Control Structures#
Control Structures는 프로그램 내에서 실행 흐름을 제어하는 기본적이고 필수적인 구성 요소이다.
이 구조들은 코드의 순차적 실행, 조건에 따른 분기 처리, 그리고 반복문 실행을 통해 프로그램이 동적으로 동작할 수 있도록 돕는다.
제어 구조는 프로그래밍의 핵심 요소로, 코드의 실행 흐름을 제어하고 다양한 상황에 대응할 수 있게 한다.
순차적 구조, 선택 구조, 반복 구조 등의 기본 제어 구조부터 예외 처리, 비동기 프로그래밍을 위한 고급 제어 구조까지, 이들을 효과적으로 활용하면 더 유연하고 강력한 프로그램을 작성할 수 있다.
Control Structures는 모든 프로그래밍 언어에서 기본적으로 제공되는 기능으로, 이를 올바르게 활용하면 복잡한 프로그램도 체계적이고 유연하게 설계할 수 있다. 이러한 제어 구조를 이해하고 적절하게 사용하면, 문제 해결 능력을 크게 향상시킬 수 있다.
Control Structures의 정의 및 중요성#
제어 구조(Control Structures)란 프로그램의 실행 순서를 제어하는 프로그래밍 구문을 말한다.
기본적으로 프로그램은 위에서 아래로 순차적으로 실행되지만, 제어 구조를 사용하면 이 순서를 변경하거나 특정 조건에 따라 코드 블록을 실행하거나 건너뛸 수 있다.
제어 구조가 중요한 이유는 다음과 같다:
- 결정 능력: 프로그램이 다양한 상황에 따라 다르게 동작할 수 있게 한다.
- 코드 재사용: 반복적인 작업을 효율적으로 수행할 수 있게 한다.
- 논리적 흐름: 복잡한 문제를 해결하기 위한 논리적 접근 방식을 구현할 수 있게 한다.
- 최적화: 필요한 작업만 수행하도록 하여 자원을 효율적으로 사용할 수 있게 한다.
제어 구조와 코드 품질#
가독성과 유지보수성
좋은 제어 구조 사용은 코드의 가독성과 유지보수성을 향상시킨다. 복잡한 로직을 명확하게 표현하고, 다른 개발자들이 쉽게 이해할 수 있도록 한다.
코드 복잡성 관리
중첩된 제어 구조는 코드의 복잡성을 증가시킬 수 있다. 일반적으로 중첩 수준을 3~4단계 이하로 유지하고, 필요한 경우 함수로 분리하는 것이 좋다.
방어적 프로그래밍
방어적 프로그래밍은 예상치 못한 상황이나 잘못된 입력에 대비하여 코드를 작성하는 방식이다. 제어 구조를 활용한 입력 검증과 예외 처리가 중요하다.
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| # 파이썬 예제: 방어적 프로그래밍
def divide_safely(a, b):
# 입력 타입 검증
if not (isinstance(a, (int, float)) and isinstance(b, (int, float))):
raise TypeError("숫자만 입력할 수 있습니다.")
# 0으로 나누기 방지
if b == 0:
return "0으로 나눌 수 없습니다."
# 결과가 너무 큰 경우 처리
try:
result = a / b
if result > 1e10:
return "결과가 너무 큽니다."
return result
except Exception as e:
return f"예상치 못한 오류: {e}"
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제어 구조의 종류#
Control Structures는 일반적으로 세 가지 기본 유형으로 분류된다:
- 순차적 구조(Sequence)
- 선택 구조(Selection)
- 반복 구조(Iteration/Loops)
순차 (Sequence)#
순차적 구조는 가장 기본적인 제어 구조로, 명령문이 작성된 순서대로 위에서 아래로 실행된다.
한 명령문이 실행된 후에 다음 명령문이 실행되는 방식이다.
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| # 파이썬 예제: 순차적 구조
name = "홍길동" # 첫 번째 명령문
age = 25 # 두 번째 명령문
print(f"{name}의 나이는 {age}세입니다.") # 세 번째 명령문
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위 코드는 변수 할당부터 출력까지 순차적으로 실행된다.
선택 (Selection)#
선택 구조는 특정 조건에 따라 실행할 코드 블록을 선택하는 구조이다.
이를 통해 프로그램은 다양한 상황에 대응하고 결정을 내릴 수 있게 된다. 주요 선택 구조에는 if-else 문과 switch-case 문(또는 match-case 문)이 있다.
