Что называется постоянным циклом

§ 9. Программирование ЧПУ. Постоянные циклы сверления

По геометрии отверстия классифицируют на цилиндрические, ступенчатые, фасонные, конические. В детали отверстие может быть сквозным (обеспечивает выход инструмента) и глухим. Для обработки отверстий может применяться различный инструмент: лезвийный (сверла, зенкера, развертки, зенковки, резцы и т.д), абразивный и другие. На рисунке ниже показаны сквозное (слева) и глухое отверстия.

На металлорежущих станках обработка производится лезвийным инструментом, а операция называется аналогично названию инструмента. Для обработки одного отверстия в зависимости от геометрии, точности и шероховатости может применяться несколько операций (центровка, предварительное сверление, растачивание и т.д.)

Для программирования обработки отверстий на станках ЧПУ используют так называемые постоянные циклы сверления.

Постоянный цикл сверления – это макропрограмма, заложенная в систему ЧПУ и вызываемая как функция с передачей параметров обработки. Возникновение циклов сверления уходит своими корнями во времена, когда программист вручную писал управляющую программу для обработки, а система ЧПУ не имела достаточного объема памяти для хранения этой программы.

Поэтому основной целью создания подобного функционала являлось сокращения времени программирования и минимизация кода (количество символов в программе). Постоянный цикл сверления упрощает программу, заменяя несколько ее строк одним блоком.

В коде ИСО 7 бит для программирования постоянных циклов сверления используются G-коды с номерами от 80 до 89 (G80-G89), часть из которых зарезервирована и не используется.

G80 – отмена цикла сверления;
G81 – простое сверление (Single Pecking Drilling);
G82 – сверление с ломкой стружки (Break Chip Drilling);
G83 – глубокое сверление (Deep Drilling);
G84 – нарезка резьбы (Tapping);
G85 – растачивание (Counter Bore);

Как видно из таблицы, номер G функции задет тип операции сверления. Перед тем как вызвать нужный цикл, инструмент позиционируется в нужную точку относительно системы координат. После вызывается цикл сверления с характерными для него параметрами.

Простое сверление (G81)

Данный цикл предполагает непрерывное движение сверла в материале от верха до дна отверстия с заданной скоростью. Для программирования используется код G81. Для сверления отверстия на рисунке ниже, потребует следующий фрагмент управляющей программы.

%
O0001
N10 G17 G40 G49 G80 G90 (подготовительная часть УП)
N15 T1 M6 (установка инструмента)
N20 G54 (задание нулевой точки детали)
N25 G0 G43 Z50 H1 (включение корректора на длину)
N30 X20 Y17.50 (выход в точку центра отверстия)
N35 G1 Z15 F500 (выход на безопасную плоскость Z=15мм)
N40 G81 Z-30 R5 F100 (вызов цикла простого сверления)
N45 G80 (отменить цикл сверления)
N50 G0 Z50 (подъем в конечную точку траектории)
N55 M05 (выключить обороты шпинделя)
N60 M30 (конец программы)

В кадре 40 производится вызов цикла простого сверления G81, согласно которому инструмент опускается на глубину отверстия 30 мм (Drilling Total Depth), которая задается параметром Z-30, после чего будет выведен на плоскость отвода R5 (Clear Plane). На рисунке ниже показан эскиз обрабатываемого отверстия.

Если необходимо просверлить сразу несколько однотипных отверстий, то после объявления цикла координаты всех отверстий перечисляются построчно. Вызванный цикл будет активным до тех пор, пока не будет выдана команда на окончание цикла сверления G80.

