Java 공부 4일차(반복문이란?)

임선구·2024년 12월 30일
Java

몸 비틀며 Java

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오늘의 공부

구구단 구현하는 이중 for문 문제 손코딩으로 하고 품
쓰면서 풀어야 잘 되네

반복문

반복문 시작

반복문은 이름 그대로 특정 코드를 반복해서 실행할 때 사용한다.
자바는 다음 3가지 종류의 반복문을 제공한다.

while , do-while , for

먼저 간단한 예제를 통해 반복문이 왜 필요한지 이유를 알아보자.
1을 한 번씩 더해서 총 3번 더하는 간단한 코드를 만들어보자.

While1_1

package loop;
public class While1_1 {
 public static void main(String[] args) {
 int count = 0;
 count = count + 1;
 System.out.println("현재 숫자는:" + count);
 count = count + 1; System.out.println("현재 숫자는:" + count);
 count = count + 1;
 System.out.println("현재 숫자는:" + count);
 }
}

출력

현재 숫자는:1
현재 숫자는:2
현재 숫자는:3

단순히 count 에 값을 1씩 3번 더하는 단순한 예제이다. 최종 결과는 3 이다.

count = count + 1 은 증감 연산자( ++ )를 사용해서 다음과 같이 개선할 수 있다. 

//개선
count++;
System.out.println("현재 숫자는:" + count);
count++;
System.out.println("현재 숫자는:" + count);
count++;
System.out.println("현재 숫자는:" + count);

하지만 같은 코드가 3번 반복되고 있다. 이번에는 1을 한 번씩 더해서 총 100번 더하는 코드를 만들어보자
아마도 직접 작성한다면 같은 코드가 100번 반복될 것이다.
이렇게 특정 코드를 반복해서 실행할 때 사용하는 것이 바로 반복문이다.
반복문에는 while , for 문이 있다. 먼저 while 문부터 알아보자.

while문1

while문은 조건에 따라 코드를 반복해서 실행할 때 사용한다. 

while (조건식) {
 // 코드
}
  • 조건식을 확인한다. 참이면 코드 블럭을 실행하고, 거짓이면 while문을 벗어난다.
  • 조건식이 참이면 코드 블럭을 실행한다. 이후에 코드 블럭이 끝나면 다시 조건식 검사로 돌아가서 조건식을 검사
    한다.(무한 반복)

while문을 사용해서 1을 한 번씩 더해서 총 3번 더하는 코드를 만들어보자

While1_2

package loop;
public class While1_2 {
 public static void main(String[] args) {
 int count = 0;
 while (count < 3) {
 count++;
 System.out.println("현재 숫자는:" + count);
 }
 }
}

출력 결과 

현재 숫자는:1
현재 숫자는:2
현재 숫자는:3




while (count < 3) 에서 코드 블럭을 반복 실행한다. 여기서 count 의 값이 1 , 2 , 3 으로 점점 커지다가 결국 count < 3 이 거짓이 되면서 while 문을 빠져나간다.

while(count < 3) 에 있는 숫자를 while(count < 100) 으로 변경하면 while 문의 코드 블럭을 100번 반
복한다.

while문2

이번에는 난이도를 조금 높여보자. 다음 문제를 같이 풀어보자.

문제: 1부터 하나씩 증가하는 수를 3번 더해라 (1 ~ 3 더하기)
이 문제는 1부터 하나씩 증가하는 수이기 때문에 1 + 2 + 3을 더해야 한다.
우선 while 문을 사용하지 않고 단순 무식하게 풀어보자.

While2_1

package loop;
public class While2_1 {
 public static void main(String[] args) {
 int sum = 0;
 sum = sum + 1; //sum(0) + 1 -> sum(1)
 System.out.println("i=" + 1 + " sum=" + sum);
 sum = sum + 2; //sum(1) + 2 -> sum(3)
 System.out.println("i=" + 2 + " sum=" + sum);
 sum = sum + 3; //sum(3) + 3 -> sum(6)
 System.out.println("i=" + 3 + " sum=" + sum);
 }
}

출력 결과 

i=1 sum=1
i=2 sum=3i=3 sum=6

이 코드의 정답은 맞다. 하지만 개선할 점이 많이 있는데, 무엇보다 변경에 유연하지 않다.

