循环

循环

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循环的基础

我们在编写程序时，常常遇到“希望这个处理重复执行多次”的情况。例如：

  • 希望同样的处理执行 X 次

更复杂点的例子有：

  • 用其他对象置换数组里的所有元素；

  • 在达成某条件之前，一直重复执行处理。

这时，我们都需要用到循环。

接下来，我们将会介绍 Ruby 中基本的循环结构。其中比较特别的是，除了用传统的循环语句实现循环外，我们还能用方法来实现循环，也就是说我们可以根据自己的需要定制循环方法。

循环时的注意事项

下面两点是循环时必须注意的。

  • 循环的主体是什么

  • 停止循环的条件是什么

大家也许会认为，我们自己写的循环处理，“循环的主体是什么”我们自己总会知道吧。但是，实际编写程序时，稍不注意就会发生把不应该循环的处理加入到循环中这样的错误。而且，如果是循环里再嵌套循环的结构，在哪里做怎么样的循环、循环的结果怎么处理等都可能会使程序变得难以读懂。

另外，如果把“停止循环的条件”弄错了，有可能会发生处理无法终止，或者处理还没完成但已经跳出循环等这样的情况。大家写循环结构时务必注意上述两点，避免发生错误。

实现循环的方法

Ruby 中有两种实现循环的方法。

  • 使用循环语句

    利用 Ruby 提供现有的循环语句，可以满足大部分循环处理的需求。

  • 使用方法实现循环

    将块传给方法，然后在块里面写上需要循环的处理。一般我们在为了某种特定目的而需要定制循环结构时，才使用方法来实现循环。

下面是我们接下来要介绍的六种循环语句或方法。

  • times 方法

  • while 语句

  • each 方法

  • for 语句

  • until 语句

  • loop 方法

times 方法

如果只是单纯执行一定次数的处理，用 times 方法可以很轻松实现。

假设我们希望把“满地油菜花”这个字符串连续输出 7 次。

7.times do
  puts "满地油菜花"
end

执行示例

> ruby times.rb
满地油菜花
满地油菜花
满地油菜花
满地油菜花
满地油菜花
满地油菜花
满地油菜花

使用 times 方法实现循环时，需要用到块 do ～ end。

循环次数.times do
　希望循环的处理
end

块的 do ～ end 部分可以用 {～} 代替，像下面这样：

循环次数.times {
　希望循环的处理
}

在 times 方法的块里，也是可以获知当前的循环次数的。

10.times do |i|
  ┊
end

这样，就可以把当前的循环次数赋值给变量 i

5.times do |i|
  puts "第#{i} 次的循环。"
end

执行示例

> ruby times2.rb
第 0 次的循环。
第 1 次的循环。
第 2 次的循环。
第 3 次的循环。
第 4 次的循环。

请注意循环的次数是从 0 开始计算的。把循环次数的初始值设为 1 不失为一个好方法，但可惜我们不能这么做，因此我们只能在块里面对循环次数做调整

5.times do |i|
  puts "第#{i+1} 次的循环。"
end

执行示例

> ruby times3.rb
第 0 次的循环。
第 1 次的循环。
第 2 次的循环。
第 3 次的循环。
第 4 次的循环。

但是，这样的写法会使变量 i 的值与实际输出的值产生差异。从降低程序复杂度来看，这并不是一个好的的编程习惯。若是对循环次数比较在意时，我们不必勉强使用 times 方法，可使用下面即将介绍的 for 语句和 while 语句。

for 语句

for 语句同样是用于实现循环的。需要注意的是，与刚才介绍的 times 方法不同，for 并不是方法，而是 Ruby 提供的循环控制语句。

以下是使用 for 语句的典型示例

sum = 0
for i in 1..5
  sum = sum + i
end
puts sum

执行示例

> ruby for.rb
15

这是一个求从 1 到 5 累加的程序。for 语句的结构如下所示：

for 变量 in 开始时的数值..结束时的数值 do
　希望循环的处理
end

可以省略 do

我们回顾一下程序代码清单 6.4。程序第 1 行将 0 赋值给变量 sum，程序第 5 行输出变量 sum 的值并换行。

第 2 行到第 4 行的 for 语句指定变量 i 的范围是从 1 到 5。也就是说，程序一边从 1 到 5 改变变量 i 的值，一边执行 sum = sum + i。如果不使用循环语句，这个程序可以改写为：