Управляющая программа для обработки нескольких отверстий будет выглядеть следующим образом:

% O0001
N10 G17 G40 G49 G80 G90 (подготовительная часть УП)
N15 T1 M6 (установка инструмента)
N20 G54 (задание нулевой точки детали)
N25 G0 G43 Z50 H1 (включение корректора на длину)
N30 X15 Y45 (выход в точку центра отверстия 1)
N35 G1 Z15 F500 (выход на безопасную плоскость Z=15мм)
N40 G81 Z-30 R5 F100 (вызов цикла простого сверления)
N45 X45 (переход и сверление отверстие 2)
N50 X75 (переход и сверление отверстие 3)
N45 G80 (отменить цикл сверления)
N50 G0 Z50 (подъем в конечную точку траектории)
N55 M05 (выключить обороты шпинделя)
N60 M30 (конец программы)

Допускается управлять положением инструмента по оси Z при движении от одного отверстия к другому. Для этого используются коды G98 и G99. При задании кода G98 инструмент отводится на безопасную плоскость – плоскость, на которой инструмент находился перед вызовом постоянного цикла сверления. Код G99 – производит отвод инструмента на плоскость отвода, которая определятся параметром R цикла.

Сверление с ломкой стружки (G82)

Отличается от простого сверления дополнительным параметром P, который устанавливает время выдержки сверла на дне отверстия. Это способствует удалению стружки из отверстия. Задается кодом G82.

G82 Z-30 R5 P1000 F100, где P – время выстоя в 1/1000 сек (в данном примере выстой составит 1 сек).

Глубокое сверление (G83)

Данный цикл сверления предназначен для сверления глубоких отверстий (длина отверстия больше 5 его диаметров). В разной литературе также можно встретить название данного цикла как прерывистое сверление. Это связно с характером движения сверла при обработке отверстия. Во время выполнения цикла инструмент углубляется на расстояние Q, заданное в параметрах, после чего возвращается на плоскость отвода. И так повторяется до тех пор, пока не будет обработано все отверстие. Такая технология позволяет удалять большую часть стружки из отверстия и предотвращает поломку сверла.

Для программирования глубокого сверления используется код G83, со следующим набором параметров.

Источник

постоянный цикл

Смотреть что такое «постоянный цикл» в других словарях:

постоянный цикл — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN fixed cycle … Справочник технического переводчика

цикл бедности — Постоянный переход бедности и лишений от одного поколения к следующему … Словарь по географии

паразит постоянный — П., весь жизненный цикл которого связан с организмом хозяина, а пребывание во внешней среде случайно (напр., человеческая вошь) … Большой медицинский словарь

Задержка месячных — – нарушение менструальной функции, проявляющееся отсутствием циклического кровотечения свыше 35 дней[1]. Содержание 1 Основные причины задержки месячных … Википедия

GNOME — GNOME … Википедия

Ценз — (лат. census подсчет, оценка), перепись всех граждан обоего пола, производившаяся в Риме каждые пять лет цензорами, в обязанности которых входила классификация граждан по различным экономич. и политич. признакам. На основании переписи… … Словарь античности

Капитал — (Capital) Капитал это совокупность материальных, интеллектуальных и финансовых средств, используемых для получения дополнительных благ Определение понятия капитала, виды капитала, рынок капитала, кругооборот капитала, проблема оттока… … Энциклопедия инвестора

Сезон 2009 MotoGP — Сезон MotoGP 2009 года Предыдущий: 2008 Следующий: 2010 … Википедия

Сезон 2010 MotoGP — Сезон MotoGP 2010 года Предыдущий: 2009 Следующий: 2011 Сезон 2010 MotoGP 62 й сезон чемпионата мира по шоссейно кольцевым мотогонкам. Содержание 1 Гран при … Википедия

нормальная — работа (normal operation): Работа прибора при следующих условиях. Настольные вентиляторы и вентиляторы на подставке работают с включенным поворотным механизмом. Потолочные вентиляторы крепят к потолку. Вентиляторы для перегородок устанавливают в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Перитонеа́льный диа́лиз — (анат. peritoneum брюшина: греч. dialysis разложение, отделение) метод очищения крови от эндогенных и экзогенных токсинов с одновременной коррекцией водно солевого баланса путем диффузии и фильтрации растворов веществ через брюшину как… … Медицинская энциклопедия

Источник

Тема 6: Постоянные циклы станка с ЧПУ

6.1. Назначение постоянных циклов

Предположим, что необходимо просверлить несколько отверстий в детали. Чтобы просверлить одно отверстие, необходимо на рабочей подаче опустить сверло на требуемую глубину, затем вывести его вверх на ускоренной подаче и переместить к следующему отверстию.

