第 6 章循環 · ruby基礎教程（中文第四版）

# **第 6 章　循環** 與條件判斷一樣，循環也遍布于程序的各個角落，是程序中不可缺少的重要組成部分。本章我們將會探討： - **程序中的循環是什么** - **寫循環時需要注意的事項** - **循環的種類及其寫法** ### **6.1　循環的基礎** 我們在編寫程序時，常常遇到“希望這個處理重復執行多次”的情況。例如： - **希望同樣的處理執行 X 次** 更復雜點的例子有： - **用其他對象置換數組里的所有元素；** - **在達成某條件之前，一直重復執行處理。** 這時，我們都需要用到循環。接下來，我們將會介紹 Ruby 中基本的循環結構。其中比較特別的是，除了用傳統的循環語句實現循環外，我們還能用方法來實現循環，也就是說我們可以根據自己的需要定制循環方法。關于如何定制循環 , 我們會在第 11 章再詳細說明，這里我們先介紹一些預定義的循環語法結構。 ### **6.2　循環時的注意事項** 下面兩點是循環時必須注意的。 - **循環的主體是什么** - **停止循環的條件是什么** 大家也許會認為，我們自己寫的循環處理，“循環的主體是什么”我們自己總會知道吧。但是，實際編寫程序時，稍不注意就會發生把不應該循環的處理加入到循環中這樣的錯誤。而且，如果是循環里再嵌套循環的結構，在哪里做怎么樣的循環、循環的結果怎么處理等都可能會使程序變得難以讀懂。另外，如果把“停止循環的條件”弄錯了，有可能會發生處理無法終止，或者處理還沒完成但已經跳出循環等這樣的情況。大家寫循環結構時務必注意上述兩點，避免發生錯誤。 ### **6.3　實現循環的方法** Ruby 中有兩種實現循環的方法。 - **使用循環語句** 利用 Ruby 提供現有的循環語句，可以滿足大部分循環處理的需求。 - **使用方法實現循環** 將塊傳給方法，然后在塊里面寫上需要循環的處理。一般我們在為了某種特定目的而需要定制循環結構時，才使用方法來實現循環。下面是我們接下來要介紹的六種循環語句或方法。 - **`times` 方法** - **`while` 語句** - **`each` 方法** - **`for` 語句** - **`until` 語句** - **`loop` 方法** Ruby 的常用循環結構就介紹到這里，接下來就讓我們來具體看看如何使用這些語句或方法實現循環。 ### **6.4　times 方法** 如果只是單純執行一定次數的處理，用 `times` 方法可以很輕松實現。假設我們希望把“滿地油菜花”這個字符串連續輸出 7 次。 **代碼清單 6.1　times.rb** ~~~ 7.times do puts "滿地油菜花" end ~~~ > **執行示例** ~~~ > ruby times.rb 滿地油菜花滿地油菜花滿地油菜花滿地油菜花滿地油菜花滿地油菜花滿地油菜花 ~~~ 使用 times 方法實現循環時，需要用到塊 `do ～ end`。 **循環次數`.times do` 　希望循環的處理 `end`** 塊的 `do ～ end` 部分可以用`｛～｝`代替，像下面這樣： **循環次數`.times {` 　希望循環的處理 `}`** 在 `times` 方法的塊里，也是可以獲知當前的循環次數的。 ~~~ 10.times do |i| ┊ end ~~~ 這樣，就可以把當前的循環次數賦值給變量 `i`。我們來看看實際的例子（代碼清單 6.2）。 **代碼清單 6.2　times2.rb** ~~~ 5.times do |i| puts "第#{i} 次的循環。" end ~~~ > **執行示例** ~~~ > ruby times2.rb 第 0 次的循環。第 1 次的循環。第 2 次的循環。第 3 次的循環。第 4 次的循環。 ~~~ 請注意循環的次數是從 0 開始計算的。把循環次數的初始值設為 `1` 不失為一個好方法，但可惜我們不能這么做，因此我們只能在塊里面對循環次數做調整（代碼清單 6.3）。 **代碼清單 6.3　times3.rb** ~~~ 5.times do |i| puts "第#{i+1} 次的循環。" end ~~~ > **執行示例** ~~~ > ruby times3.rb 第 0 次的循環。第 1 次的循環。第 2 次的循環。第 3 次的循環。第 4 次的循環。 ~~~ 但是，這樣的寫法會使變量 `i` 的值與實際輸出的值產生差異。從降低程序復雜度來看，這并不是一個好的的編程習慣。若是對循環次數比較在意時，我們不必勉強使用 `times` 方法，可使用下面即將介紹的 `for` 語句和 `while` 語句。 ### **6.5　for 語句** `for` 語句同樣是用于實現循環的。