Pozornie nieskończona pętla się kończy, chyba że zostanie użyty System.out.println

Question 1

Miałem prosty fragment kodu, który miał być nieskończoną pętlą, ponieważ xzawsze będzie się rozwijał i zawsze pozostanie większy niż j.

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

ale tak jak jest, drukuje yi nie zapętla się w nieskończoność. Nie wiem, dlaczego. Jednak gdy dostosowuję kod w następujący sposób:

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

Staje się nieskończoną pętlą i nie mam pojęcia, dlaczego. Czy java rozpoznaje swoją nieskończoną pętlę i pomija ją w pierwszej sytuacji, ale musi wykonać wywołanie metody w drugiej, aby zachowywała się zgodnie z oczekiwaniami? Zmieszany :)

Question 2

Oba przykłady nie są nieskończone.

Problem polega na ograniczeniu inttypu w Javie (lub prawie każdym innym powszechnym języku). Gdy wartość xosiąga 0x7fffffff, dodanie jakiejkolwiek wartości dodatniej spowoduje przepełnienie i stanie xsię ujemne, a zatem niższe niż j.

Różnica między pierwszą a drugą pętlą polega na tym, że kod wewnętrzny zajmuje znacznie więcej czasu i prawdopodobnie zajmie kilka minut, zanim xprzepełnienie. W pierwszym przykładzie może to zająć mniej niż sekundę lub najprawdopodobniej kod zostanie usunięty przez optymalizator, ponieważ nie ma to żadnego efektu.

Jak wspomniano w dyskusji, czas będzie w dużej mierze zależał od tego, jak system operacyjny buforuje dane wyjściowe, czy wysyła do emulatora terminala itp., Więc może być znacznie dłuższy niż kilka minut.

Question 3

Ponieważ są one zadeklarowane jako int, po osiągnięciu maksymalnej wartości pętla zostanie przerwana, ponieważ wartość x stanie się ujemna.

Ale kiedy System.out.println zostanie dodany do pętli, prędkość wykonania staje się widoczna (ponieważ wyjście do konsoli spowolni szybkość wykonywania). Jeśli jednak pozwolisz drugiemu programowi (temu z syso wewnątrz pętli) działać wystarczająco długo, powinien on zachowywać się tak samo jak pierwszy (ten bez syso wewnątrz pętli).

Question 4

Mogą być ku temu dwa powody:

Java optymalizuje forpętlę, a ponieważ po pętli nie jest używana, xpo prostu ją usuwa. Możesz to sprawdzić, umieszczając System.out.println(x);instrukcję po pętli.
Może się zdarzyć, że Java w rzeczywistości nie optymalizuje pętli i poprawnie wykonuje program i ostatecznie xbędzie zbyt duży inti przepełniony. Przepełnienie liczb całkowitych najprawdopodobniej spowoduje, że liczba całkowita xbędzie ujemna, która będzie mniejsza od j, a więc wyjdzie z pętli i wypisze wartość y. Można to również sprawdzić, dodając System.out.println(x);po pętli.

Ponadto nawet w pierwszym przypadku ostatecznie nastąpi przepełnienie, co spowoduje przeniesienie go do drugiego przypadku, więc nigdy nie będzie to prawdziwa nieskończona pętla.

Question 5

Obie nie są nieskończonymi pętlami, początkowo j = 0, o ile j <x, j rośnie (j ++), a j jest liczbą całkowitą, więc pętla działałaby do momentu osiągnięcia maksymalnej wartości, a następnie przepełnienia (warunkiem jest przepełnienie całkowite która ma miejsce, gdy wynik operacji arytmetycznej, takiej jak mnożenie lub dodawanie, przekracza maksymalny rozmiar typu liczby całkowitej użytej do jej przechowywania). w drugim przykładzie system po prostu wypisuje wartość y do momentu przerwania pętli.

jeśli szukasz przykładu nieskończonej pętli, powinno to wyglądać tak

int x = 6;

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

ponieważ (x) nigdy nie osiągnąłby wartości 10;

możesz też stworzyć nieskończoną pętlę z podwójną pętlą for:

int i ;

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

ta pętla jest nieskończona, ponieważ pierwsza pętla for mówi i <10, co jest prawdą, więc przechodzi do drugiej pętli for, a druga pętla for zwiększa wartość (i), aż będzie == 5. Następnie przechodzi do pierwszej for ponownie, ponieważ i <10, proces powtarza się, ponieważ resetuje się po drugiej pętli for

Question 6

Jest to pętla skończona, ponieważ gdy wartość xprzekracza 2,147,483,647(która jest wartością maksymalną a int), xstanie się ujemna i nie będzie większa j, niezależnie od tego, czy drukujesz y, czy nie.

Możesz po prostu zmienić wartość yto 100000i wydrukować yw pętli, a pętla wkrótce się zepsuje.

Powodem, dla którego czujesz, że stało się to nieskończone, jest to, że System.out.println(y);kod wykonywał się znacznie wolniej niż bez żadnych działań.

Question 7

Ciekawy problem Właściwie w obu przypadkach pętla nie jest nieskończona

Ale główna różnica między nimi polega na tym, kiedy zakończy się i ile czasu xzajmie przekroczenie maksymalnej intwartości, 2,147,483,647po której osiągnie stan przepełnienia i pętla się zakończy.

Najlepszym sposobem zrozumienia tego problemu jest przetestowanie prostego przykładu i zachowanie jego wyników.

Przykład :

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

Wynik:

finished!
BUILD SUCCESSFUL (total time: 0 seconds)

Po przetestowaniu tej nieskończonej pętli zakończenie zajmie mniej niż 1 sekundę.

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

Wynik:

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

W tym przypadku testowym zauważysz ogromną różnicę w czasie zamykania i kończenia działania programu.

Jeśli nie masz cierpliwości, pomyślisz, że ta pętla jest nieskończona i nie zakończy się, ale w rzeczywistości jej zakończenie i osiągnięcie stanu przepełnienia przy iwartości zajmie kilka godzin .

Wreszcie, po umieszczeniu instrukcji print wewnątrz pętli for, doszliśmy do wniosku, że zajmie to znacznie więcej czasu niż pętla w pierwszym przypadku bez instrukcji print.

Czas potrzebny na uruchomienie programu zależy od specyfikacji komputera, w szczególności mocy obliczeniowej (pojemności procesora), systemu operacyjnego i IDE, które kompiluje program.

Testuję ten przypadek na:

Lenovo 2,7 GHz Intel Core i5

System operacyjny: Windows 8.1 64x

IDE: NetBeans 8.2

Zakończenie programu zajmuje około 8 godzin (486 minut).

Możesz również zauważyć, że krok zwiększa się w pętli for i = i + 1 jest bardzo wolnym czynnikiem, aby osiągnąć maksymalną wartość int.

Możemy zmienić ten współczynnik i przyspieszyć przyrost kroku, aby przetestować pętlę w krótszym czasie.

jeśli to umieścimy i = i * 10i przetestujemy:

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

Wynik:

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

Jak widać, jest to bardzo szybkie w porównaniu z poprzednią pętlą

zakończenie i zakończenie działania programu zajmuje mniej niż 1 sekundę.

Po tym przykładzie testowym myślę, że powinno to wyjaśnić problem i udowodnić słuszność Zbynka Vyskovsky'ego - odpowiedź kvr000 , również będzie odpowiedzią na to pytanie .