсхолдер для переменной. Между тем, $i — это индивидуальное значение переменной. Вы также можете записать это как c/$c или любым другим именем
• in — разделяет переменную и элементы, что следуют за ней
• 1 2 3 4 5 — это пример элементов, над которыми вы хотите выполнить инструкцию
• do — это ключевое слово, которое запускает циклы. Затем оно выполнит инструкцию энное количество раз, при этом n — это общее количество элементов. Здесь значение n равно 5
• echo “Hello: $i” — код, который мы будем повторять энное количество раз. Помните, что кавычки превращают что-либо внутри них в одну переменную.
• done — останавливает цикл

Вы можете написать код по-разному в зависимости от версии bash, которую вы используете.

Bash версии 3.0+ позволяет сокращённо задавать диапазон с помощью “. .”.

#!/bin/bash
for i in {1. .5}
do
  echo "Hai $i"
done

Bash версии 4.0+ позволяет использовать синтаксис {START. .END. .INCREMENT}.

#!/bin/bash
for i in {0. .8. .2}
do
  echo "Hai $i"
done

Результат будет выглядеть следующим образом:

Hai 0
Hai 2
Hai 4
Hai 6 
Hai 8

Другие распространённые варианты синтаксиса:

for VARIABLE in file1 file2 file3
do
    command1 on $VARIABLE
    command2
    commandN
done

Или так:

for OUTPUT in $(Linux-Or-Unix-Command-Here)
do
    command1 on $OUTPUT
    command2 on $OUTPUT
    commandN
done

Цикл For в Bash: Примеры

Вы можете обновить синтаксис для выполнения нескольких операций. Помните, что перед тем, как что-либо делать, вам необходимо зайти на свой VPS-сервер. Если вы сомневаетесь, как это сделать, вам поможет это руководство.

Между тем, если у вас возникли проблемы с bash, рекомендуем прочесть общее руководство по bash (англ). Помните, что функции bash должны быть в файле .sh. Чтобы создать его, запустите следующую команду в командной строке:

vim NameOfFile.sh

Эта команда создаст файл .sh и откроет его в редакторе VIM. Опять-таки более детально это описано в вышеупомянутом руководстве по базовым функциям bash.

Используем Bash-цикл For для Создания Бесконечного Цикла

После активации этот цикл будет выполнять код до тех пор, пока вы не остановите его, нажав Control + C. В этом случае термин «Hello World» будет появляться снова и снова сам по себе.

#!/bin/bash
for (( ; ; ))
do
  echo "Hello World!"
done

Цикл For с Тремя Выражениями в Bash

Цикл состоит из трёх записывающих выражений — инициализатора, или начального значения переменной (EXP1), условия окончания цикла (EXP2) и выражения, вычисляемого после каждой итерации (EXP3). Иногда люди называют его циклом в стиле C из-за близкого сходства в структуре кода с этим языком программирования. Синтаксис цикла выглядит следующим образом:

for (( EXP1; EXP2; EXP3 ))
do
    command1
    command2
    command3
done

А вот рабочий пример, который вы можете попробовать повторить сами:

#!/bin/bash
for (( c=1; c<=5; c++ ))
do  
  echo "Hai $c"
done

Начальное значение, указанное в коде, равно 1. Цикл будет выполняться, до тех пор пока условие в EXP2 истинно (true), в данном случае, это означает, что оно не должно быть больше 5. Знак, ++, в свою очередь, означает инкремент, или увеличение на 1. Цикл будет повторяться один за другим, начиная с начального значения. Результат:

Hai 1
Hai 2
Hai 3
Hai 4 
Hai 5

Управление Циклами Bash: Цикл For с Пропуском и Продолжением

Оператор continue пропускает одну итерацию цикла и переходит к следующей. Вот как выглядеть синтаксис такой операции:

for I in 1 2 3 4 5
do
 if [condition]
 then
    continue   #Перейти к следующей итерации I в цикле и пропустить инструкцию 3
 fi
 statement
done

Следуя синтаксису, мы можем сказать bash пропустить выполнение одной итерации, а затем продолжить цикл:

for i in {1..5}
do
  if [[ "$i" == '4' ]]
  then
    continue
  fi
  echo "Hai $i4"
done

Вывод:

Hai 1
Hai 2
Hai 3
Hai 5

Поскольку значение 4 соответствовало инструкции continue, цикл не выполнил код и перешел к следующему значению — 5.

Управление Циклами Bash: Цикл For с Перерывом

Цикл позволяет остановить операцию, если она соответствует заявленным условиям. При этом за ней может следовать другая инструкция. Вот синтаксис:

for I in 1 2 3 4 5
  do
  if [condition]
  then
    break
  fi
  statement
done

При использовании этой функции наш код будет выглядеть так:

for city in Manila Bangkok Jakarta Kuala Lumpur
do
  if [[ "$city" == 'Jakarta' ]]; then
    break
  fi
  echo "city: $city"
done

echo 'Yes, that’s all!'

И, наконец, вывод:

city: Manila
city: Bangkok
Yes, that’s all!

Оператор сообщает циклу прервать операцию, когда условие выполнено (термин Джакарта найден). Затем он выполнит второй код, а именно ввод текста “Да, это всё!” (“Yes, that’s all!”).

Краткое Изложение

Цикл for отлично подходит для автоматизации повторяющихся задач в Bash. Помимо основных примеров, приведённых выше, существует ещё множество вариантов применения этого цикла. Например, с его помощью вы можете отслеживать файлы и выполнять ещё множество других задач. 

Всё, что вам нужно сделать, это разобраться в синтаксисе. Цикл for имеет довольно высокий порог вхождения, но мы уверенны, что чтение этой вступительной статьи — хорошее начало. Всё остальное — дело практики. Удачи!

Ольга уже около пяти лет работает менеджером в сфере IT. Написание технических заданий и инструкций — одна из её главных обязанностей. Её хобби — узнавать что-то новое и создавать интересные и полезные статьи о современных технологиях, веб-разработке, языках программирования и многом другом.

Цикл (программирование) — это… Что такое Цикл (программирование)?

У этого термина существуют и другие значения, см. цикл.

Пример цикла While.

Цикл — разновидность управляющей конструкции в высокоуровневых языках программирования, предназначенная для организации многократного исполнения набора инструкций. Также циклом может называться любая многократно исполняемая последовательность инструкций, организованная любым способом (например, с помощью условного перехода).

Определения

Последовательность инструкций, предназначенная для многократного исполнения, называется телом цикла. Единичное выполнение тела цикла называется итерацией. Выражение определяющее, будет в очередной раз выполняться итерация, или цикл завершится, называется условием выхода или условием окончания цикла (либо условием продолжения в зависимости от того, как интерпретируется его истинность — как признак необходимости завершения или продолжения цикла). Переменная, хранящая текущий номер итерации, называется счётчиком итераций цикла или просто счётчиком цикла. Цикл не обязательно содержит счётчик, счётчик не обязан быть один — условие выхода из цикла может зависеть от нескольких изменяемых в цикле переменных, а может определяться внешними условиями (например, наступлением определённого времени), в последнем случае счётчик может вообще не понадобиться.

Исполнение любого цикла включает первоначальную инициализацию переменных цикла, проверку условия выхода, исполнение тела цикла и обновление переменной цикла на каждой итерации. Кроме того, большинство языков программирования предоставляют средства для досрочного управления циклом, например, операторы завершения цикла, то есть выхода из цикла независимо от истинности условия выхода (в языке Си — break) и операторы пропуска итерации (в языке Си — continue).

Виды циклов

Безусловные циклы

Иногда в программах используются циклы, выход из которых не предусмотрен логикой программы. Такие циклы называются безусловными, или бесконечными. Специальных синтаксических средств для создания бесконечных циклов, ввиду их нетипичности, языки программирования не предусматривают, поэтому такие циклы создаются с помощью конструкций, предназначенных для создания обычных (или условных) циклов. Для обеспечения бесконечного повторения проверка условия в таком цикле либо отсутствует (если позволяет синтаксис, как, например, в цикле LOOP…END LOOP языка Ада), либо заменяется константным значением (while true do … в Паскале). В языке С используется цикл for(;;) с незаполненными секциями.

Цикл с предусловием

Цикл с предусловием — цикл, который выполняется пока истинно некоторое условие, указанное перед его началом. Это условие проверяется до выполнения тела цикла, поэтому тело может быть не выполнено ни разу (если условие с самого начала ложно). В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором while, отсюда его второе название — while-цикл. На языке Pascal цикл с предусловием имеет следующий вид:

while <условие> do
begin   
  <тело цикла> 
end;

На языке Си:

while(<условие>)
{
   <тело цикла>
}

Цикл с постусловием

Цикл с постусловием — цикл, в котором условие проверяется после выполнения тела цикла. Отсюда следует, что тело всегда выполняется хотя бы один раз. В языке Паскаль этот цикл реализует оператор repeat..until; в Си — do…while.
На языке Pascal цикл с постусловием имеет следующий вид::

repeat
    <тело цикла>
until <условие выхода>

На языке Си:

do
{
    <тело цикла>
}
while(<условие продолжения цикла>)

В трактовке условия цикла с постусловием в разных языках есть различия. В Паскале и языках, произошедших от него, условие такого цикла трактуется как условие выхода (цикл завершается, когда условие истинно, в русской терминологии такие циклы называют ещё «цикл до»), а в Си и его потомках — как условие продолжения (цикл завершается, когда условие ложно, такие циклы иногда называют «цикл пока»).

Цикл с выходом из середины

Цикл с выходом из середины — наиболее общая форма условного цикла. Синтаксически такой цикл оформляется с помощью трёх конструкций: начала цикла, конца цикла и команды выхода из цикла. Конструкция начала маркирует точку программы, в которой начинается тело цикла, конструкция конца — точку, где тело заканчивается. Внутри тела должна присутствовать команда выхода из цикла, при выполнении которой цикл заканчивается и управление передаётся на оператор, следующий за конструкцией конца цикла. Естественно, чтобы цикл выполнился более одного раза, команда выхода должна вызываться не безусловно, а только при выполнении условия выхода из цикла.

