通用编程：循环、库的使用与精确计算

# 通用编程：循环、库的使用与精确计算 ## 1. 优先使用 for - each 循环而非传统 for 循环 在编程中，循环是常用的控制结构。传统的 for 循环用于遍历集合和数组，示例代码如下： ```java // Not the best way to iterate over a collection! for (Iterator<Element> i = c.iterator(); i.hasNext(); ) { Element e = i.next(); ... // Do something with e } // Not the best way to iterate over an array! for (int i = 0; i < a.length; i++) { ... // Do something with a[i] } ``` 然而，这种传统的 for 循环存在一些问题： - **代码冗余**：迭代器和索引变量增加了代码的复杂度，实际上我们只需要元素本身。 - **易出错**：迭代器和索引变量在循环中多次出现，容易使用错误的变量，且编译器不一定能捕获这些问题。 - **类型依赖**：集合和数组的循环方式不同，在切换容器类型时会带来一些麻烦。 而 for - each 循环（官方称为“增强 for 语句”）解决了这些问题。它隐藏了迭代器或索引变量，使代码更简洁，并且适用于集合和数组，方便切换容器类型。示例代码如下： ```java // The preferred idiom for iterating over collections and arrays for (Element e : elements) { ... // Do something with e } ``` 当看到冒号（:）时，可以理解为“在”，即“对于 elements 中的每个元素 e”。使用 for - each 循环不会有性能损失，生成的代码与手动编写的代码基本相同。 在嵌套迭代时，for - each 循环的优势更加明显。下面是一个常见的嵌套迭代错误示例： ```java // Can you spot the bug? enum Suit { CLUB, DIAMOND, HEART, SPADE } enum Rank { ACE, DEUCE, THREE, FOUR, FIVE, SIX, SEVEN, EIGHT, NINE, TEN, JACK, QUEEN, KING } ... static Collection<Suit> suits = Arrays.asList(Suit.values()); static Collection<Rank> ranks = Arrays.asList(Rank.values()); List<Card> deck = new ArrayList<>(); for (Iterator<Suit> i = suits.iterator(); i.hasNext(); ) for (Iterator<Rank> j = ranks.iterator(); j.hasNext(); ) deck.add(new Card(i.next(), j.next())); ``` 这个代码的问题在于，外部集合（suits）的迭代器的 next 方法调用次数过多。它应该在外部循环中调用，使得每个花色调用一次，但实际上在内部循环中调用，导致每张牌调用一次。当花色用完后，循环会抛出 NoSuchElementException。 如果使用嵌套的 for - each 循环，问题就会消失，代码也会更加简洁： ```java // Preferred idiom for nested iteration on collections and arrays for (Suit suit : suits) for (Rank rank : ranks) deck.add(new Card(suit, rank)); ``` 不过，有三种常见情况不能使用 for - each 循环： - **破坏性过滤**：如果需要遍历集合并移除选定的元素，需要使用显式的迭代器来调用其 remove 方法。在 Java 8 中，可以使用 Collection 的 removeIf 方法来避免显式遍历。 - **转换操作**：如果需要遍历列表或数组并替换部分或全部元素的值，需要使用列表迭代器或数组索引来替换元素的值。 - **并行迭代**：如果需要并行遍历多个集合，需要显式控制迭代器或索引变量，以便所有迭代器或索引变量能够同步前进。 for - each 循环不仅可以遍历集合和数组，还可以遍历实现了 Iterable 接口的任何对象。该接口的定义如下： ```java public interface Iterable<E> { // Returns an iterator over the elements in this iterable Iterator<E> iterator(); } ``` 如果要从头实现 Iterable 接口会有点棘手，但如果编写的类型表示一组元素，即使不实现 Collection 接口，也应该考虑实现 Iterable 接口，这样用户就可以使用 for - each 循环遍历该类型。 ### 1.1 总结 for - each 循环在清晰度、灵活性和防止错误方面比传统 for 循环具有明显优势，且没有性能损失。在可能的情况下，应优先使用 for - each 循环。 ### 1.2 流程图 ```mermaid graph TD; A[开始] --> B{是否需要遍历集合或数组}; B -- 是 --> C{是否为破坏性过滤、转换操作或并行迭代}; C -- 否 --> D[使用 for - each 循环]; C -- 是 --> E[使用传统 for 循环]; B -- 否 --> F[结束]; D --> F; E --> F; ``` ## 2. 了解并使用库 在编程中，有许多常见的任务可以通过使用标准库来更高效地完成。例如