什么会导致 for 循环在应该递增时递减？

Question

我写了一个方法来计算父亲的年龄是他儿子的两倍，以及从现在起多少年后这将是真实的。没想到，对于一个8岁的父亲和一个3岁的儿子来说，returns“-2年前”。同样出乎意料的是，对于一个 3 岁的父亲和一个 2 岁的儿子来说，它 returns “-1 年后”。我不关心如何改进代码，因为我已经知道如何去做。相反，我很困惑为什么 for 循环计数器在它应该递增的时候似乎在递减。

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);
    }
}

对于 twiceAsOld(8, 3)，for 循环的增量似乎已反转为从 0 而不是向上计数。对于 twiceAsOld(3, 2)，-1 可能代表一个错误，表明父亲的年龄从未是他儿子的两倍，而且永远不会。我不明白的是什么会导致 for 循环在应该递增时开始递减 i 值。我原以为计数器会无限递增，直到程序运行内存不足。

我已经知道如何改进这个程序，但我很好奇 for 循环中的计数器如何在应该增加的时候减少。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。我试着让变量变长而不是整数，但这让程序变得更慢了。无论如何，现在我意识到计数器一直在递增，直到它溢出并落在负值。）

Answer 1

它变成了负值，因为这就是 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

它说

If an integer addition overflows, then the result is the low-order bits of the mathematical sum as represented in some sufficiently large two's-complement format. If overflow occurs, then the sign of the result is not the same as the sign of the mathematical sum of the two operand values.

Answer 2

当我调试您的代码时，我可以看到 yearsAgo 正在无限递增，导致 pastFathersAge 和 pastSonsAge 变为负值。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（更确切地说，从未满足）。直到您的 futureFathersAge 一路经历负数，回到正数，并最终落在 -2 上。

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

Answer 3

你没注意到你的程序运行很慢吗？ :)

对于(8, 3)年前的情况，你的for循环一直在循环，试图找到父亲是两倍大的年份，但据我们所知，父亲只会变成两倍大将来，但过去不会。 for 循环不知道这一点，它会非常努力地寻找这样的年份。它尝试 so 使 yearsAgo 递增超过 int 的最大值。这就造成了一个overflow，yearsAgo的值会"wrap back around"到int的最小值，也就是负数。然后这个负数会递增很多次，直到-2。

另一种情况也是如此。

要解决此问题，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++) {

什么会导致 for 循环在应该递增时递减？

What would cause a for loop to decrement when it's supposed to increment?

java

loops

for-loop

increment

decrement