Принципиальным отличием такого вида цикла от рассмотренных выше является то, что часть тела цикла, расположенная после начала цикла и до команды выхода, выполняется всегда (даже если условие выхода из цикла истинно при первой итерации), а часть тела цикла, находящаяся после команды выхода, не выполняется при последней итерации.

Легко видеть, что с помощью цикла с выходом из середины можно легко смоделировать и цикл с предусловием (разместив команду выхода в начале тела цикла), и цикл с постусловием (разместив команду выхода в конце тела цикла).

Часть языков программирования содержат специальные конструкции для организации цикла с выходом из середины. Так, в языке Ада для этого используется конструкция LOOP…END LOOP и команда выхода EXIT или EXIT WHEN:

LOOP
  ... Часть тела цикла
  EXIT WHEN <условие выхода>;
  ... Часть тела цикла
  IF <условие выхода> THEN 
    EXIT; 
  END;
  ... Часть тела цикла
END LOOP:

Здесь внутри цикла может быть любое количество команд выхода обоих типов. Сами команды выхода принципиально не различаются, обычно EXIT WHEN применяют, когда проверяется только условие выхода, а просто EXIT — когда выход из цикла производится в одном из вариантов сложного условного оператора.

В тех языках, где подобных конструкций не предусмотрено, цикл с выходом из середины может быть смоделирован с помощью любого условного цикла и оператора досрочного выхода из цикла (такого, как break в Си, exit в Турбо Паскале т. п.), либо оператора безусловного перехода goto.

Цикл со счётчиком

Цикл со счётчиком — цикл, в котором некоторая переменная изменяет своё значение от заданного начального значения до конечного значения с некоторым шагом, и для каждого значения этой переменной тело цикла выполняется один раз. В большинстве процедурных языков программирования реализуется оператором for, в котором указывается счётчик (так называемая «переменная цикла»), требуемое количество проходов (или граничное значение счётчика) и, возможно, шаг, с которым изменяется счётчик. Например, в языке Оберон-2 такой цикл имеет вид:

 FOR v := b TO e BY s DO
   ... тело цикла
 END

(здесь v — счётчик, b — начальное значение счётчика, e — граничное значение счётчика, s — шаг).

Неоднозначен вопрос о значении переменной по завершении цикла, в котором эта переменная использовалась как счётчик. Например, если в программе на языке Паскаль встретится конструкция вида:

i := 100;
for i := 0 to 9 do
begin
  ... тело цикла
end;
k := i;

возникает вопрос: какое значение будет в итоге присвоено переменной k: 9, 10, 100, может быть, какое-то другое? А если цикл завершится досрочно? Ответы зависят от того, увеличивается ли значение счётчика после последней итерации и не изменяет ли транслятор это значение дополнительно. Ещё один вопрос: что будет, если внутри цикла счётчику будет явно присвоено новое значение? Различные языки программирования решают данные вопросы по-разному. В некоторых поведение счётчика чётко регламентировано. В других, например, в том же Паскале, стандарт языка не определяет ни конечного значения счётчика, ни последствий его явного изменения в цикле, но не рекомендует изменять счётчик явно и использовать его по завершении цикла без повторной инициализации. Программа на Паскале, игнорирующая эту рекомендацию, может давать разные результаты при выполнении на разных системах и использовании разных трансляторов.

Радикально решён вопрос в языке Ада: счётчик считается описанным в заголовке цикла, и вне его просто не существует. Даже если имя счётчика в программе уже используется, внутри цикла в качестве счётчика используется отдельная переменная. Счётчику запрещено явно присваивать какие бы то ни было значения, он может меняться только внутренним механизмом оператора цикла. В результате конструкция

i := 100;
for i in (0..9) loop
  ... тело цикла
end loop;
k := i;

внешне аналогичная вышеприведённому циклу на Паскале, трактуется однозначно: переменной k будет присвоено значение 100, поскольку переменная i, используемая вне данного цикла, не имеет никакого отношения к счётчику i, который создаётся и изменяется внутри цикла. Подобное обособление счётчика удобно и безопасно: не требуется отдельное описание для него и минимальна вероятность случайных ошибок, связанных со случайным разрушением внешних по отношению к циклу переменных. Если программисту требуется включить в готовый код цикл со счётчиком, то он может не проверять, существует ли переменная с именем, которое он выбрал в качестве счётчика, не добавлять описание нового счётчика в заголовок соответствующей процедуры, не пытаться использовать один из имеющихся, но в данный момент «свободных» счётчиков. Он просто пишет цикл с переменной-счётчиком, имя которой ему удобно, и может быть уверен, что никакой коллизии имён не произойдёт.

Цикл со счётчиком всегда можно записать как условный цикл, перед началом которого счётчику присваивается начальное значение, а условием выхода является достижение счётчиком конечного значения; к телу цикла при этом добавляется оператор изменения счётчика на заданный шаг. Однако специальные операторы цикла со счётчиком могут эффективнее транслироваться, так как формализованный вид такого цикла позволяет использовать специальные процессорные команды организации циклов.

В некоторых языках, например, Си и других, произошедших от него, цикл for, несмотря на синтаксическую форму цикла со счётчиком, в действительности является циклом с предусловием. То есть в Си конструкция цикла:

for (i = 0; i < 10; ++i)
{
  ... тело цикла 
}

фактически представляет собой другую форму записи конструкции^[1]:

i = 0;
while (i < 10)
{
  ... тело цикла 
  ++i;
}

То есть в конструкции for сначала пишется произвольное предложение инициализации цикла, затем — условие продолжения и, наконец, выполняемая после каждого тела цикла некоторая операция (это не обязательно должно быть изменение счётчика; это может быть правка указателя или какая-нибудь совершенно посторонняя операция). Для языков такого вида вышеописанная проблема решается очень просто: переменная-счётчик ведёт себя совершенно предсказуемо и по завершении цикла сохраняет своё последнее значение.

Совместный цикл

Ещё одним вариантом цикла является цикл, задающий выполнение некоторой операции для объектов из заданного множества, без явного указания порядка перечисления этих объектов. Такие циклы называются совместными (а также циклами по коллекции, циклами просмотра) и представляют собой формальную запись инструкции вида: «Выполнить операцию X для всех элементов, входящих во множество M». Совместный цикл, теоретически, никак не определяет, в каком порядке операция будет применяться к элементам множества, хотя конкретные языки программирования, разумеется, могут задавать конкретный порядок перебора элементов. Произвольность даёт возможность оптимизации исполнения цикла за счёт организации доступа не в заданном программистом, а в наиболее выгодном порядке. При наличии возможности параллельного выполнения нескольких операций возможно даже распараллеливание выполнения совместного цикла, когда одна и та же операция одновременно выполняется на разных вычислительных модулях для разных объектов, при том что логически программа остаётся последовательной.

Совместные циклы имеются в некоторых языках программирования (C#, Eiffel, Java, JavaScript, Perl, Python, PHP, LISP, Tcl и др.) — они позволяют выполнять цикл по всем элементам заданной коллекции объектов. В определении такого цикла требуется указать только коллекцию объектов и переменную, которой в теле цикла будет присвоено значение обрабатываемого в данный момент объекта (или ссылка на него). В различных языках программирования синтаксис оператора различен:

C++:

for (type &item : set) //поддерживается, начиная со стандарта C++11
{
    //использование item
}

C#:

foreach (type item in set) 
{
    //использование item
}

Delphi:

for item in [1..100] do
begin
  //Использование item (Работоспособность кода проверялась в Delphi 2010) 
end;

Perl (строгий порядок «от первого до последнего»):

foreach (@set) 
{
    #использование $_
}
# или
for (@set) 
{
    #использование $_
}
# или
foreach $item (@set) 
{
    #использование $item
}

Eiffel:

across set as cursor loop
    -- использование cursor.item
end

Java:

for (type item : set) 
{
    //использование item
}

JavaScript:

for (txtProperty in objObject)
  {
  /*
  использование:
  objObject [txtProperty]
  */
  }

PHP:

foreach ($arr as $item) {
    /* использование $item*/
}
//или
foreach ($arr as $key=>$value) {
    /* использование значений индекса $key и его значения $value*/
}

Visual Basic.NET:

For Each item As type In set
    'использование item
Next item

Windows PowerShell:

foreach ($item in $set) {
  # операции с $item
}

или

$set | ForEach-Object {
  # операции с $_
}

Python

for item in iterator_instance:
    # использование item

Досрочный выход и пропуск итерации

Многие языки программирования, имеющие в своём синтаксисе циклические конструкции, имеют также специфические команды, позволяющие нарушить порядок работы этих конструкций: команду досрочного выхода из цикла и команду пропуска итерации.

Досрочный выход из цикла

Команда досрочного выхода применяется, когда необходимо прервать выполнение цикла, в котором условие выхода ещё не достигнуто. Такое бывает, например, когда при выполнении тела цикла обнаруживается ошибка, после которой дальнейшая работа цикла не имеет смысла.

Команда досрочного выхода обычно называется EXIT или break, а её действие аналогично действию команды безусловного перехода (goto) на команду, непосредственно следующую за циклом, внутри которого эта команда находится. Так, в языке Си два нижеприведённых цикла работают совершенно одинаково:

// Применение оператора break
while(<условие>) {
  ... операторы
  if (<ошибка>) break;
  ... операторы
}
... продолжение программы
 
// Аналогичный фрагмент без break
while(<условие>) {
  ... операторы
  if (<ошибка>) goto break_label;
  ... операторы 
}
break_label:
... продолжение программы

В обоих случаях, если в теле цикла выполнится условие <ошибка>, будет произведён переход на операторы, обозначенные как «продолжение программы». Таким образом, оператор досрочного выхода из цикла, по сути, просто маскирует безусловный переход, однако использование break предпочтительнее, чем goto, поскольку поведение break чётко задано языком, потенциально менее опасно (нет, например, вероятности ошибиться с положением или названием метки). Кроме того, явный досрочный выход из цикла не нарушает принципов структурного программирования.

