什么会导致 for 循环在应该递增时递减？答案

【问题标题】：What would cause a for loop to decrement when it's supposed to increment?什么会导致 for 循环在应该递增时递减？
【发布时间】：2019-05-29 15:15:43
【问题描述】：

我写了一个方法来计算一个父亲在多久以前是他儿子的两倍，从现在开始多少年后这是真的。没想到，它为一个 8 岁的父亲和一个 3 岁的儿子返回“-2 年前”。同样出乎意料的是，它为 3 岁的父亲和 2 岁的儿子返回“-1 年后”。我不关心如何改进代码，因为我已经知道如何做到这一点。相反，我很困惑为什么 for 循环计数器在应该递增时却出现递减。

这是我的代码。

public class TwiceAsOld {

    public static void twiceAsOld (int currentFathersAge, int currentSonsAge) {

        int yearsAgo;
        int yearsFromNow;
        int pastFathersAge = currentFathersAge;
        int pastSonsAge = currentSonsAge;
        int futureFathersAge = currentFathersAge;
        int futureSonsAge = currentSonsAge;

        for (yearsAgo = 0; pastFathersAge != 2 * pastSonsAge; yearsAgo++) {
            pastFathersAge--;
            pastSonsAge--;
        }

        System.out.println("The father was last twice as old as the son " + yearsAgo + " years ago.");

        for (yearsFromNow = 0; futureFathersAge != 2 * futureSonsAge; yearsFromNow++) {
            futureFathersAge++;
            futureSonsAge++;
        }

        System.out.println("The father will be twice as old as the son in " + yearsFromNow + " years from now.");

    }

    public static void main(String[] args) {
        twiceAsOld(8, 3);
        twiceAsOld(3, 2);
    }
}

使用 twoAsOld(8, 3) 时，for 循环的增量似乎已反转为从 0 倒计时而不是向上倒计时。对于 twoAsOld(3, 2)，-1 可能代表一个错误，表明父亲从来没有比儿子大两倍，也永远不会。我不明白的是什么会导致 for 循环在 i 值应该增加时开始减少它。我期待计数器无限增加，直到程序内存不足。

我已经知道如何改进这个程序，但我很好奇 for 循环中的计数器在应该增加时如何减少。谁能解释一下？

（更新：感谢大家的回答。我不敢相信我忘记了整数溢出。我尝试将变量设为 long 而不是整数，但这使程序变得更慢。无论如何，现在我意识到计数器是一直递增，直到它溢出并降落在负值。）

【问题讨论】：

由于该值没有递减，几乎可以肯定是整数溢出。

标签： java loops for-loop increment decrement

【解决方案1】：

它变成了负数，因为这是在 Java 中 int 计算溢出时发生的情况。

看看 https://docs.oracle.com/javase/specs/jls/se7/html/jls-15.html#jls-15.18.2

上面写着

如果整数加法溢出，则结果是数学和的低位，以某种足够大的二进制补码格式表示。如果发生溢出，则结果的符号与两个操作数值的数学和的符号不同。

【讨论】：

【解决方案2】：

您没有注意到您的程序运行得很慢吗？ :)

对于 (8, 3) 年前的情况，你的 for 循环不断循环，试图找到父亲年龄翻倍的年份，但正如我们所知，父亲只会变老两倍 在未来，但不是在过去。 for 循环不知道这一点，它会非常努力地找到这样的一年。它尝试如此使yearsAgo 增加到超过int 的最大值。这会导致overflow，并且yearsAgo 的值将“回绕”到最小值int，这是一个负数。然后这个负数会增加很多次，直到-2。

其他情况也是如此。

要解决这个问题，您可以添加 if 语句来检查结果是否为负：

public static void twiceAsOld (int currentFathersAge, int currentSonsAge) {

    int yearsAgo;
    int yearsFromNow;
    int pastFathersAge = currentFathersAge;
    int pastSonsAge = currentSonsAge;
    int futureFathersAge = currentFathersAge;
    int futureSonsAge = currentSonsAge;


    for (yearsAgo = 0; pastFathersAge != 2 * pastSonsAge; yearsAgo++) {

        pastFathersAge--;
        pastSonsAge--;
    }

    // Here!
    if (yearsAgo >= 0) {
        System.out.println("The father was last twice as old as the son " + yearsAgo + " years ago.");
    }

    for (yearsFromNow = 0; futureFathersAge != 2 * futureSonsAge; yearsFromNow++) {
        futureFathersAge++;
        futureSonsAge++;
    }

    if (yearsFromNow >= 0) {
        System.out.println("The father will be twice as old as the son in " + yearsFromNow + " years from now.");
    }

}

您也可以在循环达到负值时停止循环以使您的程序更快：

for (yearsAgo = 0; pastFathersAge != 2 * pastSonsAge && yearsAgo >= 0; yearsAgo++) {

【讨论】：

【解决方案3】：

当我调试您的代码时，我可以看到yearsAgo 无限制地递增，导致pastFathersAge 和pastSonsAge 变为负数。这导致负整数溢出。发生这种情况是因为您的条件 pastFathersAge != 2 * pastSonsAge 从未满足（而是从未满足）。直到您的futureFathersAge 一直处于负面状态，回到正面，最终确定为 -2。

故事的寓意是确保您的循环的终止条件始终可以满足。不要使用!=，而是使用>= 或<=。

【讨论】：