需要注意的是，與剛才介紹的 `times` 方法不同，`for` 并不是方法，而是 Ruby 提供的循環控制語句。以下是使用 `for` 語句的典型示例（代碼清單 6.4）。 **代碼清單 6.4　for.rb** ~~~ 1: sum = 0 2: for i in 1..5 3: sum = sum + i 4: end 5: puts sum ~~~ > **執行示例** ~~~ > ruby for.rb 15 ~~~ 這是一個求從 1 到 5 累加的程序。`for` 語句的結構如下所示： **`for` 變量 `in` 開始時的數值`..`結束時的數值 `do` 　希望循環的處理 `end`** ※ 可以省略 `do` 我們回顧一下程序代碼清單 6.4。程序第 1 行將 0 賦值給變量 `sum`，程序第 5 行輸出變量 `sum` 的值并換行。第 2 行到第 4 行的 `for` 語句指定變量 `i` 的范圍是從 1 到 5。也就是說，程序一邊從 1 到 5 改變變量 `i` 的值，一邊執行 `sum = sum + i`。如果不使用循環語句，這個程序可以改寫為： ~~~ sum = 0 sum = sum + 1 sum = sum + 2 sum = sum + 3 sum = sum + 4 sum = sum + 5 puts sum ~~~ `for` 語句與 `times` 方法不一樣，循環的開始值和結束值可以任意指定。例如，我們想計算從變量 `from` 到變量 `to` 累加的總數，使用 `times` 方法的程序為： ~~~ from = 10 to = 20 sum = 0 (to - from + 1).times do |i| sum = sum + (i + from) end puts sum ~~~ 使用 for 語句的程序為： ~~~ from = 10 to = 20 sum = 0 for i in from..to sum = sum + i end puts sum ~~~ 使用 `for` 語句后的程序變得更加簡單了。另外，`sum = sum + i` 這個式子也有更簡單的寫法： ~~~ sum += i ~~~ 本例是加法的簡寫，做減法、乘法時也同樣可以做這樣的省略。 ~~~ a -= b a *= b ~~~ 第 9 章我們會再詳細討論這方面的內容，現在暫時先記著有這么一個省略寫法就可以了。 ### **6.6　普通的 for 語句** 其實上一節介紹的是 `for` 語句的特殊用法，普通的 `for` 語句如下所示： **`for` 變量 `in` 對象 `do` 　希望循環的處理 `end`** ※ 可以省略 `do` 可以看出，`in` 后面的部分和之前介紹的有點不同。但和之前的 `for` 語句相比也并非完全不一樣。實際上，.. 或者 ... 都是創建范圍對象時所需的符號。當然，并非任何對象都可以指定給 `for` 語句使用。下面是使用數組對象的例子。 **代碼清單 6.5　for_names.rb** ~~~ names = ["awk", "Perl", "Python", "Ruby"] for name in names puts name end ~~~ > **執行示例** ~~~ > ruby for_names.rb awk Perl Python Ruby ~~~ 本例中，循環遍歷各數組的元素，并各自將其輸出。 ### **6.7　while 語句** 不管哪種類型的循環，`while` 語句都可以勝任，`while` 語句的結構如下： **`while` 條件 `do` 　希望循環的處理 `end`** ※ 可以省略 `do` ![{%}](https://box.kancloud.cn/2015-10-26_562e01ddd862d.png) 這幾行程序的意思就是，只要條件成立，就會不斷地重復循環處理。我們來看看下面的示例（代碼清單 6.6）。 **代碼清單 6.6　while.rb** ~~~ i = 1 while i < 3 puts i i += 1 end ~~~ > **執行示例** ~~~ > ruby while.rb 1 2 ~~~ 本例為什么會得出這樣的結果呢。首先，程序將 1 賦值給變量 `i`，這時 `i` 的值為 1。接下來 `while` 語句循環處理以下內容： 1. **執行 `i < 3` 的比較。** 2. **比較結果為真（也就是 `i` 比 3 小）時，程序執行 `puts i` 和 `i += 1`。比較結果為假（也就是 `i` 大于等于 3）時，程序跳出 `while` 循環，不執行任何內容。** 3. **返回 1 處理。** 首次循環，由于 `i` 的初始值為 1，因此程序執行 `puts 1`。