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for循環(huán)為何可恨？

Java的閉包(Closure)特征最近成為了一個熱門話題。一些精英正在起草一份議案，要在Java將來的版本中加入閉包特征。然而，提議中的閉包語法以及語言上的這種擴充受到了眾多Java程序員的猛烈抨擊。

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不久前，出版過數(shù)十本編程書籍的大作家Elliotte Rusty Harold發(fā)表了對Java中閉包的價值的質疑。尤其是他問道“ for 循環(huán)為何可恨？”：

我不知道，有些人這么著急的要把 for 循環(huán)消滅掉，他們反對的究竟是什么？這已經(jīng)不是第一次或第二次計算機學界的理論家們起來反對 for 循環(huán)(或類似的東西)了。
 

如果只說Elliotte質疑不起眼的閉包的價值，這是不公平的。他主要抱怨是，在讀了另一位著名人物、獲得過Jolt 大獎并創(chuàng)造過最高銷售記錄的《Better, Faster, Lighter Java》的作者Bruce Tate的最近的關于此主題的專題后，他看不出閉包在Java中有什么價值。(Bruce用Ruby做的例證)：

表 1. 最簡單的閉包

 
 
 
    
  
  
  
  1. 3.times {puts "Inside the times method."}  
    2.   
  
  
  2.  
    3.   
  
  
  3. 結果：  
    4.   
  
  
  4. Inside the times method.  
    5.   
  
  
  5. Inside the times method.  
    6.   
  
  
  6. Inside the times method. 
    7.

times是3這個對象上的一個方法。它把閉包中的代碼執(zhí)行了3次。{puts "Inside the times method."}是閉包。它是一個匿名函數(shù)，把它傳入times方法，打印出靜態(tài)句子。相比起傳統(tǒng)的for循環(huán)語句，這樣的代碼顯得更緊湊，更簡單，如表2中所示：

表 2: 非閉包的循環(huán)

 
 
 
    
  
  
  
  1. for i in 1..3 
    2.   
  
  
  2. puts "Inside the times method." 
    3.   
  
  
  3. end 
    4.

由于這種毫無生氣的對閉包的介紹，我也很難看出它的真正價值。這首個比較，充其量也就能體現(xiàn)出一種微妙的差別。Bruce在developerWorks上的文章里的其它的例子也大多是價值不大的，要么含糊不清，要么缺乏啟發(fā)意義。

對于這種Ruby風格的閉包給Elliotte帶來的困惑，我不打算進一步評論；對這種問題過于挑剔毫無意義。我也不想討論目前的關于Java中的閉包的語法的提議的爭論，包括Java中是否應該有閉包這樣的大問題。在這樣的爭論中我沒有立場，說實話，我是不在乎這些問題如何或何時被解決。

雖然如此，Elliotte卻提出了一個重要的問題：for 循環(huán)為什么可恨？

下面是一個常見的例子：

 
 
 
    
  
  
  
  1. double sum = 0;  
    2.   
  
  
  2. for (int i = 0; i < array.length; i++) {  
    3.   
  
  
  3. sum += array[i];  
    4.   
  
  
  4. } 
    5.

這有什么問題？我編了很多年的程序，我對這種語法一眼掃過去很舒服；很顯然，它是把一個數(shù)組里的值加到一起。但當去真正的閱讀這段代碼時，這四行代碼里大概散布著30多個標記符號需要我去分析處理。不錯，有些字符可以通過語法簡寫方式來縮減。但為了這樣一個簡單的加法，你需要寫出一堆東西，還要保證寫的正確。

憑什么這樣說？下面是Elliotte的文章里另外一個例子，原文拷貝：

 
 
 
    
  
  
  
  1. String s = "";  
    2.   
  
  
  2. for (int i = 0; i < args.length; i++) {  
    3.   
  
  
  3. s += array[i];  
    4.   
  
  
  4. } 
    5.

看見了里面的錯誤嗎？如果這代碼編譯通過，并通過的代碼審查，你可能需要數(shù)周才會發(fā)現(xiàn)這樣的bug，再數(shù)周才能制作出補丁。這些只是簡單的for循環(huán)。想象一下，當for循環(huán)體變得越來越大，甚至有嵌套時，事情會變得多么的復雜。(如果你仍舊不擔心這樣的bug，認為這只是拼寫錯誤，那么你就想想有多少次在for循環(huán)里你是這樣的。)

如果你能夠把一個簡單的for循環(huán)寫成一行，帶有更少的重復和更少的字符，這樣不僅更容易閱讀，也更容易書寫。因為這樣更簡潔，引入bug的機會就更少，當bug出現(xiàn)時，也更容易被發(fā)現(xiàn)。

那閉包對此有何幫助？下面是第一個例子，用Haskell語言寫成的：

 
 
 
    
  
  
  
  1. total = sum array 
    2.

哈哈，我是在說謊。sum函數(shù)并沒有使用閉包。它是按照fold的方式定義的，而fold是接受閉包的：

 
 
 
    
  
  
  
  1. total = foldl (+) 0 array 
    2.

下面是第二個例子，很常見，而且使用了閉包：

 
 
 
    
  
  
  
  1. s = concat array  
    2.   
  
  
  2. s = foldr (++) [] array 
    3.