주요 프로그래밍 언어에서 선택 구조에 사용되는 예약어를 비교:
| 언어 | 두-방향 선택 (if-then-else) | 다중 선택 (switch-case) |
|---|
| C++ | if, else | switch, case, break, default |
| C# | if, else | switch, case, break, default |
| Java | if, else | switch, case, break, default |
| JavaScript | if, else | switch, case, break, default |
| Python | if, elif, else | (지원하지 않음, 대체 방식 존재) |
| Swift | if, else | switch, case, (break는 선택적), default |
If-else 문#
if-else 문은 조건이 참인지 거짓인지에 따라 다른 코드 블록을 실행한다.
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| # 파이썬 예제: if-else 문
score = 85
if score >= 90:
print("A 등급입니다.")
elif score >= 80:
print("B 등급입니다.")
elif score >= 70:
print("C 등급입니다.")
else:
print("D 등급 이하입니다.")
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이는 우리가 일상에서 “만약 비가 오면 우산을 가져가고, 그렇지 않으면 선글라스를 가져간다"와 같은 결정을 내리는 방식과 유사하다.
중첩된 if 문#
조건문 안에 또 다른 조건문을 넣어 더 복잡한 조건을 처리할 수 있다.
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| # 파이썬 예제: 중첩된 if 문
age = 25
has_license = True
if age >= 18:
if has_license:
print("차량을 운전할 수 있습니다.")
else:
print("성인이지만 면허가 없어 운전할 수 없습니다.")
else:
print("미성년자는 운전할 수 없습니다.")
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Switch-case 문 (또는 Match-case 문)#
다중 분기가 필요한 경우, 여러 개의 if-elif-else 문 대신 switch-case 문을 사용할 수 있다.
파이썬 3.10부터는 match-case 문이 도입되었다.
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| # 파이썬 3.10 이상 예제: match-case 문
day = "월요일"
match day:
case "월요일":
print("월요일에는 회의가 있습니다.")
case "화요일":
print("화요일에는 보고서를 작성합니다.")
case "수요일":
print("수요일에는 프로젝트 작업을 합니다.")
case "목요일" | "금요일": # 여러 조건을 합칠 수 있음
print("목요일과 금요일에는 개발 작업을 합니다.")
case _: # 기본값 (default)
print("주말에는 휴식을 취합니다.")
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| // 자바스크립트 예제: switch-case 문
let day = "월요일";
switch (day) {
case "월요일":
console.log("월요일에는 회의가 있습니다.");
break; // break 문을 사용하여 다음 case로 넘어가지 않도록 함
case "화요일":
console.log("화요일에는 보고서를 작성합니다.");
break;
case "수요일":
console.log("수요일에는 프로젝트 작업을 합니다.");
break;
case "목요일":
case "금요일": // 여러 조건을 나열할 수 있음
console.log("목요일과 금요일에는 개발 작업을 합니다.");
break;
default: // 기본값
console.log("주말에는 휴식을 취합니다.");
}
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삼항 연산자(Ternary Operator)#
간단한 조건부 표현식을 위한 축약된 형태의 if-else 문.
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| # 파이썬 예제: 삼항 연산자
age = 20
status = "성인" if age >= 18 else "미성년자"
print(status) # "성인" 출력
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자바스크립트 예제:
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| // 자바스크립트 예제: 삼항 연산자
let age = 20;
let status = age >= 18 ? "성인" : "미성년자";
console.log(status); // "성인" 출력
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반복 (Iteration)#
반복 구조는 특정 코드 블록을 여러 번 반복해서 실행하는 구조이다.
이를 통해 비슷한 작업을 효율적으로 처리할 수 있다.
주요 반복 구조에는 for 루프, while 루프, do-while 루프가 있다.
For 루프#
for 루프는 지정된 횟수만큼 코드 블록을 반복 실행하는 데 주로 사용된다.
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| # 파이썬 예제: for 루프
# 1부터 5까지 출력하기
for i in range(1, 6):
print(i)
# 리스트의 모든 요소 출력하기
fruits = ["사과", "바나나", "딸기"]
for fruit in fruits:
print(fruit)
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| // 자바스크립트 예제: for 루프
// 1부터 5까지 출력하기
for (let i = 1; i <= 5; i++) {
console.log(i);
}
// 배열의 모든 요소 출력하기
let fruits = ["사과", "바나나", "딸기"];
for (let i = 0; i < fruits.length; i++) {
console.log(fruits[i]);
}
// for…of 루프 (ES6+)
for (let fruit of fruits) {
console.log(fruit);
}
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While 루프#
while 루프는 특정 조건이 참인 동안 코드 블록을 계속해서 실행한다.