Обычный оператор досрочного выхода прерывает работу того цикла, в котором он непосредственно находится. В ряде языков программирования функциональность этого оператора расширена, он позволяет выходить из нескольких вложенных циклов (см. ниже). В таких случаях цикл, из которого требуется выйти, помечается меткой, а в операторе досрочного выхода указывается эта метка.

Пропуск итерации

Данный оператор применяется, когда в текущей итерации цикла необходимо пропустить все команды до конца тела цикла. При этом сам цикл прерываться не должен, условия продолжения или выхода должны вычисляться обычным образом.

В языке Си и его языках-потомках в качестве команды пропуска итерации используется оператор continue в конструкции цикла. Действие этого оператора аналогично безусловному переходу на строку внутри тела цикла, следующую за последней его командой. Например, код на Си, находящий сумму элементов массива и сумму всех положительных элементов массива, может иметь следующий вид:

int arr[ARRSIZE];
...
// Суммирование отдельно всех и только положительных
// элементов массива arr с применением continue.
int sum_all = 0;
int sum_pos = 0;
for (int i = 0 ; i < ARRSIZE; ++i)
{
    sum_all += arr[i];
    if (arr[i] <= 0) continue;
    sum_pos += arr[i];
}
 
// Аналогичный код c goto
int sum_all = 0;
int sum_pos = 0;
for (int i = 0 ; i < ARRSIZE; ++i)
{
    sum_all += arr[i];
    if (arr[i] <= 0) goto cont_label;
    sum_pos += arr[i];
cont_label:
}

Из второго фрагмента ясно видно, как работает continue: он просто передаёт управление за последнюю команду тела цикла, пропуская выполнение команды суммирования, если очередной элемент массива не удовлетворяет условию. Таким образом, в sum_pos накапливается сумма лишь положительных элементов массива.

Необходимость

С точки зрения структурного программирования команды досрочного выхода из цикла и продолжения итерации являются избыточными, поскольку их действие может быть легко смоделировано чисто структурными средствами. Более того, по мнению ряда теоретиков программирования (в частности, Эдсгера Дейкстры), сам факт использования в программе неструктурных средств, будь то классический безусловный переход или любая из его специализированных форм, таких как break или continue, является свидетельством недостаточно проработанного алгоритма решения задачи.

Однако на практике код программы часто является записью уже имеющегося, ранее сформулированного алгоритма, перерабатывать который нецелесообразно по чисто техническим причинам. Попытка заменить в таком коде команду досрочного выхода на структурные конструкции часто оказывается неэффективной или громоздкой. Например, вышеприведённый фрагмент кода с командой break может быть записан так:

// Досрочный выход из цикла без break
bool flag = false; // флаг досрочного завершения
while(<условие> && !flag) {
  ... операторы
  if (<ошибка>) {
    flag = true;
  } else {
    ... операторы
  }
}
... продолжение программы

Легко убедиться, что фрагмент будет работать аналогично предшествующим, разница лишь в том, что в месте проверки на ошибку вместо непосредственного выхода из цикла устанавливается флаг досрочного выхода, который проверяется позже в штатном условии продолжения цикла. Однако для отказа от команды досрочного выхода пришлось добавить в программу описание флага и вторую ветвь условного оператора, к тому же произошло «размытие» логики программы (решение о досрочном выходе принимается в одном месте, а выполняется в другом). В результате программа не стала ни проще, ни короче, ни понятнее.

Несколько иначе обстоит дело с командой пропуска итерации. Она, как правило, очень легко и естественно заменяется на условный оператор. Например, приведённый выше фрагмент суммирования массива можно записать так:

int arr[ARRSIZE];
...
// Суммирование отдельно всех и только положительных
// элементов массива arr с заменой continue
int sum_all = 0;
int sum_pos = 0;
for (int i = 0 ; i < ARRSIZE; ++i)
{
    sum_all += arr[i];
    if (arr[i] > 0) // Условие заменено на противоположное!
    {
      sum_pos += arr[i];
    }
}

Как видим, достаточно было заменить проверяемое условие на противоположное и поместить заключительную часть тела цикла в условный оператор. Можно заметить, что программа стала короче (за счёт удаления команды пропуска итерации) и одновременно логичнее (из кода непосредственно видно, что суммируются положительные элементы).

Кроме того, использование команды пропуска итерации в цикле с условием (while-цикле) может также спровоцировать неочевидную ошибку: если тело цикла, как это часто бывает, завершается командами изменения переменной (переменных) цикла, то команда пропуска итерации пропустит и эти команды тоже, в результате чего (в зависимости от условия, по которому происходит пропуск) может произойти зацикливание или не соответствующий алгоритму повтор итерации. Так, если заменить в вышеприведённом примере цикл for на while, получится следующее:

int arr[ARRSIZE];
...
int sum_all = 0;
int sum_pos = 0;
int i = 0;
while (i < ARRSIZE) // Цикл внешне аналогичен предыдущему for ...
{
    sum_all += arr[i];
    if (arr[i] <= 0) continue;
    sum_pos += arr[i];
    ++i; // ... но эта команда будет пропущена при выполнении continue 
         // и программа зациклится
}

Несмотря на свою ограниченную полезность и возможность замены на другие языковые конструкции, команды пропуска итерации и, особенно, досрочного выхода из цикла в отдельных случаях оказываются крайне полезны, именно поэтому они сохраняются в современных языках программирования.

Вложенные циклы

Существует возможность организовать цикл внутри тела другого цикла. Такой цикл будет называться вложенным циклом. Вложенный цикл по отношению к циклу в тело которого он вложен будет именоваться внутренним циклом, и наоборот цикл в теле которого существует вложенный цикл будет именоваться внешним по отношению к вложенному. Внутри вложенного цикла в свою очередь может быть вложен еще один цикл, образуя следующий уровень вложенности и так далее. Количество уровней вложенности, как правило, не ограничивается.

Полное число исполнений тела внутреннего цикла не превышает произведения числа итераций внутреннего и всех внешних циклов. Например взяв три вложенных друг в друга цикла, каждый по 10 итераций, получим 10 исполнений тела для внешнего цикла, 100 для цикла второго уровня и 1000 в самом внутреннем цикле.

Одна из проблем, связанных с вложенными циклами — организация досрочного выхода из них. Во многих языках программирования есть оператор досрочного завершения цикла (break в Си, exit в Турбо Паскале, last в Perl и т. п.), но он, как правило, обеспечивает выход только из цикла того уровня, откуда вызван. Вызов его из вложенного цикла приведёт к завершению только этого внутреннего цикла, внешний же цикл продолжит выполняться. Проблема может показаться надуманной, но она действительно иногда возникает при программировании сложной обработки данных, когда алгоритм требует немедленного прерывания в определённых условиях, наличие которых можно проверить только в глубоко вложенном цикле.

Решений проблемы выхода из вложенных циклов несколько.

• Простейший — использовать оператор безусловного перехода goto для выхода в точку программы, непосредственно следующую за вложенным циклом. Этот вариант критикуется сторонниками структурного программирования, как и все конструкции, требующие использования goto. Некоторые языки программирования, например, Модула-2, просто, не имеют оператора безусловного перехода, и в них подобная конструкция невозможна.
• Альтернатива — использовать штатные средства завершения циклов, в случае необходимости устанавливая специальные флаги, требующие немедленного завершения обработки. Недостаток — усложнение кода, снижение производительности.
• Размещение вложенного цикла в процедуре. Идея состоит в том, чтобы всё действие, которое может потребоваться прервать досрочно, оформить в виде отдельной процедуры, и для досрочного завершения использовать оператор выхода из процедуры (если такой есть в языке программирования). В языке Си, например, можно построить функцию с вложенным циклом, а выход из неё организовать с помощью оператора return. Недостаток — выделение фрагмента кода в процедуру не всегда логически обосновано, и не все языки имеют штатные средства досрочного завершения процедур.
• Воспользоваться механизмом генерации и обработки исключений (исключительных ситуаций), который имеется сейчас в большинстве языках высокого уровня. В этом случае в нештатной ситуации код во вложенном цикле возбуждает исключение, а блок обработки исключений, в который помещён весь вложенный цикл, перехватывает и обрабатывает его. Недостаток — реализация механизма обработки исключений в большинстве случаев такова, что скорость работы программы уменьшается. Правда, в современных условиях это не особенно важно: практически потеря производительности столь мала, что имеет значение лишь для очень немногих приложений.
• Наконец, существуют специальные языковые средства для выхода из вложенных циклов. Так, в языке Ада программист может пометить цикл (верхний уровень вложенного цикла) меткой, и в команде досрочного завершения цикла указать эту метку. Выход произойдёт не из текущего цикла, а из всех вложенных циклов до помеченного, включительно^[2]. Язык PHP предоставляет возможность указать число прерываемых циклов после команды break — так break 2 прервёт сам цикл и вышестоящий над ним, а break 1 эквивалентно простой записи команды break^[3].

Циклы с несколькими охраняемыми ветвями

Цикл Дейкстры

В теории программирования известна ещё одна, принципиально отличающаяся от «классических», форма циклической конструкции, получившая название «цикл Дейкстры», по имени Эдсгера Дейкстры, впервые её описавшего. В классическом дейкстровском описании такой цикл выглядит следующим образом:

 do
   P1 → S1,
     …
   Pn → Sn
 od

Здесь do — маркер начала конструкции цикла, od — маркер завершения конструкции цикла, P_i — i-тое охраняющее условие (логическое выражение, которое может иметь значение «истинно» или «ложно»), S_i — i-я охраняемая команда. Цикл состоит из одной или нескольких ветвей (охраняемых выражений), каждая из которых представляет собой пару из охраняющего условия (или, коротко, «охраны») и охраняемой команды (понятно, что в реальности команда может быть сложной).