我承認，使用這些叫做foldl 和 foldr 樣子古怪的函數(shù)來解釋閉包的作用，這對那些更熟悉for循環(huán)的程序員來說沒有多大意義。但是，這幾個函數(shù)卻能突出for循環(huán)的關鍵弊端：它把三種獨立不同的操作合并到一起了——過濾，歸納和轉換。

上面的這兩種for循環(huán)，它們的目標是接收一個數(shù)值列表，把它們歸納成一個值。函數(shù)式編程的程序員稱這些操作為“folds(合并)”。一個fold運算的過程是，首先要有一個操作(一個閉包)和一個種子值，還有使用list里的第一個元素。這個操作被施加到種子值和list里的第一個元素上，產(chǎn)生出一個新的種子值。fold運算然后把這個操作運用到新種子值和list里的下一個元素上，一直這樣，直到最后一個值，最后一次操作的結果成為fold運算的結果。

下面是一個演示：

 
 
 
    
  
  
  
  1. s = foldl (+) 0 [1, 2, 3]  
    2.   
  
  
  2. = foldl (+) (0 + 1) [2, 3]  
    3.   
  
  
  3. = foldl (+) 1 [2, 3]  
    4.   
  
  
  4. = foldl (+) (1 + 2) [3]  
    5.   
  
  
  5. = foldl (+) 3 [3]  
    6.   
  
  
  6. = foldl (+) (3 + 3) []  
    7.   
  
  
  7. = foldl (+) 6 []  
    8.   
  
  
  8. = 6 
    9.

Haskell語言里提供了很多fold函數(shù)；foldl函數(shù)從list的第一位開始運算，依次反復到最后一個，而foldr函數(shù)，它從list的最后一個函數(shù)開始運算，從后往前。還有很多其它相似的函數(shù)，但這兩個是最基本的。

當然，folds是一些非?；镜倪\算，如果拋棄for循環(huán)而以各種形式的foldl 和 foldr 咒符來替換，你會很困惑。事實上，更高級的操作，例如sum, prod 和 concat都是以各種folds定義的。當你的代碼以這種高級的歸納操作運算來編寫時，代碼會變得更簡潔，更易讀，更易寫，更易懂。

當然，并不是所有的for循環(huán)都是歸納操作?？纯聪旅孢@個：

 
 
 
    
  
  
  
  1. for (int i = 0; i < array.length; i++) {  
    2.   
  
  
  2. array[i] *= 2;  
    3.   
  
  
  3. } 
    4.

這是一個轉換操作，函數(shù)式編程的程序員稱之為map操作：

 
 
 
    
  
  
  
  1. new_array = map (*2) array 
    2.

map函數(shù)的工作方式是，它會檢查list里的每個元素，將一個函數(shù)應用到每個元素上，形成一個新的list，里面是新的元素。（有些語言里的這種操作是原位替換）。這是一個很容易理解的操作。sort函數(shù)的功能相似，它接受一個list，返回(或修改)一個list。

第三種類型的for循環(huán)是過濾。下面是個例子。

 
 
 
    
  
  
  
  1. int tmp[] = new int[nums.length];  
    2.   
  
  
  2. int j = 0;  
    3.   
  
  
  3. for (int i = 0; i < nums.length; i++) {  
    4.   
  
  
  4. if ((nums[i] % 2) == 1) {  
    5.   
  
  
  5. tmp[j] = nums[i];  
    6.   
  
  
  6. j++;  
    7.   
  
  
  7. }  
    8.   
  
  
  8. } 
    9.

這是一個非常簡單的操作，但使用了for循環(huán)和兩個獨立的計數(shù)器后，毫無必要的復雜表現(xiàn)把事實真相完全掩蓋了。如果過濾是一種基本的操作，它應該像一個fold或一個map那樣，而事實上，它是的：

 
 
 
    
  
  
  
  1. odds = filter (\i => (i `mod` 2) == 1) nums  
    2.   
  
  
  2. odds = filter isOdd nums -- 更常用的形式 
    3.

從核心上講，這就是為什么for循環(huán)有問題：它把(至少)三種獨立的操作合并到了一起，但重點卻關注了一個次要細節(jié)問題：遍歷一系列的值。而事實上，fold，map 和 filter是處理一個數(shù)據(jù)list的三種不同的操作，它們應該被分別處理。采用把閉包傳入循環(huán)內的方式，我們能更容易的把what 從 how 中分離出來。每次遍歷一個list時我都會使用一個匿名函數(shù)，或復用通用的函數(shù)(例如 isOdd, (+) 或 sqrt)。

雖然閉包并不是一個很深奧的概念，但當它深深的烙進了一種語言和它的標準庫中時，我們不需要使用這些低級的操作搞的代碼混亂不堪。相反，我們可以創(chuàng)建更高級的運算，做我們想要的事，比如sum and prod。

更重要的，以這些概念思考問題會使我們更容易思考更復雜的操作，比如變換一個tree，過濾一個vector，或把一個list合并成一個hash。

在最后，Elliotte還提到了一些關于在多核處理器上并行執(zhí)行的問題，說像3.times {...}這樣的代碼會比 for 循環(huán)效率“差”。不幸的是，我想他沒說到點上。不錯，有一些運算需要序列化，有一些可以并行。但是如果你只基于一個for循環(huán)，很難判斷出哪些歸為哪類，這是一個復雜的編譯器優(yōu)化問題。如果你把一個可能進行并行運算的操作(例如map 和 filter)分解成連續(xù)的運算(例如foldl 和 foldr)，編譯器更容易從中做出判斷。不僅如此，如果你比編譯器更了解你的數(shù)據(jù)，你可以顯式的要求一個map操作被順序執(zhí)行或并行執(zhí)行。

英文原文鏈接：What's Wrong with the For Loop

本文轉自：http://www.aqee.net/whats-wrong-with-the-for-loop/


文章名稱：for循環(huán)為何可恨？
文章位置：http://www.5511xx.com/article/cdheeds.html