다음과 같이 요구사항이 변경되었다.
문제: 10부터 하나씩 증가하는 수를 3번 더해라 (10 ~12더하기)
이렇게 되면 10 + 11 + 12 를 계산 해야한다. 문제는 코드를 너무 많이 변경해야 한다는 점이다.

변수를 사용해서 더 변경하기 쉬운 코드로 만들어보자. 변경되는 부분을 변수 i 로 바꾸어보자.
문제: i부터 하나씩 증가하는 수를 3번 더해라 (i ~ i+2더하기)

While2_2

package loop;
public class While2_2 {
 public static void main(String[] args) {
 int sum = 0;
 int i = 1;
 sum = sum + i; //sum(0) + i(1) -> sum(1)
 System.out.println("i=" + i + " sum=" + sum);
 i++; //i=2
 sum = sum + i; //sum(1) + i(2) -> sum(3)
 System.out.println("i=" + i + " sum=" + sum);
 i++; //i=3
 sum = sum + i; //sum(3) + i(3) -> sum(6)
 System.out.println("i=" + i + " sum=" + sum);
 }
}

출력 결과 

//i=1
i=1 sum=1
i=2 sum=3
i=3 sum=6

변수 i 를 사용한 덕분에 i 의 값만 변경하면 나머지 코드를 전혀 변경하지 않아도 된다.

i=10 으로 변경하면 다른 코드의 변경 없이 앞서 이야기한 10 + 11 + 12 의 문제도 바로 풀 수 있다.

출력 결과 

i=10 sum=10
i=11 sum=21
i=12 sum=33

좋은 코드인지 아닌지는 변경 사항이 발생했을 때 알 수 있다. 변경 사항이 발생했을 때 변경해야 하는 부분이 적을수록 좋은 코드이다.

지금까지 변수를 사용해서 하나의 문제를 잘 해결했다. 이번에는 새로운 변경사항이 등장했다.
기존 문제: i부터 하나씩 증가하는 수를 3번까지 더해라 (i ~ i+2 더하기)
새로운 문제: i부터 하나씩 증가하는 수를 endNum(마지막 수)까지 더해라 (i ~ endNum 더하기)

예)

  • i=1 , endNum=3 이라고 하면 1 ~ 3까지 총 3번 더해야한다.
  • i=1 , endNum=10 이라고 하면 1 ~ 10까지 총 10번 더해야한다.
  • i=10 , endNum=12 이라고 하면 10 ~ 12까지 총 3번 더해야한다.

먼저 i=1 , endNum=3 이라고 생각하고 단순하게 문제를 풀어보자.

While2_3

package loop;
public class While2_3 {
 public static void main(String[] args) {
 int sum = 0;
 int i = 1;
 int endNum = 3;
 sum = sum + i;
 System.out.println("i=" + i + " sum=" + sum);
 i++;
 sum = sum + i;
 System.out.println("i=" + i + " sum=" + sum);
 i++;
 sum = sum + i;
 System.out.println("i=" + i + " sum=" + sum);
 i++;
 }}

실행 결과 

i=1 sum=1
i=2 sum=3
i=3 sum=6

i=1 , endNum=3 이므로 다음 코드를 총 3번 반복해야 한다. 

sum = sum + i;
System.out.println("i=" + i + " sum=" + sum);
i++;

그런데 i=1 , endNum=10 와 같이 변경하면 이 코드를 총 10번 반복해야 한다. 따라서 같은 코드를 더 많이 추가해야
한다.
이 문제를 제대로 풀기 위해서는 코드가 실행되는 횟수를 유연하게 변경할 수 있어야 한다. 한마디로 같은 코드를 반복 실행할 수 있어야 한다.

while 문을 사용하면 원하는 횟수 만큼 같은 코드를 반복 실행할 수 있다.