sum = 0
sum = sum + 1
sum = sum + 2
sum = sum + 3
sum = sum + 4
sum = sum + 5
puts sum

for 语句与 times 方法不一样，循环的开始值和结束值可以任意指定。例如，我们想计算从变量 from 到变量 to 累加的总数，使用 times 方法的程序为：

from = 10
to = 20
sum = 0
(to - from + 1).times do |i|
  sum = sum + (i +  from)
end
puts sum

使用 for 语句的程序为：

from = 10
to = 20
sum = 0
for i in from..to
  sum = sum + i
end
puts sum

使用 for 语句后的程序变得更加简单了。

另外，sum = sum + i 这个式子也有更简单的写法：

sum += i

本例是加法的简写，做减法、乘法时也同样可以做这样的省略。

a -= b
a *= b

普通的 for 语句

其实上一节介绍的是 for 语句的特殊用法，普通的 for 语句如下所示：

for 变量 in 对象 do
　希望循环的处理
end

可以省略 do

可以看出，in 后面的部分和之前介绍的有点不同。

但和之前的 for 语句相比也并非完全不一样。实际上，.. 或者 ... 都是创建范围对象时所需的符号。

当然，并非任何对象都可以指定给 for 语句使用。下面是使用数组对象的例子。

names = ["awk", "Perl", "Python", "Ruby"]
for name in names
  puts name
end

执行示例

> ruby for_names.rb
awk
Perl
Python
Ruby

本例中，循环遍历各数组的元素，并各自将其输出。

while 语句

不管哪种类型的循环，while 语句都可以胜任，while 语句的结构如下：

while 条件 do
　希望循环的处理
end

可以省略 do

这几行程序的意思就是，只要条件成立，就会不断地重复循环处理。我们来看看下面的示例。

i = 1
while i < 3
  puts i
  i += 1
end

执行示例

> ruby while.rb
1
2

本例为什么会得出这样的结果呢。首先，程序将 1 赋值给变量 i，这时 i 的值为 1。接下来 while 语句循环处理以下内容：

  1. 执行 i < 3 的比较。

  2. 比较结果为真（也就是 i 比 3 小）时，程序执行 puts i 和 i += 1。比较结果为假（也就是 i 大于等于 3）时，程序跳出 while 循环，不执行任何内容。

  3. 返回 1 处理。

首次循环，由于 i 的初始值为 1，因此程序执行 puts 1。第 2 次循环，i 的值为 2，比 3 小，因此程序执行 puts 2。当程序执行到第 3 次循环，i 的值为 3，比 3 小的条件不成立，也就是说比较结果为假，因此，程序跳出 while 循环，并终止所有处理。

我们再来写一个使用 while 语句的程序。

把之前使用 for 语句写的程序，改写为使用 while 语句程序

sum = 0
i = 1
while i <= 5
  sum += i
  i += 1
end
puts sum

这时与使用 for 语句的程序有细微的区别。首先，变量 i 的条件指定方式不一样。for 语句的例子通过 1..5 指定条件的范围。while 语句使用比较运算符 <=，指定“i 小于等于 5 时（循环）”的条件。

另外，i 的累加方式也不一样。while 语句的例子在程序里直接写出了 i 是如何进行加 1 处理的——i += 1。而 for 语句的例子并不需要在程序里直接写如何对 i 进行操作，自动在每次循环后对 i 进行加 1 处理。

