琐碎的想法（五）for 的前世今生

时间：2023-01-11 19:07:10

for

起因

记得大学上C语言的课，第一次遇到的问题就是循环结构里面的 for。

选择结构的 if 非常易懂，和日常生活的判断没有区别。

循环结构的 while 同样比较好理解。

本质上是一个判断

  • 如果为真，继续循环。
  • 如果不假，则退出循环。

而 for 会稍微复杂一些。

for (init-expr; test-expr; update-expr)
    body-statement
  1. 初始化表达式只执行一次
  2. 判断表达式执行
    • 判断为真执行循环体
    • 判断为假退出循环体
  3. 执行更新表达式

在实际的语义等同于(唯一区别是init-expr一个是内部变量，一个是外部变量)

    init-expr
    while (test-expr) {
        body-statement
        update-expr
    }

那么我们为什么要设计一个不那么好理解的循环结构呢？

因为这时候才入了编程的门————抽象，以及约定。

如果我们再往底层挖，会发现在汇编语言中是不存在while、for 关键字的。

最开始的程序总是从左到右，从上到下一条路走到黑的。

后面编程人员意识到编写重复的代码过于麻烦才创造了 loop 。

所以最开始需要人工写一个for或者while循环。

while 好理解在于和自然语言（英语）完全符合。

    当 条件满足 时， {
        执行 流程;
    }

而 for 循环的好处在于规范了 while 的使用。

  1. 初始化语句（init-expr）一般只用于循环，所以放在内部，便于回收变量。
  2. 循环条件（test-expr）一般配合更新语句一起使用（update-expr），实现循环有限次数。
  3. 三者的拆分使编写大段的循环或者嵌套循环时，更易读。
// 传统while循环
    int i = 0;
    while (i < 10) {
        handleX();
        i++;
        int j = 0;
        while (j < 5) {
            handleY();
            j++;
        }
    }
// for循环
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        handleX();
        for (int j = 0; j < 5; j++) {
            handleY();
        }
    }

所以 for 循环的出现也意味着编程人员开始在意的不仅仅是功能，而且看重可读性。

然而这并不会被满足。

之后还出现了

  1. 增强 for，部分语言的for-each,for...in。
  2. lamdba 表达式中的 forEach() 方法。

注意：以下按 Java 实现的 foreach 举例。（其他编程语言不太熟悉）

增强 for

foreach 的规则

  1. 所有使用 foreach 的集合都必须实现 Iterable 接口
  2. 通过 iterator() 获取 iterator 对象
  3. 通过 iterator.hasNext() 判断是否存在元素。
  4. 通过 iterator.next() 获取下一个元素。
  5. 通过 iterator.remove() 移除返回的元素。(可选)

增强 for 的语法

    List<String> list = Arrays.asList("1", "2", "3", "4", "5");
    // for 版本
    for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
        System.out.println(list.get(i));
    }
    // foreach 版本
    for (String e : list) {
        System.out.println(e);
    }
    // 去"糖"后的while版本
    Iterator<String> iterator = list.iterator();
    while (iterator.hasNext()) {
        System.out.println(iterator.next());
    }

可以看出，foreach 对于 for、while 来说，好处是更加简单，符合直觉。

  1. 无需判断集合个数和中间变量减少代码出错可能性，统一通过 hasNext() 处理。
  2. 不用分析每个集合类如何获取元素，统一通过 next() 处理。
  3. 通过语法糖隐藏了 hasNext(), next() 逻辑，代码更易读。

forEach()

Java 7/8 受到了函数式语言的影响，实现了更简练的写法。

    // Iterable<T> 内实现的forEach
    default void forEach(Consumer<? super T> action) {
        Objects.requireNonNull(action);
        for (T t : this) {
            action.accept(t);
        }
    }

    List<String> list = Arrays.asList("1", "2", "3", "4", "5");
    // forEach()
    list.forEach(i -> System.out.print(i));
    // 方法引用
    list.forEach(System.out::print);

可以看出，forEach()的好处显而易见。

  1. 代码量比 foreach 更少，只关注遍历元素，甚至连元素类型都可以省略。
  2. 使用了方法引用后更进一步，我们关注的是这个集合执行了哪些操作，遍历每一次的含义在forEach()的方法已经体现了，甚至不需要写遍历的元素。

总结

可以看出，编程人员一直追寻的是更简单，更易读的代码。

  • 他们不满足于汇编语言一遍遍的写同一行代码，创造了 while
  • 不满足于 复杂或多层 while 的不可读， 创造了 for
  • 不满足于 for 循环每一次定义的中间变量，创造了 foreach
  • 不满足于 foreach 需要循环每一次的元素，利用了lamdba 的 Consumer， 去掉了元素。

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