While2_3 - 코드 변경 

package loop;
public class While2_3 {
 public static void main(String[] args) {
 int sum = 0;
 int i = 1;
 int endNum = 3;
 while (i <= endNum) {
 sum = sum + i;
 System.out.println("i=" + i + " sum=" + sum);
 i++;
 }
 }
}

반복 횟수 정하기
i 가 endNum 이 될때 까지 반복해서 코드를 실행하면 된다.

  • i=1 , endNum=3 이라면 3번 반복하면 된다. i=1 -> 2 -> 3
  • i=3 , endNum=4 라면 2번 반복하면 된다. i=3 -> 4

while문 작성하기

  • while 문에서 i <= endNum 조건을 통해 i 가 endNum 이 될 때 까지 코드 블럭을 실행한다.
  • i 가 endNum 보다 크면 while 문을 종료한다.

실행 결과 

//i=1, endNum=3
i=1 sum=1
i=2 sum=3
i=3 sum=6
//i=1, endNum=10
i=1 sum=1
i=2 sum=3
i=3 sum=6
i=4 sum=10
i=5 sum=15
i=6 sum=21
i=7 sum=28
i=8 sum=36
i=9 sum=45
i=10 sum=55
//i=10, endNum=12
i=10 sum=10
i=11 sum=21
i=12 sum=33

그림을 통해 코드를 분석해보자.
왼쪽은 while 의 조건식을 체크하는 단계이고, 오른쪽은 조건식을 통과하고 나서 while 문의 코드 블럭을 실행하는 부분이다.




실행 코드 분석 

sum(0), i(1), endNum(3)
//루프 1
while (i(1) <= endNum(3)) -> true
sum(0)+i(1) -> sum(1)i(1)++ -> i(2)
//루프 2
while (i(2) <= endNum(3)) -> true
sum(1)+i(2) -> sum(3) 
i(2)++ -> i(3)
//루프 3
while (i(3) <= endNum(3)) -> true
sum(3)+i(3) -> sum(6) 
i(3)++ -> i(4)
//루프 4
while (i(4) <= endNum(3)) -> false

do-while문

do-while 문은 while 문과 비슷하지만, 조건에 상관없이 무조건 한 번은 코드를 실행한다.

do-while문 구조 

do {
 // 코드
} while (조건식);

예를 들어서 조건에 만족하지 않아도 한 번은 현재 값을 출력하고 싶다고 하자.
먼저 while 문을 사용한 예제를 보자

DoWhile1

package loop;
public class DoWhile1 {
 public static void main(String[] args) {
 int i = 10;
 while (i < 3) {
 System.out.println("현재 숫자는:" + i);
 i++; }
 }
}

i=10 이기 때문에 while (i < 3) 조건식은 거짓이 된다. 따라서 아무것도 출력되지 않는다.

출력 결과 

//없음

이번에는 do-while 문을 사용해보자.

DoWhile2

package loop;
public class DoWhile2 {
 public static void main(String[] args) {
 int i = 10;
 do {
 System.out.println("현재 숫자는:" + i);
 i++;
 } while (i < 3);
 }
}

do-while 문은 최초 한번은 항상 실행된다. 따라서 먼저 현재 숫자는:10 이 출력된다.
코드 블럭을 실행 후에 조건식을 검증하는데, i=11 이기 때문에 while (i < 3) 조건식은 거짓이 된다. 따라서 do-while 문을 빠져나온다.

