掌握Objective-C循环语句（for、while、do-while）
Objective-C 循环语句概述
在编程的世界里，循环语句是实现重复执行特定代码块的关键工具。Objective-C 作为一门强大的面向对象编程语言，提供了三种主要的循环语句：for 循环、while 循环和 do - while 循环。这些循环语句在不同的场景下各有优劣，理解并熟练运用它们对于编写高效、简洁的代码至关重要。
循环语句的基本概念
循环语句的核心目的是让计算机重复执行一段代码，直到满足特定的条件为止。这个特定条件的判断决定了循环何时结束。在编程过程中，许多任务都具有重复性，比如遍历数组中的所有元素、对一系列数据进行相同的计算操作等，循环语句能够极大地简化这些任务的实现过程。
循环语句与程序控制流
循环语句是程序控制流的重要组成部分。程序的执行顺序通常是自上而下的，但循环语句打破了这种线性执行模式，使得程序能够根据条件反复执行特定的代码段。通过合理运用循环语句，可以实现复杂的算法和逻辑，让程序更加灵活和智能。
for 循环
for 循环的语法结构
for 循环在 Objective-C 中的语法结构如下：
for (初始化表达式; 条件表达式; 递增或递减表达式) {
// 循环体代码
}
- 初始化表达式：这部分代码在循环开始前只执行一次，通常用于初始化循环控制变量。例如，我们可以在这里声明一个整型变量并赋予初始值。
- 条件表达式：在每次循环迭代开始时，都会计算这个条件表达式的值。如果该值为
true，则执行循环体中的代码；如果为false，则循环结束，程序继续执行循环之后的代码。 - 递增或递减表达式：在每次循环体执行完毕后，会执行这部分代码，通常用于更新循环控制变量的值，使循环朝着结束的方向发展。
for 循环的执行流程
- 首先执行初始化表达式，初始化循环控制变量。
- 然后计算条件表达式的值。如果为
true，进入循环体执行代码；如果为false，循环结束。 - 执行完循环体后，执行递增或递减表达式，更新循环控制变量。
- 再次计算条件表达式的值，重复步骤 2 到 4，直到条件表达式的值为
false。
for 循环示例
- 简单的计数循环：
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
NSLog(@"当前计数: %d", i);
}
}
return 0;
}
在这个例子中，我们使用 for 循环从 0 计数到 4。初始化表达式 int i = 0 声明并初始化了变量 i 为 0。条件表达式 i < 5 确保 i 的值小于 5 时循环继续执行。每次循环结束后，递增表达式 i++ 将 i 的值增加 1。
- 遍历数组：
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSArray *numbers = @[@1, @2, @3, @4, @5];
for (NSUInteger i = 0; i < numbers.count; i++) {
NSLog(@"数组元素: %@", numbers[i]);
}
}
return 0;
}
这里我们创建了一个包含整数的 NSArray。for 循环的初始化表达式 NSUInteger i = 0 初始化了索引变量 i。条件表达式 i < numbers.count 保证索引不超过数组的长度。每次循环，递增表达式 i++ 使索引值增加 1，从而遍历数组中的每个元素。
for 循环的嵌套
for 循环可以嵌套使用，即在一个 for 循环的循环体内再包含另一个 for 循环。这在处理二维数据结构（如二维数组）时非常有用。
示例代码如下：
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
for (int i = 0; i < 3; i++) {
for (int j = 0; j < 3; j++) {
NSLog(@"(%d, %d)", i, j);
}
}
}
return 0;
}
在这个例子中，外层 for 循环控制行数，内层 for 循环控制列数。外层循环每执行一次，内层循环会完整执行一遍，从而输出一个 3x3 的坐标矩阵。
for 循环的高级用法
- 使用逗号运算符：在初始化表达式和递增或递减表达式中，可以使用逗号运算符来执行多个语句。
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int a = 0, b = 0;
for (a = 0, b = 10; a < b; a++, b--) {
NSLog(@"a: %d, b: %d", a, b);
}
}
return 0;
}
这里在初始化表达式中，我们同时初始化了 a 和 b 两个变量，在递增或递减表达式中，同时更新了 a 和 b 的值。
- 省略部分表达式：
for循环的三个表达式都可以省略，但分号不能省略。如果省略条件表达式，需要在循环体内手动添加跳出循环的逻辑，否则会形成无限循环。
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int i = 0;
for (; i < 5;) {
NSLog(@"计数: %d", i);
i++;
}
}
return 0;
}
在这个例子中，我们将初始化表达式放在了 for 循环外部，省略了初始化表达式部分，递增表达式移到了循环体内，但条件表达式保留，这样的写法同样能实现正常的计数循环。
while 循环
while 循环的语法结构
while 循环的语法结构如下：
while (条件表达式) {
// 循环体代码
}
while 循环只有一个条件表达式。在每次循环开始前，会计算这个条件表达式的值。如果值为 true，则执行循环体中的代码；如果为 false，则循环结束，程序继续执行循环之后的代码。
while 循环的执行流程
- 计算条件表达式的值。
- 如果条件表达式的值为