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| # 파이썬 예제: while 루프
# 5부터 1까지 카운트다운
count = 5
while count > 0:
print(count)
count -= 1 # count = count - 1
# 사용자 입력 검증
answer = ""
while answer != "exit":
answer = input("종료하려면 'exit'를 입력하세요: ")
print(f"입력한 값: {answer}")
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자바스크립트 예제:
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| // 자바스크립트 예제: while 루프
// 5부터 1까지 카운트다운
let count = 5;
while (count > 0) {
console.log(count);
count--; // count = count - 1
}
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Do-while 루프#
do-while 루프는 while 루프와 유사하지만, 조건을 확인하기 전에 코드 블록을 최소한 한 번은 실행한다. 파이썬에는 do-while 루프가 없지만, 다른 언어에서는 널리 사용된다.
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| // 자바스크립트 예제: do-while 루프
let i = 1;
do {
console.log(i);
i++;
} while (i <= 5);
// 조건이 처음부터 거짓이어도 최소 한 번은 실행됨
let j = 10;
do {
console.log("이 코드는 한 번 실행됩니다.");
} while (j < 5);
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고급 제어 구조#
예외 처리(Exception Handling)#
예외 처리(Exception Handling)는 프로그램 실행 중 발생할 수 있는 예기치 못한 상황을 관리하는 중요한 프로그래밍 개념이다.
예외 처리란 프로그램 실행 중 발생할 수 있는 예상치 못한 오류 상황에 대비하여 코드를 작성하는 것으로, 프로그램의 비정상적인 종료를 방지하고 정상적인 실행 상태를 유지하는 것을 목적으로 한다.
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| # 파이썬 예제: 예외 처리
try:
# 오류가 발생할 가능성이 있는 코드
number = int(input("숫자를 입력하세요: "))
result = 100 / number
print(f"결과: {result}")
except ValueError:
# 입력한 값이 정수가 아닐 때 실행
print("유효한 정수를 입력해야 합니다.")
except ZeroDivisionError:
# 0으로 나눌 때 실행
print("0으로 나눌 수 없습니다.")
except Exception as e:
# 기타 모든 예외 처리
print(f"오류 발생: {e}")
else:
# 예외가 발생하지 않았을 때 실행
print("계산이 성공적으로 완료되었습니다.")
finally:
# 예외 발생 여부와 관계없이 항상 실행
print("예외 처리 과정이 종료되었습니다.")
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자바스크립트 예제:
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| // 자바스크립트 예제: 예외 처리
try {
// 오류가 발생할 가능성이 있는 코드
let number = prompt("숫자를 입력하세요:");
number = Number(number);
if (isNaN(number)) {
throw new Error("유효한 숫자가 아닙니다.");
}
let result = 100 / number;
console.log(`결과: ${result}`);
} catch (error) {
// 오류 처리
console.error(`오류 발생: ${error.message}`);
} finally {
// 항상 실행
console.log("예외 처리 과정이 종료되었습니다.");
}
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예외 처리의 중요성#
- 프로그램 안정성 향상: 예외 처리를 통해 프로그램이 갑작스럽게 종료되는 것을 방지한다.
- 디버깅 용이성: 예외 발생 시 로그를 남겨 문제의 원인을 쉽게 파악할 수 있다.
- 사용자 경험 개선: 오류 발생 시 사용자에게 적절한 메시지를 제공할 수 있다.
예외 처리 방법#
대부분의 프로그래밍 언어에서는 try-catch 블록을 사용하여 예외를 처리한다:
- try 블록: 예외가 발생할 수 있는 코드를 포함한다.
- catch 블록: 발생한 예외를 처리하는 코드를 작성한다.
- finally 블록: 예외 발생 여부와 관계없이 항상 실행되는 코드를 포함한다.
예외 처리의 모범 사례#
- 구체적인 예외 클래스 사용: 일반적인 Exception보다는 더 구체적인 예외 클래스를 사용한다.
