循环终止条件答案

【问题标题】：Loop termination conditions循环终止条件
【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。

标签： language-agnostic for-loop conditional correctness

【解决方案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。

【讨论】：

【解决方案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。

【讨论】：

【解决方案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)

【讨论】：

【解决方案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

【讨论】：

【解决方案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。

【讨论】：

【解决方案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:-)

【讨论】：

【解决方案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

【讨论】：

【解决方案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 ){...}

【解决方案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。

【讨论】：

【解决方案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

【讨论】：

【解决方案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。

【讨论】：

【解决方案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。

【讨论】：

【解决方案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。

【讨论】：