就像这个例子一样，只要 for 语句能实现的循环，我们没必要特意将它改写为 while 语句。

sum = 0
i = 1
while sum < 50
  sum += i
  i += 1
end
puts sum

在这个例子里，作为循环条件的不是变量 i，而是变量 sum。循环条件现在变为“sum 小于 50 时执行循环处理”。一般来说，不通过计算，我们并不知道 i 的值为多少时 sum 的值才会超过 50，因此这种情况下使用 for 语句的循环反而会让程序变得难懂。

有时 for 语句写的程序易懂，有时候 while 语句写的程序易懂。我们会在本章的最后说明，如何区别使用 for 语句和 while 语句。

until 语句

与 if 语句相对的有 unless 语句，同样地，与 while 语句相对的有 until 语句。until 语句的结构与 while 语句完全一样，只是条件判断刚好相反，不满足条件时才执行循环处理。换句话说，while 语句是一直执行循环处理，直到条件不成立为止；until 语句是一直执行循环处理，直到条件成立为止。

until 条件 do
　希望循环的处理
end

可以省略 do

sum = 0
i = 1
until sum >= 50
  sum += i
  i+= 1
end
puts sum

本例是将使用 while 语句的程序用 until 语句改写了，与 while 语句所使用的条件刚好相反。

其实，在 while 语句的条件上使用表示否定的运算符 !，也能达到和 until 语句相同的效果。

sum = 0
i = 1
while !(sum >= 50)
  sum += i
  i += 1
end
puts sum

虽然可以使用 while 语句的否定形式代替 until 语句。但是，有时对一些比较复杂的条件表达式使用否定，反而会不直观，影响程序理解，在这种情况下，我们应该考虑使用 until 语句。

each 方法

each 方法将对象集合里的对象逐个取出，这与 for 语句循环取出数组元素非常相似。实际上，我们可以非常简单地将使用 for 语句的程序改写为使用 each 方法的程序

names = ["awk","Perl","Python","Ruby"]
names.each do |name|
  puts name
end

each 方法的结构如下：

对象.each do | 变量 |
　希望循环的处理
end

在说明 times 方法我们曾提到过，块的 do ～ end 部分可换成 { ～ }。

对象.each {| 变量 |
　希望循环的处理
}

这与下面的程序的效果是几乎一样。

for 变量 in 对象
　希望循环的处理
end

在 Ruby 内部，for 语句是用 each 方法来实现的。因此，可以使用 each 方法的对象，同样也可以指定为 for 语句的循环对象。

在介绍 for 语句时我们举过使用范围对象的例子，我们试着用 each 方法改写一下。

sum = 0
(1..5).each do |i|
  sum= sum + i
end
puts sum

loop 方法

还有一种循环的方法，没有终止循环条件，只是不断执行循环处理。Ruby 中的 loop 就是这样的循环方法。

loop do
  print "Ruby"
end

执行上面的程序后，整个屏幕会不停的输出文字 Ruby。为了避免这样的情况发生，在实际使用 loop 方法时，我们需要用到接下来将要介绍的 break，使程序可以中途跳出循环。

程序不小心执行了死循环时，我们可以使用 CTRL + c 来强行终止程序。

循环控制

在进行循环处理的途中，我们可以控制程序马上终止循环，或者跳到下一个循环等。Ruby 提供了如下表所示的三种控制循环的命令。

命令 | 用途

  • | - break | 终止程序，跳出循环 next | 跳到下一次循环 redo | 在相同的条件下重复刚才的处理

puts "break 的例子:"
i = 0
["Perl", "Python", "Ruby", "Scheme"].each do |lang|
  i += 1
  if i == 3
    break
  end
  p [i,lang]
end

puts "next 的例子:"
i = 0
["Perl", "Python", "Ruby", "Scheme"].each do |lang|
  i += 1
  if i == 3
    next
  end
  p [i,lang]
end

puts "redo 的例子:"
i = 0
["Perl", "Python", "Ruby", "Scheme"].each do |lang|
  i += 1
  if i == 3
    redo
  end
  p [i,lang]
end