출력 결과 

현재 숫자는:10

do-while 문은 최초 한번은 코드 블럭을 꼭 실행해야 하는 경우에 사용하면 된다.

break, continue

break 와 continue 는 반복문에서 사용할 수 있는 키워드다.

break 는 반복문을 즉시 종료하고 나간다. continue 는 반복문의 나머지 부분을 건너뛰고 다음 반복으로 진행하는데 사용된다.
참고로 while , do-while , for 와 같은 모든 반복문에서 사용할 수 있다.

break

while(조건식) {
 코드1;
 break;//즉시 while문 종료로 이동한다.
 코드2;
}
//while문 종료

break 를 만나면 코드2 가 실행되지 않고 while문이 종료된다

continue

while(조건식) {
 코드1;
 continue;//즉시 조건식으로 이동한다.
 코드2;
}

continue 를 만나면 코드2 가 실행되지 않고 다시 조건식으로 이동한다. 조건식이 참이면 while 문을 실행한다.

예제를 통해서 알아보자.

문제: 1부터 시작해서 숫자를 계속 누적해서 더하다가 합계가 10보다 처음으로 큰 값은 얼마인가?
1 + 2 + 3 ... 계속 더하다가 처음으로 합이 10보다 큰 경우를 찾으면 된다.

Break1

package loop;
public class Break1 {
 public static void main(String[] args) {
 int sum = 0;
 int i = 1;
 while (true) {
 sum += i;
 if (sum > 10) {
 System.out.println("합이 10보다 크면 종료: i=" + i + " sum=" + sum);
 break;
 } i++;
 }
 }
}
  • 조건식을 잘 보면 true 라고 되어있다. 조건이 항상 참이기 때문에 이렇게 두면 while 문은 무한 반복된다. 물
    론 break 문이 있기 때문에 중간에 빠져나올 수 있다.
  • 만약 sum > 10 조건을 만족하면 결과를 출력하고, break 를 사용해서 while 문을 빠져나간다.

실행 결과 

합이 10보다 크면 종료: i=5 sum=15

문제: 1부터 5까지 숫자를 출력하는데, 숫자가 3일 때는 출력을 건너뛰어야 한다.
Continue1

package loop;
public class Continue1 {
 public static void main(String[] args) {
 int i = 1;
 while (i <= 5) {
 if (i == 3) {
 i++;
 continue;
 }
 System.out.println(i);
 i++;
 }
 }
}

i==3 인 경우 i 를 하나 증가하고 continue 를 실행한다. 따라서 이 경우에는 i 를 출력하지 않고 바로 while (i <= 5) 조건식으로 이동한다.

실행 결과 

1
2
4
5

실행 결과를 보면 3일 때는 출력하지 않은 것을 확인할 수 있다.

for문1

for문도 while문과 같은 반복문이고, 코드를 반복 실행하는 역할을 한다. for문은 주로 반복 횟수가 정해져 있을 때 사용한다.

for문 구조 

for (1.초기식; 2.조건식; 4.증감식) {
 // 3.코드
}

for문은 다음 순서대로 실행된다.

    1. 초기식이 실행된다. 주로 반복 횟수와 관련된 변수를 선언하고 초기화 할 때 사용한다. 초기식은 딱 1번 사용된다.
    1. 조건식을 검증한다. 참이면 코드를 실행하고, 거짓이면 for문을 빠져나간다.
    1. 코드를 실행한다.
    1. 코드가 종료되면 증감식을 실행한다. 주로 초기식에 넣은 반복 횟수와 관련된 변수의 값을 증가할 때 사용한다.
    1. 다시 2. 조건식 부터 시작한다. (무한 반복)

for문은 복잡해 보이지만 while문을 조금 더 편하게 다룰 수 있도록 구조화 한 것 뿐이다.

예를 들어 1부터 10까지 출력하는 for문은 다음과 같다. 

for (int i = 1; i <= 10; i++) {
 System.out.println(i);
}
    1. 초기식이 실행된다. int i = 1
    1. 조건식을 검증한다. i <= 10
    1. 조건식이 참이면 코드를 실행한다. System.out.println(i);
    1. 코드가 종료되면 증감식을 실행한다. i++
    1. 다시 2. 조건식을 검증한다. (무한 반복) 이후 i <= 10 조건이 거짓이 되면 for문을 빠져나간다.