- 적절한 로깅: 예외 발생 시 충분한 정보를 로그로 남긴다.
- 사용자 친화적인 메시지: 기술적인 내용보다는 사용자가 이해할 수 있는 메시지를 제공한다.
주의사항#
- 과도한 예외 처리 지양: 너무 많은 예외 처리는 코드의 가독성을 떨어뜨릴 수 있다.
- 예외 무시 금지: 예외를 잡았다면 반드시 적절히 처리해야 한다.
함수와 제어 구조의 조합#
함수 호출과 제어 구조를 조합하여 더 복잡한 논리를 구현할 수 있습니다.
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| # 파이썬 예제: 함수와 제어 구조 조합
def calculate_grade(score):
if score >= 90:
return "A"
elif score >= 80:
return "B"
elif score >= 70:
return "C"
elif score >= 60:
return "D"
else:
return "F"
# 여러 학생의 성적 처리
students = [
{"name": "김철수", "score": 85},
{"name": "이영희", "score": 92},
{"name": "박지민", "score": 78}
]
for student in students:
name = student["name"]
score = student["score"]
grade = calculate_grade(score)
print(f"{name}의 점수는 {score}점이고, 등급은 {grade}입니다.")
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제어 구조의 중요성과 사용 패턴#
제어 구조를 활용한 알고리즘 구현#
제어 구조는 알고리즘 구현의 기본 요소이다.
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| # 파이썬 예제: 버블 정렬 알고리즘
def bubble_sort(arr):
n = len(arr)
# 바깥쪽 루프: 전체 배열을 순회
for i in range(n):
# 안쪽 루프: 아직 정렬되지 않은 원소를 비교
for j in range(0, n - i - 1):
# 현재 원소가 다음 원소보다 크면 교환
if arr[j] > arr[j + 1]:
arr[j], arr[j + 1] = arr[j + 1], arr[j]
return arr
# 정렬 테스트
numbers = [64, 34, 25, 12, 22, 11, 90]
sorted_numbers = bubble_sort(numbers)
print(f"정렬된 배열: {sorted_numbers}")
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제어 구조의 중첩과 복잡성 관리#
제어 구조를 중첩해서 사용하면 복잡한 로직을 구현할 수 있지만, 코드의 가독성이 떨어질 수 있다. 따라서 적절한 함수 분리와 명확한 이름 지정이 중요하다.
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| # 파이썬 예제: 복잡한 중첩 제어 구조
def process_student_data(students, pass_score):
passed_students = []
failed_students = []
for student in students:
total_score = 0
passed_all_subjects = True
for subject, score in student["scores"].items():
total_score += score
if score < pass_score:
passed_all_subjects = False
print(f"{student['name']}님이 {subject} 과목에서 불합격했습니다.")
average = total_score / len(student["scores"])
student["average"] = average
if passed_all_subjects and average >= pass_score:
passed_students.append(student)
else:
failed_students.append(student)
return passed_students, failed_students
# 위 코드는 다음과 같이 나눌 수 있음
def has_passed_all_subjects(scores, pass_score):
for subject, score in scores.items():
if score < pass_score:
return False
return True
def calculate_average(scores):
return sum(scores.values()) / len(scores)
def process_student_data_improved(students, pass_score):
passed_students = []
failed_students = []
for student in students:
average = calculate_average(student["scores"])
student["average"] = average
if has_passed_all_subjects(student["scores"], pass_score) and average >= pass_score:
passed_students.append(student)
else:
failed_students.append(student)
return passed_students, failed_students
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최적화를 위한 제어 구조 활용#
제어 구조를 효율적으로 활용하면 성능을 최적화할 수 있다. 예를 들어, 불필요한 반복을 줄이거나 조건을 미리 확인하여 계산을 줄일 수 있다.
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| # 파이썬 예제: 최적화된 소수 판별 함수
import math
def is_prime(n):
# 기본 케이스 처리
if n <= 1:
return False
if n <= 3:
return True
if n % 2 == 0 or n % 3 == 0:
return False
# 최적화: 제곱근까지만 확인하고, 6k±1 형태만 검사
limit = int(math.sqrt(n)) + 1
for i in range(5, limit, 6):
if n % i == 0 or n % (i + 2) == 0:
return False
return True
# 1부터 30까지의 소수 찾기
primes = [n for n in range(1, 31) if is_prime(n)]
print(f"1부터 30까지의 소수: {primes}")
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현대 프로그래밍 언어의 특수 제어 구조#
현대 프로그래밍 언어들은 기본적인 제어 구조 외에도 다양한 특수 제어 구조를 제공한다.
