我应该如何摆脱循环？ [关闭]

Posted 2023-02-17

【中文标题】我应该如何摆脱循环？ [关闭]

【英文标题】：How should I break out from a loop? [closed]

【发布时间】：2016-05-05 14:34:25

【问题描述】：

每当我需要从 C++ 中的for(unsigned int i=0;i<bound;++i) 表达式中跳出时，我只需设置索引变量i=bound，与此answer 中描述的方法相同。我倾向于避免使用break 声明，因为老实说，我不太了解它实际上 的作用。

比较两条指令：

for(unsigned int i=0;i<bound;++i) 
    if (I need a break) 
    break;
    

和

for(unsigned int i=0;i<bound;++i) 
    if (I need a break) 
    i=bound;
    

我推测第二种方法在i 和bound 之间进行了一个额外的变量集，然后进行了一次额外的比较，因此从性能的角度来看，它看起来更昂贵。那么问题是打电话给break，然后做这两个测试更便宜吗？编译的二进制文件有什么不同吗？是否存在第二种方法中断的情况，或者我可以安全地选择这两种方法中的任何一种吗？

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相关：Does `break` work only for `for`, `while`, `do-while`, `switch' and for `if` statements?

Breaking out of a loop without a break statement [C]

【问题讨论】：

"break" 表示执行会跳转到最内层循环之后的第一条语句

为了回答您的性能问题，比较两个版本之间生成的程序集（启用优化）

第二种方法似乎很危险，因为有一天循环限制变量将从bound更改为size，而您会忘记替换第二个bound。

“我不太了解它实际上做了什么。”好吧，这很奇怪，它是最简单的构造之一。它只是立即跳出循环。

1) 使用更清楚地表达意图的结构（并了解break 语句的行为 - 大多数程序员可能会更清楚）； 2) 可能没有任何后果的性能差异； 3）可能存在行为差异（特别是如果循环控制变量不是循环的本地变量），请注意这一点； 4）正如其他人所指出的，可能会对未来的代码维护产生影响

【参考方案1】：

使用 break 将更具前瞻性和逻辑性。

考虑以下示例，

for (i = 0; i < NUM_OF_ELEMENTS; i++)

     if(data[i] == expected_item)
         break;
 

printf("\n Element %d is at index %d\n", expected_item, i);

但是第二种方法在这里用处不大。

【讨论】：

此时考虑性能是过早的优化。你应该做任何更清楚的事情，那就是使用break。

有见地。我想这又是一种个人偏好和编码风格，我不会在循环范围之外移动索引变量。

与this comment on the other answer 中提出的问题相同。

@Matsmath：通常您将索引变量保留在for 循环范围内，仅当您在循环外确实需要它的值时“将其拉出”。

@MatteoItalia：这取决于您以后是否需要索引。如果没有，您应该在循环本身中声明它以保证严格的局部性。

【参考方案2】：

我想到了三个主要的技术差异：

正如其他人所说，如果您的索引变量不限于for 范围break 保持不变，而您的方法会破坏其内容；当您搜索时带有break 的数组，代码更简洁（您不必保留额外的变量来记下您停止的位置）；

break 立即退出循环；您的方法要求您执行身体的其余部分。当然你总是可以写：

for(int i=0; i<n; ++i) 
    if(...) 
        i=n;
     else 
        rest of the loop body
    

但它会给你的循环增加视觉和逻辑上的混乱；

break 几乎肯定会被转换为简单的jmp 到循环之后的指令（尽管，如果你有带析构函数的块范围变量，情况可能会更复杂）；您的解决方案不一定被编译器识别为等效的。

您实际上可以看到here，gcc 一路生成将n 移动到i 的代码，而在第二种情况下，它直接跳出循环。

在风格方面：

我发现“你的方式”过于复杂而且不习惯 - 如果我在实际代码中遇到它，我会问自己“他为什么不直接使用 break？”，然后检查两次以确保这并不是说我错过了一些副作用，并且意图实际上只是为了跳出循环； 正如其他人所说，您的内部分配存在与实际循环条件不同步的风险； 当循环条件变得比简单的范围检查更复杂时，无论是在逻辑方面（如果循环条件复杂，那么欺骗它会变得更复杂）和性能方面（如果循环条件很昂贵，您已经知道要退出您不想再次检查它）；这也可以通过添加一个额外的变量来规避（这通常在缺少 break 的语言中完成），但这又是对算法实际工作的额外干扰； 它根本不适用于基于范围的循环。