При выполнении цикла Дейкстры в каждой итерации происходит вычисление охраняемых условий. Если хотя бы одно из них истинно, выполняется соответствующая охраняемая команда, после чего начинается новая итерация (если истинны несколько охраняемых условий, выполняется только одна охраняемая команда). Если все охраняемые условия ложны, цикл завершается. Нетрудно заметить, что цикл Дейкстры с одним охраняющим условием и одной охраняемой командой представляет собой, по сути, обычный цикл с предусловием (цикл «пока»).

Хотя цикл Дейкстры был изобретён ещё в 1970-х годах, специальных конструкций для его создания в языках программирования не содержится. Единственным исключением стал недавно созданный Оберон-07 — первый реальный язык программирования, явно поддерживающий цикл с несколькими охраняемыми ветвями. Впрочем, цикл Дейкстры может быть без больших затруднений смоделирован с помощью традиционных конструкций структурных языков программирования. Вот пример его реализации одним из возможных способов на языке Ада:

loop
  if P1 then 
    S1;
    ...
  elsif Pn then 
    Sn;
  else
    exit;
  end if;
end loop;

Здесь P1-Pn — охраняющие условия, а S1-Sn — соответствующие охраняемые команды.

Цикл Дейкстры удобен при реализации некоторых специфических повторяющихся вычислений, которые неудобно описывать с помощью более традиционных циклических конструкций. Например, этим циклом естественно представляется конечный автомат — каждая ветвь соответствует одному состоянию автомата, охраняемые условия строятся так, чтобы в текущей итерации выбиралась ветвь, соответствующая текущему состоянию автомата, а код охраняемой команды обеспечивает выполнение вычислений в текущем состоянии и переход в следующее (то есть такое изменение переменных, после которого на следующей итерации будет истинным охраняющее условие нужной ветви).

Цикл «паук»

Легко видеть, что цикл Дейкстры не содержит явного условия продолжения или выхода, что не всеми теоретиками программирования рассматривается как благо. Поэтому была предложена усложнённая конструкция цикла Дейкстры, получившая название «цикл-‘паук’». В той же нотации она выглядит следующим образом:

 do
   P1→S1,
     …
   Pn→Sn
 out
   Q1→T1,
     …
   Qn→Tn
 else
   E
 od

Здесь после маркера out добавлены ветви завершения, состоящие из условий выхода Q_i и команд завершения T_i. Кроме того, добавлена ветвь альтернативного завершения else с командой E.

Цикл-‘паук’ выполняется так:

• Вычисляются охраняющие условия. Если существует истинное охраняющее условие, выполняется соответствующая охраняемая команда.
• Вычисляются условия выхода. Если существует истинное условие выхода, выполняется соответствующая команда завершения, после чего выполнение цикла заканчивается. Если все условия выхода ложны, начинается следующая итерация, но только в том случае, если в текущей итерации было истинным хотя бы одно из охраняющих условий.
• Если в данной итерации оказались ложными и все охраняющие условия, и все условия выхода, выполняется команда альтернативного завершения E, после чего выполнение цикла прерывается.

Структура цикла-‘паука’ позволяет предельно строго описать условия выполнения цикла. Согласно теоретическим положениям, ветвь альтернативного завершения не должна использоваться в качестве одного из вариантов корректного прекращения работы цикла (все такие варианты должны быть оформлены в виде соответствующих ветвей завершения с явным условием), она служит только для того, чтобы отследить ситуацию, когда по каким-то причинам цикл начал выполняться нештатно. То есть команда альтернативного завершения может лишь анализировать причины ошибки и представлять результаты анализа.

Хотя явной поддержки на уровне синтаксиса для этого цикла не существует ни в одном языке программирования, цикл-‘паук’, как и цикл Дейкстры, может быть смоделирован с помощью традиционных структурных конструкций.

Интересные факты

• Никлаус Вирт одно время называл цикл со счётчиком «маргинальным», утверждая, что такая конструкция является излишней и должна быть исключена из синтаксиса языков программирования как несистемная. В соответствии с этим представлением в языке программирования Оберон цикла со счётчиком не было. Однако в языке Оберон-2, созданном Виртом и Мёссенбёком в развитие Оберона, цикл со счётчиком FOR появился снова в интересах практического удобства использования^[4].

См. также

Методы оптимизации циклов

Примечания

Ссылки

Циклы в Паскале

При решении задач может возникнуть необходимость повторить одни и те же действия несколько или множество раз. В программировании блоки кода, которые требуется повторять не единожды, оборачиваются в специальные конструкции – циклы. У циклов выделяют заголовок и тело. Заголовок определяет, до каких пор или сколько раз тело цикла будет выполняться. Тело содержит выражения, которые выполняются, если в заголовке цикла выражение вернуло логическую истину (True, не ноль). После того как достигнута последняя инструкция тела, поток выполнения снова возвращается к заголовку цикла. Снова проверяется условие выполнения цикла. В зависимости от результата тело цикла либо повторяется, либо поток выполнения переходит к следующему выражению после всего цикла.

В языке программирования Паскаль существует три вида циклических конструкций.

Цикл for

Часто цикл for называют циклом со счетчиком. Этот цикл используется, когда число повторений не связано с тем, что происходит в теле цикла. Т.е. количество повторений может быть вычислено заранее (хотя оно не вычисляется).

В заголовке цикла указываются два значения. Первое значение присваивается так называемой переменной-счетчику, от этого значения начинается отсчет количества итераций (повторений). Отсчет идет всегда с шагом равным единице. Второе значение указывает, при каком значении счетчика цикл должен остановиться. Другими словами, количество итераций цикла определяется разностью между вторым и первым значением плюс единица. В Pascal тело цикла не должно содержать выражений, изменяющих счетчик.

Цикл for существует в двух формах:

for счетчик:=значение to конечное_значение do 
     тело_цикла;

for счетчик:=значение downto конечное_значение do 
     тело_цикла;

Счетчик – это переменная любого из перечисляемых типов (целого, булевого, символьного, диапазонного, перечисления). Начальные и конечные значения могут быть представлены не только значениями, но и выражениями, возвращающими совместимые с типом счетчика типы данных. Если между начальным и конечным выражением указано служебное слово to, то на каждом шаге цикла значение параметра будет увеличиваться на единицу. Если же указано downto, то значение параметра будет уменьшаться на единицу.

Количество итераций цикла for известно именно до его выполнения, но не до выполнения всей программы. Так в примере ниже, количество выполнений цикла определяется пользователем. Значение присваивается переменной, а затем используется в заголовке цикла. Но когда оно используется, циклу уже точно известно, сколько раз надо выполниться.

var
    i, n: integer;
 
begin
    write ('Количество знаков: ');
    readln (n);
 
    for i := 1 to n do
        write ('(*) ');
 
readln
end.

Цикл while

Цикл while является циклом с предусловием. В заголовке цикла находится логическое выражение. Если оно возвращает true, то тело цикла выполняется, если false – то нет.

Когда тело цикла было выполнено, то ход программы снова возвращается в заголовок цикла. Условие выполнения тела снова проверяется (находится значение логического выражения). Тело цикла выполнится столько раз, сколько раз логическое выражение вернет true. Поэтому очень важно в теле цикла предусмотреть изменение переменной, фигурирующей в заголовке цикла, таким образом, чтобы когда-нибудь обязательно наступала ситуация false. Иначе произойдет так называемое зацикливание, одна из самых неприятных ошибок в программировании.

var
    i, n: integer;
 
begin
    write ('Количество знаков: ');
    readln (n);
 
    i := 1;
    while i <= n do begin
        write ('(*) ');
        i := i + 1
    end;
 
readln
end.

Цикл repeat

Цикл while может не выполниться ни разу, если логическое выражение в заголовке сразу вернуло false. Однако такая ситуация не всегда может быть приемлемой. Бывает, что тело цикла должно выполниться хотя бы один раз, не зависимо оттого, что вернет логическое выражение. В таком случае используется цикл repeat – цикл с постусловием.

В цикле repeat логическое выражение стоит после тела цикла. Причем, в отличие от цикла while, здесь всё наоборот: в случае true происходит выход из цикла, в случае false – его повторение.

var
    i, n: integer;
 
begin
    write ('Количество знаков: ');
    readln (n);
 
    i := 1;
    repeat
        write ('(*) ');
        i := i + 1
    until i > n;
 
readln
end.

В примере, даже если n будет равно 0, одна звездочка все равно будет напечатана.

include — Циклы включения в файлы заголовков C

include — Циклы включения в файлы заголовков C — qaru

Присоединяйтесь к Stack Overflow , чтобы учиться, делиться знаниями и строить свою карьеру.

Спросил
12 лет, 8 мес назад

Просмотрено
3к раз

Как предотвратить цикл включения в C? т.е.У вас не должно быть a.h #include «b.h», которое # включает «c.h», # которое включает «a.h». Я ищу способ предотвратить это, используя какую-то директиву C.

Первоначально я думал, что это предотвратило бы это:

Содержание а.ч .:

  #ifndef __A_H
#define __A_H

#include "b.h"

#endif // __A_H
  

Содержимое б.х .:

  #ifndef __B_H
#define __B_H

#include "c.h"

#endif // __B_H
  

Содержание гр.ч:

  #ifndef __C_H
#define __C_H

#include "a.h"

#endif // __C_H
  

Но вроде не работает.

Создан 07 ноя.

МСумулонг

2,1122 золотых знака1212 серебряных знаков2121 бронзовый знак

2

Он работает нормально: файлы повторно включаются , но разделы, защищенные # ifdndef / # define / # endif , не повторяются , и это прерывает цикл.