第 2 次循環，`i` 的值為 2，比 3 小，因此程序執行 `puts 2`。當程序執行到第 3 次循環，i 的值為 3，比 3 小的條件不成立，也就是說比較結果為假，因此，程序跳出 `while` 循環，并終止所有處理。我們再來寫一個使用 `while` 語句的程序。把之前使用 `for` 語句寫的程序（代碼清單 6.4），改寫為使用 `while` 語句程序（代碼清單 6.7）。 **代碼清單 6.7　while2.rb** ~~~ sum = 0 i = 1 while i <= 5 sum += i i += 1 end puts sum ~~~ 這時與使用 `for` 語句的程序有細微的區別。首先，變量 `i` 的條件指定方式不一樣。`for` 語句的例子通過 `1..5` 指定條件的范圍。`while` 語句使用比較運算符 <=，指定“`i` 小于等于 5 時（循環）”的條件。另外，`i` 的累加方式也不一樣。`while` 語句的例子在程序里直接寫出了 `i` 是如何進行加 1 處理的——`i += 1`。而 `for` 語句的例子并不需要在程序里直接寫如何對 `i` 進行操作，自動在每次循環后對 i 進行加 1 處理。就像這個例子一樣，只要 `for` 語句能實現的循環，我們沒必要特意將它改寫為 `while` 語句。程序代碼清單 6.8 是使用 `while` 語句反而會更便于理解的一個例子。 **代碼清單 6.8　while3.rb** ~~~ sum = 0 i = 1 while sum < 50 sum += i i += 1 end puts sum ~~~ 在這個例子里，作為循環條件的不是變量 `i`，而是變量 `sum`。循環條件現在變為“`sum` 小于 50 時執行循環處理”。一般來說，不通過計算，我們并不知道 `i` 的值為多少時 `sum` 的值才會超過 50，因此這種情況下使用 `for` 語句的循環反而會讓程序變得難懂。有時 `for` 語句寫的程序易懂，有時候 `while` 語句寫的程序易懂。我們會在本章的最后說明，如何區別使用 `for` 語句和 `while` 語句。 ### **6.8　until 語句** 與 `if` 語句相對的有 `unless` 語句，同樣地，與 `while` 語句相對的有 `until` 語句。`until` 語句的結構與 `while` 語句完全一樣，只是條件判斷剛好相反，不滿足條件時才執行循環處理。換句話說，`while` 語句是一直執行循環處理，直到條件不成立為止；`until` 語句是一直執行循環處理，直到條件成立為止。 **`until` 條件 `do` 　希望循環的處理 `end`** ※ 可以省略 `do` ![{%}](https://box.kancloud.cn/2015-10-26_562e01dde6237.png) 代碼清單 6.9 是使用了 `until` 語句的程序。 **代碼清單 6.9　until.rb** ~~~ sum = 0 i = 1 until sum >= 50 sum += i i+= 1 end puts sum ~~~ 本例是將使用 `while` 語句的程序（代碼清單 6.8）用 `until` 語句改寫了，與 `while` 語句所使用的條件剛好相反。其實，在 `while` 語句的條件上使用表示否定的運算符 !，也能達到和 `until` 語句相同的效果。 **代碼清單 6.10　while_not.rb** ~~~ sum = 0 i = 1 while !(sum >= 50) sum += i i += 1 end puts sum ~~~ 雖然可以使用 `while` 語句的否定形式代替 `until` 語句。但是，有時對一些比較復雜的條件表達式使用否定，反而會不直觀，影響程序理解，在這種情況下，我們應該考慮使用 `until` 語句。 ### **6.9　each 方法** `each` 方法將對象集合里的對象逐個取出，這與 `for` 語句循環取出數組元素非常相似。實際上，我們可以非常簡單地將使用 `for` 語句的程序（代碼清單 6.5）改寫為使用 `each` 方法的程序（代碼清單 6.11）。 **代碼清單 6.11　each_names.rb** ~~~ names = ["awk","Perl","Python","Ruby"] names.each do |name| puts name end ~~~ `each` 方法的結構如下： **對象`.each do` | 變量 | 　希望循環的處理 `end`** 在說明 `times` 方法我們曾提到過，塊的 `do` ～ `end` 部分可換成 { ～ }。 **對象.`each {`| 變量 | 　希望循環的處理 `}`** 這與下面的程序的效果是幾乎一樣。 **`for` 變量 `in` 對象　希望循環的處理 `end`** 在 Ruby 內部，`for` 語句是用 `each` 方法來實現的。因此，可以使用 `each` 方法的對象，同樣也可以指定為 `for` 語句的循環對象。在介紹 `for` 語句時我們舉過使用范圍對象的例子（代碼清單 6.4），我們試著用 `each` 方法改寫一下。 **代碼清單 6.12　each.rb** ~~~ sum = 0 (1..5).each do |i| sum= sum + i end puts sum ~~~ 像本例這樣，我們可以輕松互相改寫兩種用法。那到底什么時候該用 `for` 語句，什么時候該用 `each` 方法呢，我們將在本章的最后討論這個問題。 ### **6.10　loop 方法** 還有一種循環的方法，沒有終止循環條件，只是不斷執行循環處理。Ruby 中的 `loop` 就是這樣的循環方法。 ~~~ loop do print "Ruby" end ~~~ 執行上面的程序后，整個屏幕會不停的輸出文字 `Ruby`。為了避免這樣的情況發生，在實際使用 `loop` 方法時，我們需要用到接下來將要介紹的 `break`，使程序可以中途跳出循環。 > **備注**　程序不小心執行了死循環時，我們可以使用 CTRL + c 來強行終止程序。 ### **6.11　循環控制** 在進行循環處理的途中，我們可以控制程序馬上終止循環，或者跳到下一個循環等。Ruby 提供了如下表（表 6.1）所示的三種控制循環的命令。 **表 6.1　循環控制命令** <table border="1" data-line-num="407 408 409 410 411 412" width="90%"><thead><tr><th> <p class="表頭單元格">命令</p> </th> <th> <p class="表頭單元格">用途</p> </th> </tr></thead><tbody><tr><td> <p class="表格單元格">break</p> </td> <td> <p class="表格單元格">終止程序，跳出循環</p> </td> </tr><tr><td> <p class="表格單元格">next</p> </td> <td> <p class="表格單元格">跳到下一次循環</p> </td> </tr><tr><td> <p class="表格單元格">redo</p> </td> <td> <p class="表格單元格">在相同的條件下重復剛才的處理</p> </td> </tr></tbody></table> 在控制循環的命令中，可能不太容易區分使用 `next` 和 `redo`。借著下面的例子（代碼清單 6.13），我們來介紹一下如何區分這三種循環命令。 **代碼清單 6.13　break_next_redo.rb** ~~~ 1: puts "break 的例子:" 2: i = 0 3: ["Perl", "Python", "Ruby", "Scheme"].each do |lang| 4: i += 1 5: if i == 3 6: break 7: end 8: p [i,lang] 9: end 10: 11: puts "next 的例子:" 12: i = 0 13: ["Perl", "Python", "Ruby", "Scheme"].each do |lang| 14: i += 1 15: if i == 3 16: next 17: end 18: p [i,lang] 19: end 20: 21: puts "redo 的例子:" 22: i = 0 23: ["Perl", "Python", "Ruby", "Scheme"].each do |lang| 24: i += 1 25: if i == 3 26: redo 27: end 28: p [i,lang] 29: end ~~~ 我們來看看本例中的 `break`、`next`、`redo` 有什么不同。程序由三部分組成，除了 `break`、`next`、`redo` 這三部分的代碼外，其他地方都是相同的。下面是執行后的結果。 > **執行示例** ~~~ > ruby break_next_redo.rb break 的例子: [1, "Perl"] [2, "Python"] next 的例子: [1, "Perl"] [2, "Python"] [4, "Scheme"] redo 的例子: [1, "Perl"] [2, "Python"] [4, "Ruby"] [5, "Scheme"] ~~~ ### **6.11.1　break** `break` 會終止全體程序。