true，执行循环体代码。 - 循环体代码执行完毕后，再次计算条件表达式的值，重复步骤 2 和 3，直到条件表达式的值为
false。
while 循环示例
- 简单的累加器：
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int sum = 0;
int num = 1;
while (num <= 10) {
sum += num;
num++;
}
NSLog(@"1 到 10 的累加和: %d", sum);
}
return 0;
}
在这个例子中，我们使用 while 循环计算 1 到 10 的累加和。初始化变量 sum 为 0 用于存储累加结果，num 为 1 作为计数变量。条件表达式 num <= 10 确保 num 的值不超过 10 时循环继续。每次循环，将 num 的值加到 sum 中，并将 num 的值增加 1。
- 用户输入验证：
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSInteger input;
while (true) {
NSLog(@"请输入一个 1 到 10 之间的整数:");
scanf("%ld", &input);
if (input >= 1 && input <= 10) {
NSLog(@"你输入了一个有效的数字: %ld", input);
break;
} else {
NSLog(@"输入无效，请重新输入。");
}
}
}
return 0;
}
这里我们使用了一个 while (true) 的无限循环，在循环体内，提示用户输入一个 1 到 10 之间的整数。如果输入的数字在有效范围内，输出提示信息并使用 break 语句跳出循环；如果输入无效，提示用户重新输入。
while 循环与 for 循环的比较
- 适用场景：
for循环通常适用于已知循环次数的场景，比如遍历固定长度的数组。而while循环更适用于循环次数不确定，需要根据某个条件动态决定是否继续循环的场景，如上述的用户输入验证示例。 - 代码结构：
for循环将初始化、条件判断和变量更新集中在一处，代码结构更加紧凑，可读性较好。while循环则更侧重于条件判断，初始化和变量更新可能在循环外部或内部的不同位置，代码结构相对灵活。
do - while 循环
do - while 循环的语法结构
do - while 循环的语法结构如下：
do {
// 循环体代码
} while (条件表达式);
do - while 循环与 while 循环类似，但有一个重要区别：do - while 循环的循环体至少会执行一次，因为条件表达式是在循环体执行完毕后才进行判断。
do - while 循环的执行流程
- 首先执行循环体代码。
- 循环体代码执行完毕后，计算条件表达式的值。
- 如果条件表达式的值为
true，再次执行循环体代码；如果为false，循环结束，程序继续执行循环之后的代码。
do - while 循环示例
- 简单的菜单选择：
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
NSInteger choice;
do {
NSLog(@"请选择操作: 1. 加法 2. 减法 3. 退出");
scanf("%ld", &choice);
switch (choice) {
case 1:
NSLog(@"执行加法操作");
break;
case 2:
NSLog(@"执行减法操作");
break;
case 3:
NSLog(@"退出程序");
break;
default:
NSLog(@"无效选择，请重新输入");
break;
}
} while (choice != 3);
}
return 0;
}
在这个例子中，我们使用 do - while 循环实现了一个简单的菜单选择功能。无论用户第一次输入什么，菜单都会至少显示一次。用户选择操作后，程序根据选择执行相应的逻辑。如果用户选择 3（退出），则条件表达式 choice != 3 为 false，循环结束，程序退出。
- 读取文件内容：
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
FILE *file = fopen("test.txt", "r");
if (file != NULL) {
char buffer[100];
do {
char *result = fgets(buffer, sizeof(buffer), file);
if (result != NULL) {
NSLog(@"%s", buffer);
}
} while (!feof(file));
fclose(file);
} else {
NSLog(@"无法打开文件");
}
}
return 0;
}
这里我们使用 do - while 循环读取文件 test.txt 的内容。每次循环尝试读取一行内容到 buffer 中，如果读取成功则输出。条件表达式 !feof(file) 确保在文件未到达末尾时继续循环。由于 do - while 循环的特性，即使文件为空，循环体也会执行一次读取操作，然后根据结果判断是否继续循环。
do - while 循环与 while 循环的比较
- 执行次数：
while循环可能一次都不执行循环体，取决于条件表达式的初始值。而do - while循环无论条件表达式的值如何，循环体至少会执行一次。 - 应用场景：当需要先执行一次操作，然后根据操作结果决定是否继续循环时，
do - while循环是更好的选择，如上述的菜单选择和文件读取示例。而while循环更适用于在执行操作前需要先判断条件的场景。
循环语句中的控制语句
break 语句
break 语句用于立即终止当前循环，跳出循环体。程序将继续执行循环之后的代码。在嵌套循环中，break 语句只会终止最内层的循环。
示例代码如下：
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i == 5) {