Используйте свой компилятор для создания предварительно обработанного вывода и посмотрите сами. В GNU CC вам нужно использовать параметр «-E» в файле .c [pp], например:

  gcc -E $ (CFLAGS) -o foo.i foo.cpp
  

Создан 07 ноя.

флоринфлорин

13.2k 66 золотых знаков4141 серебряный знак4747 бронзовых знаков

1

Это должно сработать.Он правильно написан в вашем примере и хорошо компилируется для меня. Вы что-то опечатали в своем коде, или это действительно какая-то другая проблема?

Однако не стоит начинать с __, поскольку он зарезервирован для компилятора и / или системных библиотек. Попробуйте назвать своих охранников другими именами.

Создан 07 ноя.

Тодд Гэмблин

54.5k1313 золотых знаков8787 серебряных знаков9595 бронзовых знаков

Макросы с начальными символами подчеркивания зарезервированы для препроцессора / компилятора.

Попробуйте заменить __ * _ H на что-нибудь более стандартное.
Использую HAVE __ * _ H.

Создан 07 ноя.

гнудгнуд

73.5,155 золотых знаков5757 серебряных знаков7676 бронзовых знаков

3

ya в дополнение к вышеупомянутым вещам, если вы работаете над turbo c и делаете проект с этими исходными файлами, тогда не прикрепляйте файлы заголовков, которые # включены в исходные файлы. И даже тогда, если он не работает, то попробуйте это из командной строки, потому что некоторые параметры компилятора выдают эти ошибки снова и снова.поэтому здесь, если содержимое файлов заголовков находится между #ifndef и #endif, тогда не будет проблем, даже если вы включите оба файла. Поэтому попробуйте удалить файлы заголовков из проекта, сохранив их в одном каталоге. Bcos u не указывал среду, я указал турбо C, потому что однажды я столкнулся с этой ситуацией на турбо C с файлами заголовков # включенными в исходный файл и прикрепленными к списку файлов проекта тогда возникнет «проблема с несколькими объявлениями». Также после компиляции (даже с ошибками) перейдите во внешнюю командную строку, перейдите в каталог, где хранится этот файл, и попробуйте указать имя файла.exe напрямую.ок

Создан 12 ноя.

Манодж Сомнения

12.1k1515 золотых знаков3939 серебряных знаков4242 бронзовых знака

Это работает.

На всякий случай я действительно скомпилировал test.c, который включал a.h с вашими тремя заголовочными файлами.

Я проверил, что это работает для нескольких версий MSVC, Digital Mars и GCC.

Создан 07 ноя.

Майкл БёррМайкл Бёрр

313k4949 золотых знаков499499 серебряных знаков724724 бронзовых знака

Не тот ответ, который вы ищете? Просмотрите другие вопросы с метками c включить заголовок или задайте свой вопрос.

язык-c

Stack Overflow лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в ​​отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie

Настроить параметры

тактовых циклов — обзор

Моделирование эффектов маскирования в логике

Когда частица попадает в чувствительный узел цепи, она производит импульс тока с быстрым временем нарастания, но более постепенным спадом.Следовательно, первым шагом в моделировании эффектов маскировки является моделирование этого импульса тока I (t) как зависящего от времени источника тока [6, 28]:

, где Q — количество заряда, собираемого с частицы. strike и постоянная времени T является функцией процесса CMOS. Меньший T дает более короткий, но более интенсивный импульс по сравнению с импульсом, создаваемым большим T . Функция квадратного корня фиксирует быстрое нарастание импульса тока, тогда как отрицательный экспоненциальный член фиксирует постепенное спадание импульса.Обычно и T , и Q уменьшаются с каждым последующим поколением технологий.

Этот импульс тока теперь можно использовать для управления имитаторами схем, такими как SPICE, для измерения воздействия удара частицы на логический вентиль.

Логическое маскирование Концептуально вычисление эффекта логического маскирования относительно несложно. Он включает в себя подачу ошибочных импульсов тока в разные части логического блока и моделирование его работы для различных входов или тестов.Обычно выбирается случайная выборка узлов и импульсов, чтобы избежать моделирования логического блока при каждой различной конфигурации входов и импульсов ошибки. В качестве альтернативы, логическое маскирование также может быть смоделировано в имитаторе логического уровня путем переключения входов с нуля на единицу или наоборот. Последний метод намного быстрее, поскольку не требует детального моделирования импульса тока и его влияния на логику.

Электрическое маскирование Вычисление эффектов электрического маскирования и маскирования окна-защелки требует немного больше усилий.По мере того, как импульс тока проходит через каскад ворот, его сила продолжает уменьшаться. В частности, время нарастания и спада импульса увеличивается, а его амплитуда уменьшается. Увеличение времени нарастания и спада импульса происходит из-за задержек в схеме, вызванных задержкой переключения транзисторов. Уменьшение амплитуды может произойти, если и когда вентиль выключится до того, как выходной импульс достигнет своей полной амплитуды. Это может произойти, если входной переход происходит до того, как вентиль полностью переключился со своего предыдущего перехода.Это заставляет вентиль переключаться в противоположном направлении до достижения максимальной амплитуды входного импульса, тем самым ухудшая выходной импульс. Этот эффект каскадируется от одного гейта к другому, тем самым медленно ослабляя сигнал. Если сигнал полностью затухает до достижения передней защелки, тогда передняя защелка не регистрирует ошибочное значение, и говорят, что ошибка электрически маскируется. Shivakumar et al. [25] использовали модель времени нарастания и спада Горовица [12] и модель деградации логической задержки Bellido-Diaz et al.[2], чтобы вычислить влияние электрического маскирования через логический блок.

Маскировка окна защелки Защелка, запускаемая фронтом, уязвима только для защелкивания при распространенной ошибке во время небольшого окна защелки вокруг его закрывающего тактового фронта (рисунок 2.8). Это окно фиксации фактически является суммой времени установки и времени удержания защелки. Время установки — это минимальный промежуток времени до фронта тактового сигнала, в течение которого данные, которые должны быть зафиксированы, должны быть действительными. Время удержания — это минимальное время после фронта тактового сигнала, в течение которого данные должны быть действительными, чтобы защелка могла их правильно прочитать.Импульсы, которые полностью перекрывают окно фиксации, всегда вызывают ошибку фиксации. Импульсы, которые не перекрываются окном фиксации, всегда маскируются. Импульсы, которые частично перекрываются с окном фиксации, могут маскироваться или не маскироваться. Shivakumar et al. [25] считают, что ошибки, вызванные частично перекрывающимися импульсами, являются вторичным эффектом.

РИСУНОК 2.8. Маскировка окна-защелки.

Предположим, что c = тактовый цикл, d = ширина импульса и w = ширина окна защелки.Если мягкие ошибки из-за частично перекрывающихся импульсов игнорируются, то вероятность мягкой ошибки может быть выражена как

▪

Если d < w, Вероятность (мягкая ошибка) = 0, потому что импульс не может охватывать все окно защелки.

▪

Если w ≤ d ≤ c + w , Вероятность (мягкая ошибка) = ( d — w ) / c , потому что импульс должен прибыть в интервале ( d — w ) непосредственно перед окном с защелкой.

▪

Если d > c + w , вероятность (мягкая ошибка) = 1, импульс гарантированно перекрывается как минимум с одним окном фиксации. Следует отметить, что если c < d < c + w , то d может перекрываться с двумя последовательными окнами с фиксацией и по-прежнему не вызывать программную ошибку.

Следует отметить, что маскировка окна-защелки снижает частоту отказов логических вентилей.Напротив, удар по защелке может быть замаскирован, если защелка передает данные на свой выход. Это уменьшает TVF защелки. Этот последний маскирующий эффект снижает частоту отказов защелки, а не частоту отказов логических вентилей, питающих ее.

Объединение всего этого Для надлежащего моделирования SER комбинаторных логических вентилей необходимо учесть все три эффекта маскирования. Полностью исчерпывающая модель будет имитировать сборы зарядов разной величины и в разных узлах логических схем (например,g., как в TIme DEpendent Ser Tool под названием TIDEST [23]), а затем изучите эффекты маскировки для каждого из этих случаев. Полностью исчерпывающая имитационная модель может быть очень точной, но также может привести к чрезвычайно длительному времени моделирования даже для небольших схем. Следовательно, методы выборки, такие как моделирование методом Монте-Карло, обычно используются для уменьшения пространства моделирования.

Чжан и Шанбхаг [28] предложили альтернативное приближение для сокращения времени моделирования, необходимого для вычисления маскирующих эффектов.В этом методе эффекты логической маскировки были вычислены с использованием внедрения неисправности в имитатор логического уровня, который значительно быстрее, чем имитатор схем. Затем были вычислены электрические эффекты и эффекты маскировки окна-защелки с использованием имитатора схемы. Для каждой схемы, встречающейся в микросхеме, они сначала извлекали путь, по которому будет распространяться результирующая ошибка от удара частицы. Они сопоставили этот путь с эквивалентной цепочкой инверторов. Эффекты электрического маскирования и маскирования окна-защелки были рассчитаны заранее для типичных цепей инверторов.Следовательно, эффекты электрического маскирования и маскирования окна-защелки в этих схемах становятся просто поиском в таблице. Авторы обнаружили, что это приближение вносит ошибку менее 5% в предсказание SER по сравнению с подходами к моделированию на основе Монте-Карло. В целом, эти три метода — использование моделирования на логическом уровне для логического маскирования, извлечение пути, по которому распространяется ошибка, и отображение пути в эквивалентную цепочку инвертора — ускоряют моделирование маскирования на порядки по сравнению с использованием моделирования цепей методом грубой силы.Другие исследователи (например, Гилл и др. [7]) изучают другие варианты дальнейшего сокращения времени моделирования.