在代碼清單 6.13 中，`i` 為 3 時，程序會執行第 6 行的 `break`（圖 6.1）。執行 `break` 后，程序跳出 `each` 方法循環，前進至程序的第 10 行。因此，程序沒有輸出 `Ruby` 和 `Scheme`。 ![{%}](https://box.kancloud.cn/2015-10-26_562e01ddf342f.png) **圖 6.1　break** 我們再來介紹一個關于 `break` 的例子。程序代碼清單 6.14 對第 3 章的 simple_grep.rb 做了點小修改，使程序最多只能輸出 10 行匹配到的內容。匹配的時候，累加變量 `matches`，當達到 `max_matches` 時，程序就會終止 `each_line` 方法的循環。 **代碼清單 6.14　ten_lines_grep.rb** ~~~ pattern = Regexp.new(ARGV[0]) filename = ARGV[1] max_matches = 10 # 輸出的最大行數 matches = 0 # 已匹配的行數 file = File.open(filename) file.each_line do |line| if matches >= max_matches break end if pattern =~ line matches += 1 puts line end end file.close ~~~ ### **6.11.2　next** 使用 `next` 后，程序會忽略 `next` 后面的部分，跳到下一個循環開始的部分。在代碼清單 6.13 中，`i` 為 3 時在執行第 16 行的 `next` 后，程序前進到 `each` 方法的下個循環（圖 6.2）。也就是說，將 `Scheme` 賦值給 `lang`，并執行 `i += 1`。因此，程序并沒有輸出 `Ruby`，而是輸出了 `Scheme`。 ![{%}](https://box.kancloud.cn/2015-10-26_562e01de22018.png) **圖 6.2　next** 我們再來看看另外一個 `next` 的例子（代碼清單 6.15）。程序逐行讀取輸入的內容，忽略空行或者以 # 開頭的行，原封不動地輸出除此以外所有行的內容。執行以下命令后，我們會得到去掉 fact.rb（代碼清單 6.16）的注釋和空行后的 stripped_fact.rb（代碼清單 6.17）。 ~~~ > ruby strip.rb fact.rb > stripped_fact.rb ~~~ **代碼清單 6.15　strip.rb** ~~~ file = File.open(ARGV[0]) file.each_line do |line| next if /^\s*$/ =~ line # 空行 next if /^#/ =~ line # 以“#”開頭的行 puts line end file.close ~~~ **代碼清單 6.16　fact.rb** ~~~ # 求10 的階乘 ans = 1 for i in 1..10 ans *= i end # 輸出 puts "10! = #{ans}" ~~~ **代碼清單 6.17　stripped_fact.rb** ~~~ ans = 1 for i in 1..10 ans *= i end puts "10! = #{ans}" ~~~ ### **6.11.3　redo** `redo` 與 `next` 非常像，與 `next` 的不同之處是，`redo` 會再執行一次相同的循環。在代碼清單 6.13 中，與 `next` 時的情況不同，`redo` 會輸出 `Ruby`。這是由于，`i` 為 3 時就執行了第 26 行的 `redo`，程序只是返回循環的開頭，也就是從程序的第 24 行的 `i += 1` 部分開始重新再執行處理，所以 `lang` 的值并沒有從 `Ruby` 變為 `Scheme`。由于重復執行了 `i += 1`，`i` 的值變為 4，這樣 `if` 語句的條件 `i == 3` 就不成立了，`redo` 也不會再執行了，程序順理成章地輸出了 `[4, "Ruby"]` 以及 `[5, "Scheme"]`（圖 6.3）。 ![{%}](https://box.kancloud.cn/2015-10-26_562e01de3f45e.png) **圖 6.3　redo** 另外，大家要注意 `redo` 的使用方法，稍不留神就會在同樣的條件下，不斷地重復處理，陷入死循環中。 `break`、`next` 和 `redo` 中，一般比較常用是 `break` 和 `next`。大家應該熟練掌握這兩個命令的用法。