break;
}
NSLog(@"当前计数: %d", i);
}
NSLog(@"循环结束后执行的代码");
}
return 0;
}
在这个例子中，当 i 的值等于 5 时，break 语句被执行，循环立即终止，程序继续执行 NSLog(@"循环结束后执行的代码"); 这行代码。
continue 语句
continue 语句用于跳过当前循环体中剩余的代码，直接进入下一次循环的条件判断。在嵌套循环中，continue 语句只影响当前所在的循环层。
示例代码如下：
#import <Foundation/Foundation.h>
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
for (int i = 0; i < 10; i++) {
if (i % 2 == 0) {
continue;
}
NSLog(@"当前奇数: %d", i);
}
}
return 0;
}
在这个例子中，当 i 是偶数时，continue 语句被执行，跳过 NSLog(@"当前奇数: %d", i); 这行代码，直接进入下一次循环的条件判断，因此只有奇数会被输出。
return 语句
return 语句不仅用于从函数中返回值，在循环语句中也可以使用。当在循环体内执行 return 语句时，会立即终止当前函数的执行，包括循环，返回到调用该函数的地方。
示例代码如下：
#import <Foundation/Foundation.h>
int sumToLimit(int limit) {
int sum = 0;
for (int i = 1; i <= limit; i++) {
if (sum + i > 100) {
return sum;
}
sum += i;
}
return sum;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
int result = sumToLimit(20);
NSLog(@"累加结果: %d", result);
}
return 0;
}
在 sumToLimit 函数中，当累加和 sum 加上当前的 i 值超过 100 时，执行 return sum; 语句，不仅终止了 for 循环，还从函数中返回了当前的累加和。
循环语句的性能考虑
不同循环语句的性能差异
在大多数情况下，for、while 和 do - while 循环在性能上并没有显著的差异。现代编译器会对这些循环进行优化，使得它们的执行效率相近。然而，在一些极端情况下，细微的性能差异可能会显现出来。
例如，在循环次数固定且较少的情况下，for 循环由于其紧凑的代码结构，编译器可能更容易进行优化，从而在性能上略胜一筹。而对于循环次数不确定且依赖复杂条件判断的情况，while 和 do - while 循环的灵活性可能更重要，性能上的差异则可以忽略不计。
优化循环性能的方法
- 减少循环体内的开销：尽量避免在循环体内执行复杂的计算或函数调用，尤其是那些不依赖循环变量的操作。可以将这些操作移到循环外部。
// 未优化的代码
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
double result = sin(M_PI / 4) * i;
NSLog(@"结果: %f", result);
}
// 优化后的代码
double factor = sin(M_PI / 4);
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
double result = factor * i;
NSLog(@"结果: %f", result);
}
在这个例子中，sin(M_PI / 4) 的计算不依赖于循环变量 i，将其移到循环外部，减少了循环体内的计算开销。
- 避免不必要的内存分配：在循环体内频繁分配和释放内存会导致性能下降。尽量提前分配足够的内存空间，或者使用对象池等技术来复用对象。
// 未优化的代码
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
// 对 array 进行操作
// 循环结束后 array 被释放
}
// 优化后的代码
NSMutableArray *array = [NSMutableArray array];
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
// 对 array 进行操作
}
这里提前创建了 NSMutableArray 对象，避免了在循环体内频繁创建和销毁对象。
- 使用合适的循环类型：根据实际需求选择合适的循环类型。如果循环次数已知，优先使用
for循环；如果需要根据条件动态决定循环次数且可能一次都不执行循环体，使用while循环；如果循环体至少要执行一次，使用do - while循环。
总结循环语句的使用要点
- 理解语法和执行流程：深入理解
for、while和do - while循环的语法结构和执行流程是正确使用它们的基础。掌握每个循环的特点，才能在不同场景下选择最合适的循环类型。 - 注意循环控制变量：合理初始化、更新和判断循环控制变量，确保循环能够正常结束，避免出现无限循环的情况。在嵌套循环中，要特别注意不同层次循环控制变量之间的关系。
- 结合控制语句：善于使用
break、continue和return等控制语句来灵活控制循环的执行流程，实现复杂的逻辑。但要注意这些控制语句的使用范围和对程序结构的影响。 - 性能优化：在编写循环代码时，要考虑性能因素，尽量减少循环体内的开销，避免不必要的内存分配，以提高程序的执行效率。
通过熟练掌握 Objective-C 的循环语句，你将能够编写出更加高效、灵活和健壮的程序，无论是开发 iOS 应用、Mac 应用还是其他基于 Objective-C 的项目，循环语句都将是你编程过程中的得力工具。在实际编程中，不断练习和总结经验，进一步提升对循环语句的运用能力。