파이썬의 Comprehensions#
파이썬은 리스트, 딕셔너리, 집합 등을 간결하게 생성할 수 있는 컴프리헨션(Comprehension) 구문을 제공한다.
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| # 파이썬 예제: 다양한 컴프리헨션
# 리스트 컴프리헨션
squares = [x**2 for x in range(1, 11)]
print(f"1부터 10까지의 제곱수: {squares}")
# 조건부 리스트 컴프리헨션
even_squares = [x**2 for x in range(1, 11) if x % 2 == 0]
print(f"1부터 10까지의 짝수 제곱수: {even_squares}")
# 딕셔너리 컴프리헨션
square_dict = {x: x**2 for x in range(1, 6)}
print(f"숫자와 제곱수 매핑: {square_dict}")
# 집합 컴프리헨션
vowels = {char for char in "Hello World" if char.lower() in "aeiou"}
print(f"문장에 있는 모음: {vowels}")
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반복자(Iterator)와 생성자(Generator)#
파이썬의 반복자와 생성자는 메모리 효율적인 반복 처리를 가능하게 한다.
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| # 파이썬 예제: 생성자 함수
def fibonacci_generator(limit):
a, b = 0, 1
count = 0
while count < limit:
yield a # 현재 값 반환 후 함수 상태 저장
a, b = b, a + b
count += 1
# 생성자 사용
for fib in fibonacci_generator(10):
print(fib, end=" ") # 0 1 1 2 3 5 8 13 21 34
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비동기 프로그래밍의 제어 구조#
현대 프로그래밍에서는 비동기 작업을 효율적으로 처리하기 위한 특수 제어 구조가 중요하다.
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| # 파이썬 예제: async/await를 사용한 비동기 프로그래밍
import asyncio
async def fetch_data(delay, name):
print(f"{name} 데이터 요청 시작…")
await asyncio.sleep(delay) # 비동기 대기(I/O 작업 시뮬레이션)
print(f"{name} 데이터 수신 완료!")
return f"{name} 결과"
async def main():
# 여러 작업을 동시에 실행
tasks = [
fetch_data(2, "서버 1"),
fetch_data(1, "서버 2"),
fetch_data(3, "서버 3")
]
# 모든 작업이 완료될 때까지 기다림
results = await asyncio.gather(*tasks)
print(f"모든 결과: {results}")
# 비동기 이벤트 루프 실행
# asyncio.run(main()) # 실제 실행 시 주석 해제
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자바스크립트 예제:
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| // 자바스크립트 예제: Promise와 async/await
async function fetchData(delay, name) {
console.log(`${name} 데이터 요청 시작…`);
// 비동기 작업 시뮬레이션
await new Promise(resolve => setTimeout(resolve, delay * 1000));
console.log(`${name} 데이터 수신 완료!`);
return `${name} 결과`;
}
async function main() {
try {
// 병렬로 모든 요청 실행
const results = await Promise.all([
fetchData(2, "서버 1"),
fetchData(1, "서버 2"),
fetchData(3, "서버 3")
]);
console.log(`모든 결과: ${results}`);
} catch (error) {
console.error(`오류 발생: ${error}`);
}
}
// main(); // 실행 시 주석 해제
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참고 및 출처#
Programming Language Control Structures 프로그래밍에서 코드의 실행 흐름을 제어하는 핵심적인 구문이다.
Iteration Structures 특정 코드 블록을 반복적으로 실행하기 위한 구조
Language For Loop While Loop Do-While For-Each/Range Python for x in sequence while condition N/A for x in iterable Java for(init;condition;increment) while(condition) do {…} while(condition) for(Type x: collection) JavaScript for(let i=0;i<n;i++) while(condition) do {…} while(condition) for(let x of iterable) TypeScript Same as JavaScript + type safety Same as JavaScript Same as JavaScript Same as JavaScript Golang for i:=0; i<n; i++ for condition N/A for _, v:= range slice Kotlin for (i in range) while(condition) do {…} while(condition) for (item in collection) Rust for x in iter while condition loop {…} for x in collection Conditional Statements 특정 조건에 따라 다른 코드 블록을 실행하도록 하는 구조
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