Bucle (instrucción)

En programación informática , un bucle es una estructura de control de flujo que permite ejecutar código repetidamente, generalmente con pequeñas modificaciones entre repeticiones. Los bucles se pueden usar para realizar una acción repetida en todos los elementos de una colección o para implementar un programa de larga duración.

Los bucles son una característica de los lenguajes de programación de alto nivel . En los lenguajes de programación de bajo nivel, la misma funcionalidad se logra mediante saltos . Cuando un programa se compila a código máquina , los bucles pueden implementarse mediante saltos; sin embargo, algunos bucles pueden optimizarse para ejecutarse sin saltos. ^{[ 1 ]}

Por lo general, se espera que los bucles se ejecuten durante un número finito de iteraciones. Sin el debido cuidado, pueden crearse bucles que no tienen posibilidad de terminar. Estos bucles se denominan bucles infinitos . El problema de determinar si un programa contiene un bucle infinito se conoce como el problema de la parada .

Un bucle condicional (también conocido como bucle indeterminado ^{[ 2 ]} ) es un bucle que determina si debe terminar en función de una condición lógica. ^{[ 3 ]} Estos bucles son flexibles, pero su comportamiento exacto puede ser difícil de comprender. ^{[ 4 ] : ​​368}

Un bucle condicional generalmente se compone de dos partes: una condición y un cuerpo . La condición es una expresión lógica que depende del estado del programa y el cuerpo es un bloque de código que se ejecuta mientras la condición se cumple. ^{[ 3 ]}

Una idea errónea común es que la ejecución del cuerpo termina tan pronto como la condición deja de cumplirse; pero esto generalmente no es así. ^{[ 4 ] : 368} En la mayoría de los lenguajes de programación, la condición se verifica una vez por cada ejecución del cuerpo . El momento en que se verifica la condición no está estandarizado y algunos lenguajes de programación contienen múltiples estructuras de bucles condicionales con diferentes reglas sobre cuándo se evalúa la condición .

mientras la condición hace que el cuerpo se repita

x ← 0 mientras x < 5 hacer mostrar( x ) x ← x + 1 repetir

Bucle posterior a la prueba

Un bucle de prueba posterior es un bucle condicional donde la condición se verifica después de que se ejecuta el cuerpo . Más precisamente, el cuerpo se ejecuta y luego se verifica la condición . Si se cumple, el cuerpo se ejecuta de nuevo y luego se verifica la condición . Esto se repite hasta que la condición no se cumple. A veces se le llama bucle do-while debido a la sintaxis utilizada en varios lenguajes de programación, ^{[ 7 ]} aunque esto puede ser confuso ya que Fortran y PL/I usan la sintaxis "DO WHILE" para bucles de prueba previa. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Los bucles de prueba posterior se formatean comúnmente de manera similar a

El cuerpo repite mientras se cumple la condición

En lugar de las palabras clave " do" y "repeat" , a veces se utilizan otros métodos para indicar dónde comienza y termina el cuerpo , como las llaves. ^{[ 10 ]}

Algunos lenguajes pueden usar una convención de nomenclatura diferente para este tipo de bucle. Por ejemplo, los lenguajes Pascal y Lua tienen un bucle " repeat until ", que continúa ejecutándose hasta que la expresión de control sea verdadera y luego finaliza. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Bucle for de tres partes

Un bucle for de tres partes , popularizado por C, tiene dos partes adicionales: inicialización ( variante de bucle ) e incremento , ambas son bloques de código. La inicialización está pensada como código que prepara el bucle y se ejecuta una vez al principio, y el incremento se utiliza para actualizar el estado del programa después de cada iteración del bucle. De lo contrario, el bucle for de tres partes es un bucle de preprueba. Suelen formatearse de manera similar a

para inicialización , condición , incremento hacer cuerpo repetir

Esta sintaxis proviene de B y fue inventada originalmente por Stephen C. Johnson . ^{[ 13 ]} El siguiente código C es un ejemplo de un bucle de tres partes que imprime los números del 0 al 4.

for ( int i = 0 ; i < 5 ; i ++ ) { printf ( "%d \n " , i ); }

mientras que es cierto lo hacen hacer_trabajo() Si la condición no es verdadera, entonces salir del bucle. Fin del bucle. Repetir.

INICIO DEL BUCLE: hacer_trabajo() Si se cumple la condición , entonces ir a BLOOPSTART. Fin de la condición.

Una enumeración (también conocida como bucle determinado ^{[ 2 ]} ) es un bucle diseñado para iterar sobre todos los elementos de una colección. ^{[ 17 ]} No es tan flexible como un bucle condicional, pero es más predecible. Por ejemplo, es más fácil garantizar que las enumeraciones terminen y que eviten posibles errores de índice . Las enumeraciones pueden implementarse utilizando un iterador , ya sea de forma implícita o explícita.