For1

package loop;public class For1 {
 public static void main(String[] args) {
 for (int i = 1; i <= 10; i++) {
 System.out.println(i);
 }
 }
}

문제: i부터 하나씩 증가하는 수를 endNum(마지막 수)까지 더해라 (i ~ endNum 더하기)
for문을 사용해서 풀어보자

For2

package loop;
public class For2 {
 public static void main(String[] args) {
 int sum = 0;
 int endNum = 3;
 for (int i = 1; i <= endNum; i++) {
 sum = sum + i;
 System.out.println("i=" + i + " sum=" + sum);
 }
 }
}

출력 결과 

i=1 sum=1
i=2 sum=3
i=3 sum=6

for vs while
앞서 같은 문제를 풀었던 while문과 for문을 서로 비교해보자.
While2_3

package loop;public class While2_3 {
 public static void main(String[] args) {
 int sum = 0;
 int i = 1;
 int endNum = 3;
 while (i <= endNum) {
 sum = sum + i;
 System.out.println("i=" + i + " sum=" + sum);
 i++;
 }
 }
}

둘을 비교했을 때 for문이 더 깔끔하다는 느낌을 받을 것이다. for문은 초기화, 조건 검사, 반복 후 작업 등이 규칙적으로 한 줄에 모두 들어 있어 코드를 이해하기 더 쉽다. 특히 반복을 위해 값이 증가하는 카운터 변수를 다른 부분과 명확하게 구분할 수 있다.

for (int i = 1; i <= endNum; i++)
여기서는 바로 변수 i 가 카운터 변수이다. 증가하면서 반복 횟수가 올라가고, 또 변수 i 를 사용해서 계속 반복할지 아니면 빠져나갈지 판단할 수 있다.
이렇게 반복 횟수에 직접적인 영향을 주는 변수를 선언부터, 값 증가, 또 조건식에 활용까지 for (초기식; 조건식; 증감식) 구조를 활용해서 처리하는 것이다.
덕분에 개발자는 루프 횟수와 관련된 코드와 나머지 코드를 명확하게 구분할 수 있다.
반면에 while을 보면 변수 i 를 선언하는 부분 그리고 i++ 로 증가하는 부분이 기존 코드에 분산되어 있다.

for문2

for문 구조 

for (초기식; 조건식; 증감식) {
 // 코드
}

for문에서 초기식, 조건식, 증감식은 선택이다. 다음과 같이 모두 생략해도 된다. 단 생략해도 각 영역을 구분하는 세미콜론( ; )은 유지해야 한다.

for (;;) {
 // 코드
}

이렇게 하면 조건이 없기 때문에 무한 반복하는 코드가 된다. 따라서 다음과 같은 코드가 된다.

while (true) {
 // 코드
}

for문을 사용해서 다음 문제를 풀어보자.
문제: 1부터 시작하여 숫자를 계속 누적해서 더하다가 합계가 10보다 큰 처음 값은 얼마인가?
1 + 2 + 3 ... 계속 더하다가 처음으로 합이 10보다 큰 경우를 찾으면 된다.

Break2

package loop;
public class Break2 {
 public static void main(String[] args) {
 int sum = 0;
 int i = 1;
 for (; ; ) {
 sum += i;
 if (sum > 10) {
 System.out.println("합이 10보다 크면 종료: i=" + i + " sum=" + sum);
 break;
 }
 i++;
 }
 }
}
  • for (; ; ) 를 보면 조건식이 없다. for문은 조건이 없으면 무한 반복한다.
  • sum > 10 조건을 만족하면 break 를 사용해서 for문을 빠져나간다.

