使用while循环的简单示例

Posted 2021-04-11

我正在尝试编写一些示例来解释何时应该使用while循环，以及何时应该使用for循环。

在寻找有趣的案例来展示年轻和新手程序员时，我意识到while循环的绝大多数教科书示例都是这样的：

i = 0
while i < 10:
    do something
    i = i + 1

'做某事'可能会打印奇数，平方我等等......然而所有这些显然更容易用for循环编写！

我正在寻找更有趣的例子。他们必须是：

1. 适合年轻的程序员（例如，没有太多的数学，如数字根发现或Collat​​z猜想中的序列）
2. 使用while循环而不是for循环更容易（或更直观）解决。
3. 有一些真正的用途（例如，我可以做while random() < 0.95，但这是真正的用途？）

我能想到的唯一例子是从用户逐个获取列表输入（例如，要求求和的数字），但是用户必须使用特殊输入来终止它，并且这似乎毫无意义用户可以提前说出序列中将有多少条目。

答案

FOR循环和WHILE循环之间的根本区别在于，对于FOR循环，迭代次数由循环开始之前已知的常数限定，而对于WHILE循环，迭代次数可以是无界的，未知的，或无限的。

因此，只提供WHILE循环的语言是Turing-complete，只提供FOR循环的语言不是。

因此，只有WHILE循环可以做的第一个显而易见的事情是无限循环。容易建模为无限循环的东西，例如，Web服务器，Netflix客户端，游戏循环，GUI事件循环或操作系统：

WHILE (r = nextHttpRequest):
    handle(r)
END

WHILE (p = nextVideoStreamPacket):
    frame = decode(p)
    draw(frame)
END

WHILE (a = playerAction):
    computeNextFrame(a)
END

WHILE (e = nextEvent):
    handle(e)
END

WHILE (s = sysCall):
    process(s)
END

循环不是无限的一个很好的例子，但是事先不知道边界（正如你在你的问题中已经提到的那样）要求用户输入。像这样的东西：

WHILE (askBoolean("Do you want to play again?")):
    playGame()
END

另一个很好的例子是处理类似C的字符串，其中字符串的长度未知但有限。对于链表，或者对于存在“next”概念但没有“size”概念的任何数据结构，这是相同的情况，而是有一些标记结束的标记值（例如，NUL终止的字符串）在C）或检查是否有下一个元素的方法（例如Java中的Iterator）：

WHILE ((element = getNext()) != END_MARKER):
    process(element)
END

WHILE (hasNextElement):
    process(getNext())
END

还有一些情况可以使用FOR循环处理，但WHILE循环更优雅。我能想到的一种情况是，迭代次数的界限是事先知道的，它是常数，但是已知的界限非常大，并且所需的实际迭代次数明显小于界限。

不幸的是，我无法想出一个很好的现实生活中的例子，也许别人可以。然后，FOR循环通常如下所示，以便跳过从实际迭代次数到上限的迭代：

FOR (i FROM 1 TO $SOME_LARGE_UPPER_BOUND):
    IF (terminationConditionReached):
        NOOP()
    ELSE:
        doSomethingInteresting()
    END
END

哪个更好地表达为

WHILE (NOT terminationConditionReached):
    doSomethingInteresting()
END

在这种情况下使用FOR循环可能有意义，如果i的值是有意义的：

FOR (i FROM 1 TO $SOME_LARGE_UPPER_BOUND):
    IF (terminationConditionReached):
        NOOP()
    ELSE:
        doSomethingInterestingWithI(i)
    END
END

我能想到的最后一种情况，即WHILE循环比FOR循环更合适，即使迭代次数受已知常量限制，如果该常量对于循环不是“语义上有趣的”。

例如，Tic-Tac-Toe的游戏循环最多只需要9次移动，因此可以将其建模为FOR循环：

FOR (i FROM 1 TO 9):
    IF (player1Won OR player2Won):
        NOOP
    ELSE:
        makeMove()
    END
END

但是，数字“9”在这里并不是很有趣。一个玩家是否拥有一个或者棋盘是满的，这个更有趣：

WHILE (NOT (player1Won OR player2Won OR boardFull)):
    makeMove()
END

[注意：至少如果与孩子比赛，这也是倒数第二种情况的一个例子，即上限已知为9，但很多游戏将比9次移动短。但是，我仍然希望找到一个例子，这也不是一个语义上不感兴趣的终止条件的例子。

因此，我们在这里有两类情况：一类，其中FOR循环根本无法使用（当绑定未知，不存在或无限时），以及一个可以使用FOR循环的情况，但是WHILE循环更有意思揭露。