即使是 Ruby 默認提供的庫里面，實際上也很難找到 `redo` 的蹤影，所以當我們在希望使用 `redo` 時，應該好好考慮是否真的有必要使用 `redo`。 ### **6.12　總結** 本章我們主要介紹了循環時所用的語句以及方法。如果純粹只考慮實現循環功能，任何種類的循環都可以用 `while` 語句實現。講得極端一點，其他循環語句和方法根本也沒存在的必要。即便如此，那為什么 Ruby 還提供了那么豐富的循環語句和方法呢。這是因為，程序并不只是單純為了實現功能，同時還應該使代碼更便于讀寫，使人更容易理解。為了使大家更快地熟悉循環的用法，我們在最初介紹循環語句和方法的一覽表中加上“主要用途”一欄（表 6.2），以供大家參考。 **表 6.2　循環語句、方法及其主要用途** <table border="1" data-line-num="566 567 568 569 570 571 572 573 574" width="90%"><thead><tr><th> <p class="表頭單元格">?</p> </th> <th> <p class="表頭單元格">主要用途</p> </th> </tr></thead><tbody><tr><td> <p class="表格單元格"><code>times</code>方法</p> </td> <td> <p class="表格單元格">確定循環次數時使用</p> </td> </tr><tr><td> <p class="表格單元格"><code>for</code>語句</p> </td> <td> <p class="表格單元格">從對象取出元素時使用（each 的語法糖）</p> </td> </tr><tr><td> <p class="表格單元格"><code>while</code>語句</p> </td> <td> <p class="表格單元格">希望自由指定循環條件時使用</p> </td> </tr><tr><td> <p class="表格單元格"><code>until</code>語句</p> </td> <td> <p class="表格單元格">使用 while 語句使循環條件變得難懂時使用</p> </td> </tr><tr><td> <p class="表格單元格"><code>each</code>方法</p> </td> <td> <p class="表格單元格">從對象取出元素時使用</p> </td> </tr><tr><td> <p class="表格單元格"><code>loop</code>方法</p> </td> <td> <p class="表格單元格">不限制循環次數時使用</p> </td> </tr></tbody></table> > **備注** > 語法糖（syntax sugar），是指一種為了照顧一般人習慣而產生的特殊語法 1。例如，使用常規的語法調用方法，那么加法運算應該寫成 `3.add(2)`。但是對于一般人來說，寫成 `3 + 2` 會更直觀，更簡明易懂。 > 語法糖并不會加強編程語言的任何功能，但是對于提高程序的易讀性來講是不可或缺的。 1即一種符合人的思維模式、工作習慣等，便于理解的“甜蜜”的語法。——譯者注以上都是筆者個人意見，僅供大家參考。確定循環次數時循環處理使用 `times` 方法，除此以外的大部分循環處理，根據情況選擇 `while` 語句或者 `each` 方法，一般也能寫出直觀易懂的程序。請大家先熟練掌握這三種循環方法。 > **專欄** > **do～end 與 {～}** > 在 `times` 方法的示例中，我們介紹了塊的兩種寫法，`do ～ end` 與 `{ ～ }`。從執行效果來看，兩種方法雖然沒有太大區別，但一般我們會遵守以下這個約定俗成的編碼規則： > - > 程序是跨行寫的時候使用 **`do ～ end`** > - > 程序寫在 1 行的時候用 **`{ ～ }`** > 以 `times` 方法來舉例，會有以下兩種寫法。 ~~~ 10.times do |i| puts i end ~~~ > 或者， ~~~ 10.times{|i| puts i} ~~~ > 剛開始大家可能會有點不習慣。我們可以這樣理解，`do ～ end` 表示程序要執行內容是多個處理的集合，而 `{ ～ }` 則表示程序需要執行的處理只有一個，即把整個帶塊的方法看作一個值。 > 如果用把 `do ～ end` 代碼合并在一起，程序會變成下面這樣： ~~~ 10.times do |i| puts i end ~~~ > 以上寫法，怎么看都給人一種很難斷句的感覺。雖然實際上使用哪種寫法都不會影響程序的運行，但在剛開始編寫程序時，還是建議大家先遵守這個編碼規則。