Влияние масштабирования технологий По мере уменьшения размера элемента относительный вклад программных логических ошибок может продолжать увеличиваться. Это произошло по трем причинам. Во-первых, логические вентили обычно представляют собой более широкие устройства, чем схемы памяти, такие как ячейки SRAM. Но технологическое масштабирование быстрее уменьшает размер и Qcrit логических вентилей, чем у ячеек SRAM.

Во-вторых, эффект электрического маскирования будет уменьшаться с масштабированием технологии.Это связано с тем, что меньшее количество импульсов ошибки будет ослабевать по мере того, как частота этих вентилей продолжает увеличиваться.

В-третьих, более высокая степень конвейерной обработки, если она используется высокопроизводительными микропроцессорами и наборами микросхем, уменьшит тактовый цикл без значительного изменения времени настройки и времени удержания защелок. В последнее время микропроцессоры перешли на более мелкие трубопроводы, чтобы избежать чрезмерного рассеивания мощности и сложности конструкции. Тем не менее, после этого резкого перехода к более мелким конвейерам количество ступеней конвейера в процессоре снова продолжает увеличиваться.Это уменьшит степень маскировки окна защелки, которую испытывает схема. В целом, Shivakumar et al. [25] предсказал, что SER от логических вентилей растет экспоненциально. Но до сих пор нет жюри в этом вопросе.

Yeti SB130 — Yeti Cycles

Рама из углеродного волокна

Рама из углеродного волокна

Рама из углеродного волокна

9022 170 мм

Определение кредитных циклов

Что такое кредитный цикл?

Кредитный цикл описывает этапы доступа заемщиков к кредиту.Кредитные циклы сначала проходят через периоды, когда средства относительно легко получить в долг; Эти периоды характеризуются более низкими процентными ставками, пониженными требованиями к кредитованию и увеличением суммы доступного кредита, что стимулирует общий рост экономической активности. Эти периоды сопровождаются сокращением доступности средств.

В период сокращения кредитного цикла процентные ставки растут, а правила кредитования становятся более строгими, что означает, что меньше кредитов доступно для бизнес-кредитов, жилищных кредитов и других личных кредитов.Период сокращения продолжается до тех пор, пока риски для кредитных организаций не снизятся, после чего цикл исчерпывается, а затем снова начинается с возобновления кредита.

Кредитный цикл — это один из нескольких повторяющихся экономических циклов, определенных экономистами.

Основы кредитных циклов

Доступность кредита определяется риском и прибыльностью для кредиторов. Чем ниже риск и выше доходность для кредиторов, тем больше они готовы предоставлять ссуды.Во время высокого доступа к кредиту в кредитном цикле риск снижается, потому что вложения в недвижимость и бизнес растут в цене; следовательно, платежеспособность корпоративных заемщиков является хорошей. Частные лица также более охотно берут ссуды, чтобы потратить или инвестировать, потому что фонды дешевле, а их доходы стабильны или растут.

Знание того, на каком этапе кредитного цикла мы находимся, может помочь инвесторам и предприятиям принимать более обоснованные решения в отношении своих инвестиций.

Когда наступает пик экономического цикла, активы и инвестиции обычно начинают обесцениваться, или они не приносят такой большой доход, что сокращает денежные потоки для погашения ссуд. Затем банки ужесточают требования к кредитованию и повышают процентные ставки. Это связано с более высоким риском дефолта заемщика.

В конечном итоге это сокращает доступный кредитный пул и в то же время снижает спрос на новые ссуды, поскольку заемщики сокращают свои балансы, возвращая кредитный цикл к низкой точке доступа.Некоторые экономисты считают, что кредитный цикл является неотъемлемой частью более крупных деловых циклов в экономике.

Сокращение кредита считается основной причиной финансового кризиса 2008 года.

Причины длительного кредитного цикла

Средний кредитный цикл имеет тенденцию быть длиннее, чем деловой цикл по продолжительности, потому что требуется время, чтобы проявилось ослабление корпоративных основ или стоимости собственности. Другими словами, может иметь место чрезмерное продление кредита с точки зрения суммы и периода, что наглядно продемонстрировало последнее десятилетие.

Кроме того, после финансового кризиса в США традиционная взаимосвязь процентной политики Федеральной резервной системы и кредитного цикла стала более сложной. Изменения в характере экономики повлияли на уровень инфляции, который политики все еще пытаются понять. Это, в свою очередь, усложняет принятие решений по политике процентных ставок, что имеет последствия для кредитного цикла.

Ключевые выводы

• Кредитный цикл описывает повторяющиеся фазы простых и жестких займов и кредитования в экономике.
• Это один из основных экономических циклов, определенных экономистами в современной экономике.
• Средний кредитный цикл обычно длиннее, чем деловой цикл, потому что требуется время, чтобы проявилось ослабление корпоративных основ или стоимости собственности.

Изготовитель рам: Кристиан Кирн, C-Cycles — Эвануи

Шикарная классика

Хобби.Кто-то коллекционирует марки, кто-то играет на гитаре в гостиной… А кто-то строит велосипеды.
Кристиан Кирн из Баден-Вюртемберга принадлежит к этой высоко ценимой последней категории.

Когда они направились к Лазурному берегу, я встретился с ним (слева) и его приятелем по верховой езде Роландом (справа), чтобы узнать об их C-Cycles и узнать о любви Кристиана к каркасной конструкции, карьере и вдохновение.

Расскажите историю этого красивого серого мотоцикла!

В апреле 2017 года мой друг прислал мне ссылку на ралли Турин-Ницца, и я подумал: «Хорошо, мне для этого нужен байк!»

Я сразу приступил к сборке каркаса, надеясь, что смогу отпраздновать с ним свое 50-летие в день старта TNR (4 сентября)… Но дом, где моя компания, застрял в молнии! Так что у меня было много работы, я починил крышу, всю электронику…

Излишне говорить, что мой план не сработал!

Как вы попали в каркасное строительство?

Строительные рамы всегда были в моей памяти, так как в начале 90-х я работал в местном веломагазине.

На похоронах друга в 2010 году я решил не ждать со строительными каркасами до выхода на пенсию (как многие люди склонны делать).
Следующей зимой я прочитал в немецком журнале Tour статью о занятиях, проводимых Кристианом Питтелем [сборщик кадров олимпийской команды эпохи ГДР, ред.]
Благодаря некоторым интернет-друзьям, в следующий раз я отправился на его мастер-класс. неделя.

Это был момент, когда началось безумие: я просто забыл перестать строить после уроков!
Я сейчас на 14 или 15…

Еда — часть путешествия

Почему бы не попробовать местных продуктов вместо того, чтобы носить с собой те же старые бананы и энергетические батончики?

Таким образом, ваша закуска не должна пересекать земной шар, вы уменьшите количество упаковок на , , поддержите местное сельское хозяйство , И побалуйте себя!

Записка Кристиана

«Еще один замечательный побочный эффект от отказа от покупки батончиков и гелей: я помню почти каждое блюдо, которое я ел во время TNR!»

Что вас больше всего вдохновляет как конструктор рам?

Сложно сказать… Мне очень нравится стиль старых французских конструкторов.
Я часто читаю Bicycle Quarterly… Текущие производители рам — Дж. П. Вейгл и Брайан Чепмен. Дэйв Кирк — строитель, чью работу я очень люблю.

Как видите, я парень, которому нравится классический стиль!

Рама с проушинами до сих пор остается произведением искусства.

• Рама: C-Cycles Adventurer
• Отсев: Bearframesupplies
• Передняя полка: Изготовлено на заказ
• Вилочные клетки: Blackburn Outpost
• Групсет: Sram Force 1
• Звездочка: Gabaruk
• Гарнитура: Крис Кинг
• Нижний кронштейн: Крис Кинг
• Седло: Selle Anatomica X2
• Подседельный штырь: PMP Titanium
• Руль: Salsa Cowchipper
• Тормоза: TRP Hy / Rd 160-140

Шины

• : Compass Switchback Hill
• Обода: Pacenti
• Задняя ступица: DT Swiss 350
• Передняя ступица: Shutter Precision PD8-X
• Фары: Supernova E3

У вас есть дневная работа, как часто вы работаете на велосипедах?

Моя основная работа — IT.У меня свой бизнес.
Я обычно строю после работы и по выходным, в качестве хобби.

Строю в основном осенью и зимой; летом я стараюсь кататься на велосипедах с друзьями.

Я мой лучший покупатель!

Некоторые велосипеды предназначены для моих друзей, но большинство моих велосипедов предназначены для использования между моими ногами.

Вы когда-нибудь задумывались о создании каркасов для жизни?

Я узнал, что зарабатывать на жизнь строительными каркасами действительно сложно.
С одной стороны, материал (трубы, наконечники, прутки для пайки и т. Д.) И внешние затраты (порошковое покрытие, транспортировка) являются фиксированными.

С другой стороны, я вкладываю по крайней мере 70 или 80 часов в каждый кадр — это безумие.
Мой гравийный велосипед со всеми деталями, стойкой и т. Д. Пил не менее 100 часов.

Это было бы нерентабельно.

Итак, я решил создавать рамы для души.

Мне не нужно считать каждый час, и я могу собрать все детали, которые мне нравятся.

Этот велосипед — вторая рама, сделанная Christian.
Обратите внимание на оригинальные минималистичные стойки вилки!

• Рама: C-Cycles Crosser
• Передние стойки: Изготовлено на заказ
• Вилочные клетки: Blackburn Outpost
• Групсет: Sram Rival GXP
• Звездочка: Specialités TA Zephyr
• Гарнитура: Крис Кинг
• Седло: Ergon
• Тормоза: Avid Shorty Ultimate

Шины

• : WTB Riddler
• Задняя ступица: White Industries MI5

Где вы установили свою мастерскую?

Мастерская находится в подвале маминого дома, в котельной!