Dependiendo del lenguaje de programación, se utilizan varias palabras clave para invocar enumeraciones. Por ejemplo, los descendientes de ALGOL usan for, ^{[ 18 ]} mientras que los descendientes de Fortran usan do^{[ 19 ]} y COBOL usa PERFORM VARYING. ^{[ 20 ]}

Las enumeraciones a veces se denominan "bucles for", por ejemplo en Zig y Rust . ^{[ 21 ] [ 22 ]} Esto puede resultar confuso, ya que muchos de los lenguajes de programación más populares ^{[ 23 ]} , como C, C++ y Java , utilizan ese término para el bucle for de tres partes, ^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]} que no es una enumeración. Otros lenguajes de programación, como Perl y C# , evitan esta confusión utilizando el término "bucle foreach". ^{[ 27 ] [ 28 ]}

El orden en que se iteran los elementos de la colección depende del lenguaje de programación. Fortran 95 tiene un bucle, invocado mediante la palabra clave FORALL, que es independiente de este orden. Tiene el efecto de ejecutar cada iteración del bucle al mismo tiempo. Esta característica quedó obsoleta en Fortran 2018. ^{[ 29 ]}

En la mayoría de los lenguajes de programación funcional , se utiliza la recursión en lugar de los bucles tradicionales. Esto se debe a que las variables son inmutables y, por lo tanto, no se puede realizar el incremento de un bucle. ^{[ 30 ]}

Para evitar errores de desbordamiento de pila en bucles largos, los lenguajes de programación funcional implementan la optimización de llamadas de cola , que permite usar el mismo marco de pila para cada iteración del bucle, compilando así el mismo código que un bucle while o for . ^{[ 31 ]}

Algunos lenguajes, como Haskell , tienen una sintaxis conocida como comprensión de listas , que es similar a la enumeración, iterando sobre el contenido de una lista y transformándola en una nueva lista.

Un contador de bucle es una variable de control que gestiona las iteraciones de un bucle. Los contadores de bucle cambian con cada iteración, proporcionando un valor único para cada una. El contador de bucle se utiliza para determinar cuándo debe finalizar el bucle. Se denomina así porque, en la mayoría de los casos, esta variable toma un rango de valores enteros.

Una convención común para nombrar identificadores es que el contador de bucle use los nombres de variable i , j y k (y así sucesivamente si es necesario), ^{[ 32 ]} donde i sería el bucle más externo, j el siguiente bucle interno, etc. Generalmente se acepta que este estilo se originó en la programación temprana de Fortran , donde estos nombres de variable que comienzan con estas letras se declaraban implícitamente como de tipo entero, y por lo tanto eran opciones obvias para contadores de bucle que solo se requerían temporalmente. La práctica se remonta aún más atrás a la notación matemática donde los índices para sumas y multiplicaciones a menudo son i , j y k .

Algunos desaconsejan el uso de nombres breves para los contadores de bucle, como i y j , ya que el propósito de las variables no queda tan claro como si se les asignara un nombre más largo y descriptivo. ^{[ 4 ] : 383–382}

Los distintos lenguajes de programación especifican reglas diferentes sobre el valor que conservará el contador del bucle al finalizar su ejecución, e incluso algunos establecen que este valor queda indefinido. Esto permite que un compilador genere código que deje cualquier valor en el contador del bucle, o incluso que lo deje sin cambios, ya que el valor del bucle se almacenó en un registro y nunca se guardó en memoria. El comportamiento real puede incluso variar según la configuración de optimización del compilador.

Modificar el contador del bucle dentro del cuerpo del mismo puede tener consecuencias inesperadas. Para evitar estos problemas, algunos lenguajes hacen que el contador del bucle sea inmutable . Sin embargo, es probable que el compilador solo detecte los cambios explícitos. En situaciones donde la dirección del contador del bucle se pasa como argumento a una subrutina , resulta muy difícil verificarlo, ya que el comportamiento de la rutina suele ser desconocido para el compilador, a menos que el lenguaje admita firmas de procedimientos e intenciones de argumentos.

Algunos lenguajes también pueden proporcionar instrucciones de apoyo para modificar cómo procede la iteración de un bucle. Entre las más comunes se encuentran la instrucción break , que finaliza el bucle actual en el que se encuentra el programa, y ​​la instrucción continue , que salta a la siguiente iteración del bucle actual. ^{[ 4 ] : 379} Estas instrucciones pueden tener otros nombres; por ejemplo, en Fortran 90 , se llaman exit y cycle .

Un bucle también puede finalizarse devolviendo un valor desde la función dentro de la cual se está ejecutando.

En el caso de bucles anidados, las instrucciones `break` y `continue` se aplican al bucle más interno. Algunos lenguajes permiten etiquetar los bucles. Estas instrucciones se pueden aplicar a cualquiera de los bucles anidados en el programa.

bucle_exterior: (Esta es una etiqueta para el bucle más externo) para 1 ≤ i ≤ 2 hacer para 1 ≤ j ≤ 2 hacer mostrar(i, j) Si i = 2, continuar bucle externo. Fin del bucle. Repetir . Repetir (Este bucle anidado muestra los pares (1, 1), (1, 2) y (2, 1)).

Un bucle infinito es un bucle que nunca termina. Esto puede ser intencional o el resultado de un error lógico .

La detección sistemática de bucles infinitos se conoce como el problema de la parada .

Los bucles infinitos son útiles en aplicaciones que necesitan realizar un cálculo repetido hasta que un programa finalice, como los servidores web . ^{[ 33 ]}

• Función recursiva primitiva
• Función recursiva general
• Bucle de repetición (desambiguación)
• LOOP (lenguaje de programación) : un lenguaje de programación con la propiedad de que las funciones que puede calcular son exactamente las funciones recursivas primitivas.