Рис. 6.1. Цикл сверления

Использование постоянного цикла упрощает процесс создания программы для обработки отверстий, делает ее легко читаемой и существенно уменьшает в размере.

Работать с постоянными циклами очень удобно. Например, необходимо изменить глубину сверления и высоту вывода сверла из отверстия. При работе с программой без постоянного цикла придется отредактировать ее практически полностью. Если же вы используется постоянный цикл сверления, то для достижения нужного эффекта достаточно изменить несколько параметров.

Станки с ЧПУ могут иметь разнообразные циклы: от довольно простых – для сверления, растачивания и нарезания резьбы до более сложных – для обработки контуров и карманов. Некоторые циклы стандартизированы и все разработчики систем ЧПУ придерживаются этих стандартов. Однако некоторые циклы на разных станках могут записываться по-разному.

Постоянные циклы и их параметры являются модальными. Вызвав цикл при помощи соответствующего G-кода, в следующих кадрах указываются координаты отверстий, которые необходимо обработать. После кадра, содержащего координаты последнего отверстия, необходимо запрограммировать G80 – код отмены (окончания) постоянного цикла. Если этого не сделать, то все последующие координаты перемещений будут считаться координатами обрабатываемых отверстий.

6.2. Стандартный цикл сверления и цикл сверления с выдержкой (G81, G82)

Код G81 предназначен для вызова стандартного цикла сверления:

G81 Х10.0 Y15.3 Z-3.0 R0.5 F50.

Плоскость отвода – это координата по оси Z, с которой начинается сверление на рабочей подаче. Плоскость отвода устанавливается немного выше поверхности детали, поэтому значение при R обычно положительное. Величина R существенно влияет на время обработки.

Цикл сверления с выдержкой вызывается при помощи команды G82 функционирует аналогично стандартному циклу сверления:

G82 Х10.0 Y15.3 Z-3.0 P6500 R0.5 F50.

Разница в том, что на дне отверстия запрограммировано время ожидания (выдержка). Цикл сверления с выдержкой часто применяется для сверления глухих отверстий, так как запрограммированное время ожидания обеспечивает лучшее удаление стружки со дна отверстия.

При выполнении механической обработки отверстий при помощи постоянных циклов существует также понятие исходная плоскость. Исходная плоскость – это координата (уровень), по оси Z в которой располагался инструмент перед вызовом постоянного цикла.

Рис. 6.2. Использование кодов G98 и G99

Если между отверстиями нет препятствий, то используется код G99. Если же между ними имеется какой-либо выступающий элемент, то, чтобы избежать столкновения, используется код G98:

G98 G81 Х10.0 Y15.3 Z-3.0 R0.5 F50.

G99 G81 Х10.0 Y15.3 Z-3.0 R0.5 F50.

Следует учитывать, что если код G98 применить сразу после смены инструмента, то исходная плоскость будет установлена слишком высоко, и время обработки существенно возрастет. При использовании кода G99 инструмент перемещается вверх только после обработки последнего отверстия.

6.3. Относительные координаты в постоянном цикле (G90, G91)

При необходимости использования относительных координат при работе с постоянным циклом необходимо учитывать следующее:

1) плоскость отвода устанавливается относительно исходной плоскости;

2) глубина сверления по Z устанавливается относительно плоскости отвода.