我们来看看本例中的 break、next、redo 有什么不同。程序由三部分组成，除了 break、next、redo 这三部分的代码外，其他地方都是相同的。下面是执行后的结果。

> 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"]

break

break 会终止全体程序。在代码中，i 为 3 时，程序会执行第 6 行的 break。执行 break 后，程序跳出 each 方法循环，前进至程序的第 10 行。因此，程序没有输出 Ruby 和 Scheme。

我们再来介绍一个关于 break 的例子。下列程序代码使程序最多只能输出 10 行匹配到的内容。匹配的时候，累加变量 matches，当达到 max_matches 时，程序就会终止 each_line 方法的循环。

pattern = Regexp.new(ARGV[0])
filename = ARGV[1]
max_matches = 10      # 输出的最大行数
matches = 0           # 已匹配的行数
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

next

使用 next 后，程序会忽略 next 后面的部分，跳到下一个循环开始的部分。在i 为 3 时在执行第 16 行的 next 后，程序前进到 each 方法的下个循环。也就是说，将 Scheme 赋值给 lang，并执行 i += 1。因此，程序并没有输出 Ruby，而是输出了 Scheme。

我们再来看看另外一个 next 的例子。程序逐行读取输入的内容，忽略空行或者以 # 开头的行，原封不动地输出除此以外所有行的内容。

strip.rb

file = File.open(ARGV[0])
file.each_line do |line|
  next if /^\s*$/ =~ line  # 空行
  next if /^#/ =~ line     # 以“#”开头的行
  puts line
end
file.close

fact.rb

# 求10 的阶乘
ans = 1
for i in 1..10
  ans *= i
end

# 输出
puts "10! = #{ans}"

stripped_fact.rb

ans = 1
for i in 1..10
  ans *= i
end
puts "10! = #{ans}"

执行以下命令后，我们会得到去掉 fact.rb 的注释和空行后的 stripped_fact.rb。

> ruby strip.rb fact.rb > stripped_fact.rb

redo

redo 与 next 非常像，与 next 的不同之处是，redo 会再执行一次相同的循环。

与 next 时的情况不同，redo 会输出 Ruby。这是由于，i 为 3 时就执行了 redo，程序只是返回循环的开头，也就是从程序的 i += 1 部分开始重新再执行处理，所以 lang 的值并没有从 Ruby 变为 Scheme。由于重复执行了 i += 1，i 的值变为 4，这样 if 语句的条件 i == 3 就不成立了，redo 也不会再执行了，程序顺理成章地输出了 [4, "Ruby"] 以及 [5, "Scheme"]

另外，大家要注意 redo 的使用方法，稍不留神就会在同样的条件下，不断地重复处理，陷入死循环中。

break、next 和 redo 中，一般比较常用是 break 和 next。大家应该熟练掌握这两个命令的用法。即使是 Ruby 默认提供的库里面，实际上也很难找到 redo 的踪影，所以当我们在希望使用 redo 时，应该好好考虑是否真的有必要使用 redo。

do～end 与 {～}

在 times 方法的示例中，我们介绍了块的两种写法，do ～ end 与 { ～ }。从执行效果来看，两种方法虽然没有太大区别，但一般我们会遵守以下这个约定俗成的编码规则：

  • 程序是跨行写的时候使用 do ～ end

  • 程序写在 1 行的时候用 { ～ }

以 times 方法来举例，会有以下两种写法。

10.times do |i|
  puts i
end

或者，

10.times{|i| puts i}

刚开始大家可能会有点不习惯。我们可以这样理解，do ～ end 表示程序要执行内容是多个处理的集合，而 { ～ } 则表示程序需要执行的处理只有一个，即把整个带块的方法看作一个值。

如果用把 do ～ end 代码合并在一起，程序会变成下面这样：

10.times do |i| puts i end

以上写法，怎么看都给人一种很难断句的感觉。虽然实际上使用哪种写法都不会影响程序的运行，但在刚开始编写程序时，还是建议大家先遵守这个编码规则。

Previous条件判断Next运算符