Он действительно маленький, добраться до него можно только по лестнице, что значительно ограничивает размер машин в магазине.
Но это нормально, я могу сконцентрироваться на создании рам, а не на покупке и обслуживании машин.

Какие трубки вы обычно используете?

У меня нет предпочтений. Я обычно использую Колумба, Танге и Рейнольдса.
На этом последнем велосипеде верхняя и нижняя трубы — это Tange Prestige Japan, 0,4 мм. Подседельная труба — Colombus Life, а задний треугольник — Colombus Zona. Я смешиваю пробирки по своему усмотрению.

Я также собираю все свои вилки. Это был особый проект, потому что мне пришлось заказать специальный трубогиб для этих лезвий — Reynolds 853-, которые довольно тяжелые и прочные, поэтому их не так легко согнуть!

Так как же ездит этот последний авантюрист?

Он действительно отлично управляется, я очень доволен сборкой!
Я был немного неуверен насчет вилки и торможения, я не знал, как это сработает, потому что это довольно необычно, я не вижу много вилок с дисками с граблями на малой высоте …

Зато отлично управляется, думаю еще увидит бездорожье и гравий!

Куда вас отвезет ваш велосипед?

Я планировал поездку во Францию ​​в мае.Отправной точкой станет Л’Ардеш, пересекающий Севенны в направлении Пиренеев. По крайней мере, таков план!
И несколько коротких поездок в Альпы по мотивам «Грубые велосипедные прогулки в Альпах» Макса Леонарда. Обязательно.

Опубликовано 15 февраля 2019

Кирилл Дьяболо

Кирилл живет на велосипеде.Как отец на грузовом байке или в поисках приключений на трассах, он любит покидать свою Французскую Ривьеру, находя время для фотосъемки или для хорошего односолодового виски под звездами.

Паразитическое поведение в конкурирующих реакционных циклах с химическим топливом

Неравновесные реакционные циклы, управляемые топливом, служат модельными системами сложных реакционных сетей жизни. Богатое и динамичное поведение наблюдается, когда реакционные циклы регулируют процессы сборки, такие как разделение фаз.Однако остается неясным, как взаимодействие между несколькими реакционными циклами влияет на успех возникающих сборок. Чтобы решить этот вопрос, мы создали библиотеку молекул, которые конкурируют за общее топливо, которое временно активирует продукты. Часто конкуренция за топливо означает, что конкурент сокращает срок службы этих продуктов. Однако в случаях, когда переходный продукт конкурента может разделиться по фазе, такой конкурент может увеличить время выживания одного продукта. Более того, при наличии колебательной подачи топлива тот же самый механизм уменьшает вариации в концентрации продукта, в то время как вариации концентрации продукта конкурента усиливаются.Подобно паразиту, продукт извлекает выгоду из защиты хозяина от деактивации и повышает его устойчивость к колебаниям топлива за счет устойчивости хозяина. Такое паразитное поведение в нескольких реакционных циклах, связанных с топливом, представляет собой реалистичную черту, открывающую путь для восходящего дизайна синтетической жизни.

Эта статья в открытом доступе

Подождите, пока мы загрузим ваш контент…

Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

ГЛАВА 6. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ

Отвечать. На каждый органический атом углерода, включенный в отложения, образуется одна молекула O2.Таким образом, образование современных отложений было связано с образованием (32/12) x1,2×107 = 3,2×107 Pg O2. Это в 30 раз больше, чем 1,2х106 Pg O2 в настоящее время в атмосфере! Куда делся остаток кислорода? Рассмотрение
Рисунок 6-5
указывает как возможные резервуары SO42- и Fe2O3. Действительно, глобальные инвентаризации показывают, что эти резервуары могут составлять недостающий кислород.

6.5

УГЛЕРОДНЫЙ ЦИКЛ

6.5.1

Баланс массы

атмосферный CO2

Измерения керна льда показывают, что атмосферные концентрации СО2

увеличилась с 280 ppmv в доиндустриальные времена до 365 ppmv сегодня. Непрерывные атмосферные измерения, проводимые с 1958 года в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях, демонстрируют вековое увеличение концентрации CO2 (
Рисунок 6-6
). На светский тренд накладывается

легкие колебания (зимний максимум, летний минимум), которые отражают поглощение CO2 растительностью в течение вегетационного периода, уравновешенное чистым выбросом CO2 из биосферы осенью из-за микробного разложения.

Рисунок 6-6

Тенденция атмосферного CO2, измеренная с 1958 года в обсерватории Мауна-Лоа, Гавайи.

Текущие глобальные темпы увеличения атмосферного CO2 составляют 1,8 ppmv год-1, что соответствует 4,0 Pg C год-1. Это увеличение в основном связано с

сжигание ископаемого топлива. При сжигании топлива почти весь углерод в топливе окисляется до CO2 и выбрасывается в атмосферу. Мы можем использовать мировую статистику использования топлива для оценки соответствующих выбросов CO2, в настоящее время 6.0 0,5 мкг C год-1. Еще один значительный источник CO2 — вырубка лесов в тропиках; исходя из темпов посягательства на сельское хозяйство, документально подтвержденных данными спутниковых наблюдений, предполагается, что этот источник составляет 1,6 1,0 Пг C год-1.

Подставляя вышеуказанные числа в уравнение глобального баланса массы для атмосферного CO2,

(6.2)

мы находим S стоков = 6,0 + 1,6 — 4,0 = 3,6 Пг C год-1. Только половина CO2, выбрасываемого в результате сжигания ископаемого топлива и обезлесения, фактически накапливается в атмосфере.Другая половина переходит в другие геохимические резервуары (океаны, биосферу и почвы). Нам необходимо понять факторы, контролирующие эти поглотители, чтобы предсказать будущие тенденции атмосферного CO2 и оценить их влияние на изменение климата. Поглощение биосферы означало бы, что углекислый газ из ископаемого топлива оказывает удобряющее действие, что может иметь важные экологические последствия.

6.5.2

Карбонатная химия океана

Двуокись углерода растворяется в океане с образованием CO2h3O (угольная кислота), слабой двухосновной кислоты, которая диссоциирует на HCO3- (бикарбонат) и CO32- (карбонат).Этот процесс описывается химическим равновесием:

(R3)

(R4)

(R5)

с константами равновесия KH = [CO2h3O] / PCO2 = 3×10-2 М атм-1, K1 = [HCO3 -] [H +] / [CO2h3O] = 9×10-7 M (pK1 = 6,1), и K2 = [CO32-] [H +] / [HCO3-] = 7 · 10-10 M (pK2 = 9,2). Здесь KH —

Константа закона Генри, описывающая равновесие CO2 между газовой фазой и водой; K1 и K2 — первая и вторая константы кислотной диссоциации CO2h3O.Приведенные здесь значения констант типичны для морской воды и учитывают поправки на ионную силу, комплексообразование, а также влияние температуры и давления.

В

средний pH океана — 8,2 (
См. PH океана
). В

Щелочность океана поддерживается за счет выветривания основных пород (Al2O3, SiO2, CaCO3) на поверхности континентов с последующим речным стоком растворенных ионов в океан. Поскольку pK1

Рисунок 6-7

Состав общего карбонатного CO2 (водн.) В морской воде по сравнению с pH

Пусть F представляет собой атмосферную долю CO2 в системе атмосфера-океан:

(6,3)

где NCO2 (г) — общее количество молей CO2 в атмосфере, а NCO2 (водн.) — общее количество молей CO2, растворенного в океане в виде CO2h3O, HCO3- и CO32-:

(6.4)

Концентрации CO2 в атмосфере и в океане связаны равновесием.

(R3)

—

(R5)

:

(6,5)

и NCO2 (г) связан с PCO2 на уровне моря соотношением

(1.11)

(Закон Дальтона):

(6,6)

где P = 1 атм — атмосферное давление на уровне моря, а Na = 1,8×1020 моль — общее количество молей воздуха.Предполагая, что весь океан находится в равновесии с атмосферой, мы связываем NCO2 (водн.) С [СО2 (водн.)] В

(6,5)

по общему объему Voc = 1.4×1018 м3 океана:

(6,7)

Подставляя в уравнение

(6,3)

, получаем для F:

(6,8)

Для pH океана 8,2 и других численных значений, приведенных выше, мы вычисляем F = 0,03. В состоянии равновесия почти весь СО2 растворяется в океане; только 3% находится в атмосфере.Значение F чрезвычайно чувствительно к pH, как показано на рисунке.
Рисунок 6-8
. В отсутствие щелочности океана большая часть CO2 распадается на

Атмосфера.

Рисунок 6-8

Зависимость от pH атмосферной фракции F СО2 в состоянии равновесия в системе атмосфера-океан (уравнение

(6,8)

).

6.5.3

Поглощение CO2 океаном

Из приведенных выше расчетов можно сделать вывод, что CO2, впрыснутый в атмосферу, в конечном итоге почти полностью попадет в океаны, и только 3% останется в атмосфере.Однако такой вывод ошибочен, поскольку он игнорирует подкисление океана в результате добавления CO2. По мере увеличения содержания CO2 в атмосфере [H +] в

(6,8)

увеличивается и, следовательно, F увеличивается; этот эффект является положительной обратной связью с увеличением содержания CO2 в атмосфере.

Подкисление океана из-за добавления CO2 сдерживается равновесием HCO3- / CO32-; H + выделяется в океан, когда CO2 (г) растворяется и диссоциирует до HCO3- (равновесие

(R4)

) расходуется на преобразование CO32- в HCO3- (равновесное

(R5)

).Этот буферный эффект представлен общим равновесием

(R6)

которое получается объединением состояний равновесия

(R3)

—

(R5)

с

(R5)

взяты в обратном направлении. Константа равновесия для

(R6)

K ‘= [HCO3-] 2 / PCO2 [CO32-] = KHK1 / K2. Таким образом, поглощению CO2 (г) способствует имеющийся пул ионов CO32-. Обратите внимание, что буферный эффект не означает, что pH океана остается постоянным при увеличении CO2; это означает только то, что изменения pH смягчаются.