실행 결과 

합이 10보다 크면 종료: i=5 sum=15

for문은 증가하는 값이 무엇인지 초기식과 증감식을 통해서 쉽게 확인할 수 있다. 이 코드나 while문을 보면 어떤 값이
반복에 사용되는 증가 값인지 즉시 확인하기는 어렵다.
여기서는 i 가 증가하는 값이다. 따라서 다음과 같이 i 를 for 문에 넣어서 관리하도록 변경하면 더 깔끔한 코드가 된다.

Break3

package loop;
public class Break3 {
 public static void main(String[] args) {
 int sum = 0;
 for (int i = 1; ; i++) {
 sum += i;
 if (sum > 10) {
 System.out.println("합이 10보다 크면 종료: i=" + i + " sum=" + sum);
 break;
 }
 }
 }
}

정리하면 for문이 없이 while문으로 모든 반복을 다를 수 있다. 하지만 카운터 변수가 명확하거나, 반복 횟수가 정해진 경우에는 for문을 사용하는 것이 구조적으로 더 깔끔하고, 유지보수 하기 좋다.

참고
for문을 좀 더 편리하게 사용하도록 도와주는 향상된 for문 또는 for-each문으로 불리는 반복문도 있다. 이 부분
은 뒤에서 설명한다.

중첩 반복문

반복문은 내부에 또 반복문을 만들 수 있다. for , while 모두 가능하다.

다음 코드를 작성하고 실행해보자.
Nested1

package loop;
public class Nested1 { public static void main(String[] args) {
 for (int i = 0; i < 2; i++) {
 System.out.println("외부 for 시작 i:" + i);
 for (int j = 0; j < 3; j++) {
 System.out.println("-> 내부 for " + i + "-" + j);
 }
 System.out.println("외부 for 종료 i:" + i);
 System.out.println(); //라인 구분을 위해 실행
 }
 }
}

실행 결과 

외부 for 시작 i:0
-> 내부 for 0-0
-> 내부 for 0-1
-> 내부 for 0-2
외부 for 종료 i:0
외부 for 시작 i:1
-> 내부 for 1-0
-> 내부 for 1-1
-> 내부 for 1-2
외부 for 종료 i:1

외부 for는 2번, 내부 for는 3번 실행된다. 그런데 외부 for 1번당 내부 for가 3번 실행되기 때문에 외부(2) * 내부(3) 해서 총 6번의 내부 for 코드가 수행된다.

정리

while vs for
for문
장점:

    1. 초기화, 조건 체크, 반복 후의 작업을 한 줄에서 처리할 수 있어 편리하다.
    1. 정해진 횟수만큼의 반복을 수행하는 경우에 사용하기 적합하다.
    1. 루프 변수의 범위가 for 루프 블록에 제한되므로, 다른 곳에서 이 변수를 실수로 변경할 가능성이 적다.

단점:

    1. 루프의 조건이 루프 내부에서 변경되는 경우, for 루프는 관리하기 어렵다.
    1. 복잡한 조건을 가진 반복문을 작성하기에는 while문이 더 적합할 수 있다.

while문
장점:

    1. 루프의 조건이 루프 내부에서 변경되는 경우, while 루프는 이를 관리하기 쉽다.
    1. for 루프보다 더 복잡한 조건과 시나리오에 적합하다.
    1. 조건이 충족되는 동안 계속해서 루프를 실행하며, 종료 시점을 명확하게 알 수 없는 경우에 유용하다.

단점:

    1. 초기화, 조건 체크, 반복 후의 작업이 분산되어 있어 코드를 이해하거나 작성하기 어려울 수 있다.
    1. 루프 변수가 while 블록 바깥에서도 접근 가능하므로, 이 변수를 실수로 변경하는 상황이 발생할 수 있다.

한줄로 정리하자면 정해진 횟수만큼 반복을 수행해야 하면 for문을 사용하고 그렇지 않으면 while문을 사용하면 된다.
물론 이것이 항상 정답은 아니니 기준으로 삼는 정도로 이해하자

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