Рис. 6.3. Различие между G90 и G91 в постоянных циклах сверления

6.4. Циклы прерывистого сверления (G83, G73)

Код G83 вызывает цикл прерывистого сверления. Прерывистое сверление часто используется при обработке глубоких отверстий. Если при обычном сверлении инструмент на рабочей подаче перемещается ко дну отверстия непрерывно, то в цикле прерывистого сверления инструмент поднимается вверх через определенные интервалы для удаления стружки. Сверление считается глубоким, если глубина отверстия больше трех диаметров сверла. При этом возникает вероятность, что стружка не успеет выйти из отверстия и инструмент сломается. При обработке отверстий технолог-программист должен решить, какой именно цикл ему необходим в каждом конкретном случае.

Необходимо, также, учитывать, что режущая кромка сверла заточена под определенным углом. Так как в программе указываются координаты Z для кромки сверла, то инструменту при сверлении сквозных отверстий необходимо задать небольшой перебег величиной примерно 1 мм для прямой части сверла:

Рис. 6.4. На чертежах длину отверстия указывают по прямой части.

Формат кадра для цикла прерывистого сверления:

G83 Х10.0 Y10.0 Z-25.0 Q2.0 R0.5 F45

Q — относительная глубина каждого рабочего хода сверла (2 мм);

Высокоскоростной цикл прерывистого сверления G73 работает аналогично циклу G83. Разница заключается в том, что при высокоскоростном цикле сверло для удаления стружки выводится из отверстия не полностью. Это позволяет уменьшить машинное время обработки.

Рис. 6.5. Схема цикла прерывистого сверления

Формат кадра для высокоскоростного цикла прерывистого сверления:

G73 Х10.0 Y10.0 Z-25.0 Q2.0 R0.5 F45

Многие системы ЧПУ позволяют указывать дополнительные адреса для более гибкой работы с циклами сверления. Поэтому при программировании циклов необходимо изучить заводскую инструкцию.

6.5. Циклы нарезания резьбы (G74, G84)

Код G84 используется для вызова цикла нарезания резьбы. В этом случае при каждой подаче оси Z на значение шага метчика шпиндель поворачивается на один оборот. Когда метчик достигает дна отверстия, шпиндель, вращаясь в обратную сторону, выводит метчик из отверстия. Система ЧПУ самостоятельно синхронизирует подачу и скорость вращения шпинделя во избежание повреждения резьбы и поломки инструмента. Благодаря этому нарезание резьбы можно выполнить без плавающего патрона с высокой скоростью и точностью.

Формат кадра для цикла нарезания резьбы:

G98 G84 Х10.0. Y10.0 Z-6.0 R10.0 F10

G98 G74 Х10.0. Y10.0 Z-6.0 R10.0 F10

Некоторые СЧПУ позволяют программировать циклы нарезания резьбы за несколько рабочих операций, аналогично циклу прерывистого сверления. При нарезании резьбы при помощи постоянных циклов станка программисту следует проявлять особую внимательность, назначая режимы резания и глубину обработки.

6.6. Циклы растачивания (G85)

G98 G85 Х10.0 Y10.0 Z-10.0 R10.0 F30

Цикл G85 выполняет перемещение расточного резца до дна отверстия на рабочей подаче с вращением шпинделя. Когда резец достигает дна, инструмент выводится из отверстия также на рабочей подаче.

Рис. 6.6. Процесс растачивания цилиндрического отверстия

Существует множество разновидностей цикла растачивания, которые отличаются друг от друга поведением при выводе инструмента из обработанного отверстия:

Примеры программ на сверление отверстий с использованием

Постоянных циклов

Пример № 1

Рис. 6.7. Сверление 7 отверстий диаметром 3 мм и глубиной 6,5 мм

Источник

Цикл (программирование)

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).

Содержание

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:

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::

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:

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:

(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:

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

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:

фактически представляет собой другую форму записи конструкции [1] :

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:

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

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.

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:

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:

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:

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:

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.

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:

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:

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:

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:

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.

Источник