循环终止条件

Posted 2023-03-14

【中文标题】循环终止条件

【英文标题】：Loop termination conditions

【发布时间】：2010-09-13 00:40:44

【问题描述】：

这些for-loops 是算法形式正确性证明的第一个基本示例。它们具有不同但等效的终止条件：

1   for ( int i = 0; i != N; ++i )

2   for ( int i = 0; i < N; ++i )

后置条件中的区别变得明显：

第一个给出了循环终止后i == N的有力保证。

第二个仅在循环终止后提供i >= N 的弱保证，但您会很容易假设i == N。

如果由于任何原因将增量 ++i 更改为类似 i += 2，或者如果 i 在循环内被修改，或者如果 N 为负数，则程序可能会失败：

第一个可能会陷入无限循环。它在有错误的循环中提前失败。调试很简单。

第二个循环将终止，并且由于您对i == N 的错误假设，稍后程序可能会失败。它可能会在远离导致错误的循环的地方失败，从而难以追溯。或者它可以默默地继续做一些意想不到的事情，这更糟糕。

您更喜欢哪种终止条件，为什么？还有其他考虑吗？为什么很多知道这个的程序员都拒绝应用？

【问题讨论】：

对于那些提到 i 在 for 之外不可用的人，请注意，在推理程序时可以使用终止时的 i 值。例如，如果你想用一个保持不变 P(i) 的循环来建立 P(N)，那么 i==N 会给你 P(N) 而 i>=N 不会。

+1 表示写得很好的问题，清楚地表达了每个选项的优点。

【参考方案1】：

在 C++ 中，为了通用性，首选使用 != 测试。 C++ 中的迭代器有多种概念，如input iterator、forward iterator、bidirectional iterator、random access iterator，每一个都扩展了前一个概念，并提供了新的功能。要使< 工作，需要随机访问迭代器，而!= 只需要输入迭代器。

【参考方案2】：

我们不应该孤立地查看计数器 - 如果出于任何原因有人更改了计数器的递增方式，他们会更改终止条件和结果逻辑（如果 i==N 需要）。

我更喜欢第二个条件，因为它更标准，不会导致无限循环。

【参考方案3】：

如果您信任您的代码，您可以选择其中任何一种。

如果您希望您的代码可读且易于理解（因此更能容忍从您必须假设为笨拙的人进行更改），我会使用类似的东西；

for ( int i = 0 ; i >= 0 && i < N ; ++i) 

【参考方案4】：

我总是使用#2，因为这样你就可以确定循环将终止......之后依赖它等于 N 是依赖于副作用......你会不会更好地使用变量 N 本身?

[编辑] 抱歉...我的意思是 #2

【参考方案5】：

总的来说，我更喜欢

for ( int i = 0; i < N; ++i )

对生产中的错误程序的惩罚似乎不那么严重，您不会让线程永远卡在 for 循环中，这种情况可能非常危险且难以诊断。

另外，一般来说，我喜欢避免使用此类循环，而使用更具可读性的 foreach 样式循环。

【参考方案6】：

我认为大多数程序员都使用第二个，因为它有助于弄清楚循环内部发生了什么。我可以看它，并且“知道”我将从 0 开始，并且肯定会小于 N。

第一个变体没有这种品质。我可以看一下，我只知道我将从 0 开始，并且永远不会等于 N。没有那么有用。

不管你如何终止循环，在循环外使用循环控制变量时要非常小心。在您的示例中，您（正确地）在循环内声明 i，因此它不在循环外的范围内，并且其值的问题没有实际意义......

当然，第二个变体还有一个优点，那就是我见过的所有 C 引用都使用它:-)

【参考方案7】：

我更喜欢使用#2，只是因为我尽量不在 for 循环之外扩展 i 的含义。如果我要跟踪这样的变量，我会创建一个额外的测试。有人可能会说这是多余或低效的，但它提醒了读者我的意图：此时，我必须等于 N

@timyates - 我同意不应该依赖副作用

【参考方案8】：

我倾向于使用第二种形式，只是因为这样我可以更确定循环将终止。 IE。通过在循环内更改 i 来引入非终止错误更难。

当然，它还有一个稍微懒惰的优势，就是少输入一个字符；）

我还认为，在具有合理范围规则的语言中，由于 i 在循环构造内声明，它不应该在循环外可用。这将减轻对 i 在循环结束时等于 N 的任何依赖...

【讨论】：

我也在想同样的事情，当然大多数语言只会在循环范围内使用 i。 +1

在 Perl 中：for( my $i=0; $i<N; ++$i )...

【参考方案9】：

我认为您很好地说明了两者之间的区别。不过，我确实有以下 cmets：

这不是“语言不可知论”，我可以看到您的示例是用 C++ 编写的，但是 是不允许修改循环变量的语言 循环和其他不保证索引的值在之后可用的 循环（有些人两者都做）。

您已声明i for 内的索引，所以我不会在循环后押注i 的值。 这些示例有点误导，因为它们隐含地假设 for 是 一个确定的循环。实际上它只是一种更方便的写作方式：

// version 1
 int i = 0;
  while (i != N) 
    ...
    ++i;
  

注意i 在块之后是如何未定义的。

如果程序员知道以上所有内容，就不会对i的值做出一般假设，而是明智地选择i<N作为结束条件，以确保最终满足退出条件。

【参考方案10】：

如果在循环外使用 i，在 c# 中使用上述任何一种都会导致编译器错误

【参考方案11】：

我有时更喜欢这个：

for (int i = 0; (i <= (n-1)); i++)  ... 

这个版本直接显示了我可以拥有的值的范围。我对检查范围的下限和上限的看法是，如果你真的需要这个，你的代码有太多的副作用，需要重写。

另一个版本：

for (int i = 1; (i <= n); i++)  ... 

帮助您确定调用循环体的频率。这也有有效的用例。

【参考方案12】：

对于一般的编程工作我更喜欢

for ( int i = 0; i < N; ++i )

到

for ( int i = 0; i != N; ++i )

因为它不易出错，尤其是在代码被重构时。我曾看到这种代码不小心变成了无限循环。

那个论点说“你会很想假设 i == N”，我不相信这是真的。我从来没有做过这样的假设，也没有见过其他程序员做出这样的假设。

【参考方案13】：

从形式验证和自动终止分析的角度来看，我非常喜欢#2 (<)。很容易跟踪某些变量的增加（在var = x 之前，在var = x+n 之后对于一些非负数n）。但是，要看到i==N 最终成立并不容易。为此，需要推断i 在每一步中恰好增加了1，这（在更复杂的示例中）可能由于抽象而丢失。

如果您考虑以 2 为增量的循环 (i = i + 2)，这个总体思路就会变得更容易理解。为了保证终止，现在需要知道i%2 == N%2，而当使用< 作为条件时，这无关紧要。