Чтобы лучше сформулировать нашу проблему, давайте рассмотрим ситуацию, когда мы добавляем в атмосферу dN молей CO2. Мы хотим знать, когда, наконец, будет достигнуто равновесие с океаном, какая доля f добавленного СО2 останется в атмосфере:

(6,9)

где dNCO2 (г) и dNCO2 (водн.) — соответственно добавленное количество молей к атмосферным и океаническим резервуарам в состоянии равновесия.

Мы связываем dNCO2 (g) с соответствующим dPCO2, используя уравнение

(6.6)

:

(6.10)

Мы также связываем dNCO2 (водн.) С d [СО2 (водн.)], Используя объем океана:

(6,11)

Поскольку поглощение CO2 (г) океаном следует за равновесием

(R6)

, d [CO2h3O] ª 0 и d [HCO3-] ª -2d [CO32-]. Замена в уравнение

(6,11)

получаем

(6,12)

Замена на

(6.9)

урожайность:

(6,13)

.

Теперь нам нужно соотношение для d [CO32 -] / dPCO2. Снова используем равновесие

(R6)

:

(6.14)

и дифференцировать обе стороны:

(6,15)

Замена d [HCO3-] ª -2d [CO32-] и K ‘= KHK1 / K2 на

(6,15)

получаем

(6.16)

Для упрощения обозначений введем b = 1 + 4K2 / [H +] ª 1.4,

(6,17)

и, наконец, заменить на

(6,13)

:

(6,18)

Подставляя числовые значения в

(6,18)

, включая pH 8,2, получаем f = 0,28. В состоянии равновесия 28% CO2, выбрасываемого в атмосферу, остается в атмосфере, а остальная часть попадает в океан.Большая разница от полученного ранее значения 3% отражает большую положительную обратную связь от подкисления океана за счет добавления CO2.

Приведенный выше расчет все еще преувеличивает поглощение СО2 океаном, поскольку предполагает, что весь океан находится в равновесии с атмосферой. Это равновесие фактически не достигается из-за медленного перемешивания океана.
Рисунок 6-9
показывает простую коробчатую модель для

океаническая циркуляция.

Рисунок 6-9

Коробчатая модель для циркуляции воды в океане.Запасы составляют 1015 м3, а потоки — 1015 м3 / год. По материалам McElroy, MB, The Atmosphere: a Essential Component of the Global Life Support Press, Princeton University Press (в печати).

Как и в атмосфере, вертикальное перемешивание в океане обусловлено плавучестью. Двумя факторами, определяющими плавучесть океана, являются температура и соленость. Опускание воды с поверхности в глубокий океан (

глубоководное образование) происходит в полярных регионах, где поверхностные воды холодные и соленые, а значит, тяжелые.В других регионах поверхность океана теплее, чем вода под ней, поэтому вертикальное перемешивание подавляется. Некоторое вертикальное перемешивание все еще происходит у поверхности из-за напряжения ветра, что приводит к

океанический смешанный слой простирается до глубины ~ 100 м и медленно обменивается с более глубоким океаном. Время пребывания воды в индивидуальных резервуарах
Рисунок 6-9
составляют 18 лет для смешанного океанического слоя, 40 лет для промежуточного океана и 120 лет для глубоководного океана. Таким образом, уравновешивание всего океана в ответ на изменение содержания CO2 в атмосфере происходит в масштабе времени порядка 200 лет.

Этот относительно длительный временной масштаб для океанического перемешивания означает, что CO2, выпущенный в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива за последнее столетие, не успел уравновеситься со всем океаном. Рассматривая только поглощение океаническим смешанным слоем (V = 3,6×1016 м3), который находится в быстром равновесии с атмосферой, мы находим f = 0,94 из

(6,18)

; смешанный океанический слой может принимать только 6% углекислого газа из ископаемого топлива, выбрасываемого в атмосферу. Поскольку время пребывания воды в океаническом смешанном слое составляет всего 18 лет, фактическое поглощение CO2 из ископаемого топлива за последнее столетие было более эффективным, но во многом определяется скоростью образования глубинной воды.

Дополнительный путь поглощения CO2 включает фотосинтез фитопланктоном. Органический углерод, производимый фитопланктоном, перемещается вверх по пищевой цепи, и около 90% в конечном итоге превращается в CO2 (водный) путем дыхания и распада в смешанном океаническом слое. 10% фракция, которая выпадает в осадок (фекальные гранулы, мертвые организмы), представляет собой

биологический насос, перекачивающий углерод в глубины океана. Биологическая продуктивность поверхности океана частично ограничивается подъемом питательных веществ, таких как азот, из глубины (
Рисунок 6-3
), так что эффективность биологического насоса снова сильно зависит от вертикальной циркуляции океанской воды.Подсчитано, что биологический насос перекачивает 7 Пг C / год в глубоководные слои океана по сравнению с 40 Пг C / год для CO2 (водн.), Переносимого глубоководными формациями.

Принимая во внимание все вышеупомянутые процессы, наилучшая текущая оценка, основанная на океанских транспортных и химических моделях, состоит в том, что 30% CO2, выбрасываемого в атмосферу из ископаемого топлива, включается в океаны. Мы видели в
раздел 6.5.1
что только 50% выбрасываемого СО2 остается в атмосфере.Остается 20% недостающей раковины. Теперь мы обратимся к поглощению биосферой как возможному объяснению этого недостающего стока.

6.5.4

Поглощение CO2 земной биосферой

Круговорот атмосферного CO2 с биосферой включает процессы фотосинтеза, дыхания и микробного распада, как обсуждается в
Раздел 6.4
и проиллюстрировано в
Рисунок 6-4
. Экспериментально трудно различить фотосинтез и дыхание растений, и это различие не очень полезно для наших целей.Экологи определяют

чистая первичная продуктивность (NPP) как среднегодовая скорость фотосинтеза за вычетом скорости дыхания всех растений в экосистеме. АЭС может быть определена экспериментально либо длительным измерением потока СО2 в экосистему с вышки (
раздел 4.4.2
) или более грубо, отслеживая рост растительности на выбранном участке. На основе этих данных могут быть разработаны количественные модели, которые выражают зависимость АЭС от переменных окружающей среды, включая тип экосистемы, солнечную радиацию, температуру и доступность воды.Используя такие модели, можно оценить глобальную наземную АЭС примерно в 60 Пг С / год.

Срок службы CO2 от чистого поглощения наземными растениями:

(6,19)

что означает, что атмосферный CO2 быстро реагирует на изменения в АЭС или скорости распада в масштабе времени в десять лет. В настоящее время считается, что увеличение количества АЭС в средних и высоких широтах северного полушария за последнее столетие может быть причиной 20% недостающего стока СО2, выбрасываемого при сжигании ископаемого топлива (
См. «Стоки атмосферного CO2, рассчитанные на основе изменений атмосферного O2».
).Частично это увеличение ЧПП может быть связано с преобразованием сельскохозяйственных земель в леса в средних широтах на севере, а частично может быть связано с большей фотосинтетической активностью бореальных лесов в результате потепления климата. Органический углерод, добавленный к биосфере в результате увеличения NPP, будет накапливаться в почве. Нерешенным вопросом является степень, в которой углекислый газ из ископаемого топлива удобряет биосферу. Эксперименты, проведенные в камерах и на открытом воздухе в контролируемых условиях, показывают, что увеличение CO2 действительно стимулирует рост растений.Однако есть и другие факторы, ограничивающие АЭС, в том числе солнечное излучение и подача воды и питательных веществ, которые предотвращают зависимость АЭС от CO2 первого порядка.

6.5.5

Коробчатая модель углеродного цикла

Краткое изложение описанных выше процессов представлено в
Рисунок 6-10
в виде ящичной модели углеродного цикла в состоянии равновесия для доиндустриальных условий. Принятие

биосфера и океаны представляют собой поглотители сравнимого количества атмосферного CO2, что приводит к

Срок службы в атмосфере для СО2 5 лет.На основании этого короткого срока службы и больших размеров океанических и наземных резервуаров можно было бы подумать, что CO2, добавленный в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива, будет быстро и эффективно включаться в эти резервуары. Однако, как мы видели, поглощение добавленного СО2 биосферой зависит от других факторов, ограничивающих рост растений, а поглощение добавленного СО2 океаном ограничено подкислением и медленным перемешиванием океана.

Рисунок 6-10

Доиндустриальный углеродный цикл.Запасы представлены в Пг С, а потоки — в Пг С год-1. По материалам McElroy, M.B., op. Cit.

Даже после полного перемешивания океана, на которое требуется несколько сотен лет, доля f = 28% добавленного СО2 все еще остается в атмосфере согласно нашему простому расчету в
раздел 6.5.3
(современные исследовательские модели дают значения в диапазоне 20-30% для f). На

временные шкалы в несколько тысяч лет, медленные

роспуск

CaCO3 со дна океана является дополнительным источником щелочности океана, снижая f примерно до 7% (
проблема 6.9
). Окончательное удаление CO2, добавляемого в атмосферу в результате сжигания ископаемого топлива, требует переноса углерода из океана в литосферу путем образования отложений, тем самым замыкая углеродный цикл. Временной масштаб этого переноса определяется временем жизни углерода в ансамбле атмосферных, биосферных, почвенных и океанических резервуаров; из
Рисунок 6-10
мы получаем значение 170 000 лет. Мы пришли к выводу, что сжигание ископаемого топлива вызывает очень долгосрочное нарушение глобального углеродного баланса.

цикл.

Дополнительная литература:

Межправительственная группа экспертов по изменению климата, Изменение климата, 1994, Cambridge University Press, 1995.