【讨论】：

非常感谢这个程序集输出。这无疑将我推向了正确的方向。

一个更好的例子是两个具有相同行为的函数，因此如果编译器“看穿”了这个奇怪的习语，它们可以编译为相同的 asm。我moved the ret += arr[i] above the if in your example。事实证明，gcc 6.1 使用cmov 作为if，这将循环计数器依赖链的长度从 1 个周期增加到 3 个周期（Intel pre-Broadwell）或 2 个周期（Broadwell 和更高版本）。在没有展开的情况下，“正常”版本可以每 2 个周期运行一个，但 i=c 版本只能每 3 个周期运行一个（Broadwell 之前）。

@PeterCordes：哎呀，这绝对不是故意的；我会尽快修复链接。

完美的例子说明了为什么i=c 成语是可怕的！已经在讨论它的答案中导致了琐碎代码中的错误。当你更新你的链接时，你应该prob。省略-ansi。如果您指定-std=c++11，那没有任何意义。 （我使用了-xc -std=c11，因为 Godbolt 不直接提供 C 编译器。）也不需要：-m32。 64 位 ABI 在 regs 中传递 args，因此噪音更小。

【参考方案3】：

我更喜欢break;，因为它使循环变量保持不变。 我在搜索内容时经常使用此表单：

int i;
for(i=0; i<list.size(); ++i)

    if (list[i] == target) // I found what I'm looking for!
    
        break;  // Stop searching by ending the loop.
    


if (i == list.size() ) // I still haven't found what I'm looking for -U2

    // Not found.

else

    // Do work with list[i]. 

编译后的二进制文件有什么不同吗？ 几乎可以肯定。（尽管优化器可能会识别您的模式，并将它们减少到几乎相同）break; 语句可能是一个汇编“跳转”语句，用于跳转到列表之外的下一条指令，同时保持控制变量不变。

分配变量（在非优化代码中）将导致分配给控制变量，测试该变量，然后跳转到结束循环。

正如其他人所提到的，将变量分配给它的最终值不太适合未来，以防你的循环条件在未来发生变化。

一般来说，当您说：“我不太了解它的实际作用。（所以我使用了一种解决方法）”， 我的回答是：“花时间了解它的作用！作为程序员，你工作的一个主要方面是学习东西。”

【讨论】：

您确定可以在循环外访问i 吗？ （我删除了我写了一半的答案:-)）

@SouravGhosh 在上面的代码中，他不能。但是你可以在循环之前定义 i 。诠释 i = 0; for(i = 0...

@abelenky 是的，但是如果我们遵循 OP 的代码，那么这个答案的意义何在？ （不过，总的来说，你是对的）

感谢您的回答。虽然，从您的帖子中，从性能的角度来看，无条件指令跳转是便宜的还是昂贵的，这一点根本不清楚。这就是我想学习的东西。

你认为break; 会作为关键字包含在语言中，如果它具有巨大的性能成本吗？每条汇编指令的成本都应该被认为是非常便宜的。昂贵的代码来自以非常糟糕的方式将指令组合在一起（例如，冒泡排序、大量内存副本、排序数据的线性搜索等）成本并非来自单个指令。

【参考方案4】：

使用break 这样做是惯用的，应该是默认设置，除非出于某种原因，相当模糊的替代方案可以为下面的逻辑奠定基础。即便如此，我还是更愿意在循环退出后进行变量设置，为了清晰起见，将该设置移近它的用法。

我无法想象这样的场景，其中的性能足以让我担心。也许一个更复杂的例子可以证明这一点。如前所述，答案几乎总是“测量，然后调整”。

【参考方案5】：

除了使用break 语句退出for 或[do] while 循环之外，还允许使用goto 来打破嵌套循环，例如：

    for (i=0; i<k; i++) 
        for (j=0; j<l; j++) 
            if (someCondition) 
                goto end_i;
            
        
    
  end_i:

【讨论】：

确实，有一次我遇到了一些非常讨厌的算法，除了依靠古老的goto 调用之外，没有其他（简单）方法可以做到这一点。这启发了我this related question。

@Matsmath，对于您参考中的状态机，我将编写一个 C 程序来解析状态定义并在 C 中发出一个状态机。该 C 代码将充满 goto 语句不会'没关系，因为它是机器生成的（但你必须证明生成器是正确的）。

perl 在此之上添加了语法糖：you label the outer loop and use last LABEL。但无论如何，@Matsmath：如果你理解了goto 的概念，那么break 完全等同于goto 到循环外的标签。