第6章 循环

来源、版次与运行边界

“第6章 循环”以作者维护的第 5 版支持页核定 2016 年 3 月 12 日首刷、两位作者、松本行弘监修以及四部分 23 章目录；逐章程序清单、练习答案和勘误只作为公开支持材料，不被冒充为原书全文。

对“第6章 循环”而言，中文解释、示例、交互、练习和答案均为独立教学重写；站内中文章名是与官方 23 章顺序对应的课程映射，不宣称是日文小节的逐字翻译，也不从公开程序清单复制整段实现。

“第6章 循环”固定在 Ruby 2.3 语境；Ruby 2.3.0 官方文档与稳定版发布说明用于核对当时可用的语言和标准库行为。现代 Ruby 的差异只能另列迁移说明，不能静默改变本页示例的版本结论。

围绕“怎样为 times、while、until、each 与 loop 选择可证明终止的驱动方式？”，本页验收“第6章 循环的输入样本、接收者与方法、关键状态前后值、正常与失败输出、异常或退出状态，以及复位后的再次运行记录。”。先预测正常轨迹，再只注入“在 next 分支跳过状态推进，使循环重复同一个状态”；若无法定位第一处状态分岔，就拒绝当前解释。

从“重复几次”究竟由谁决定开始

循环语法看起来相近，但驱动重复的source不同：Integer决定次数，collection决定元素，condition决定是否继续，外部event决定何时break。决定最清晰的构造。

先预测：处理Array时用while index < items.length与items.each有什么实质差异？前者由caller维护index与边界，后者让Array的each拥有 traversal；除非确实需要随机访问或跨项状态，each更少出现off-by-one和越界。

循环的基础

任何循环都要回答初始状态、每轮读取/修改什么、何时终止、异常时资源如何释放、循环expression返回什么。把“应该会停”变成可审查证据。

Count loop的variant可以是剩余次数；逐行读取的progress来自source消耗一个record；重试循环则需要attempt上限或deadline。若找不到单调progress measure，就必须明确它是service event loop，并提供shutdown signal、backpressure和supervision。

循环时的注意事项

遍历mutable collection时修改同一结构会改变未来元素集合。删除Array元素使用delete_if/reject!等专用API，或先收集操作再提交；不要在each内部按index删除。Hash遍历时增删key同样可能报错或产生难推理行为。

循环体打开file、socket或lock时，cleanup不能只放在正常break之后；使用block-form resource API或ensure。每轮错误是跳过、重试、终止还是累计，必须写成policy，不能笼统rescue StandardError; next。

循环的可观测性也要有上界。逐项打印会把O(n)计算变成I/O瓶颈并淹没有效日志；记录总数、成功/跳过/失败计数、耗时分布和少量脱敏样本。长循环定期检查cancel/deadline，但检查频率本身要纳入cost。Benchmark时使用真实分布，区分iterator dispatch、block工作、allocation与I/O，不能只凭“for更像底层所以更快”下结论。

批处理需要决定partial success语义：中途第501项失败时，是rollback前500项、保留并返回resume token，还是进入dead-letter集合。循环只负责重复，transaction和checkpoint属于更高层protocol；把它们明确传入，避免一个局部next悄悄改变业务一致性。

实现循环的方法

Ruby倾向让对象提供iteration method：Integer有times，Range有each，Array/Hash实现Enumerable协议。选择method时先表达意图，再考虑performance；map表示一对一变换，select表示过滤，reduce表示聚合，普通each表示side effect traversal。

records = %w[ready invalid ready]
 
summary = records.each_with_object(Hash.new(0)) do |status, counts|
  counts[status] += 1
end
 
p summary

外部accumulator可用，但each_with_object把owner和返回值放进调用结构。大量chain会创建intermediate collections时可用lazy Enumerator，不过要理解何时真正求值、错误在哪一步出现以及source能否重复遍历。

times方法

n.times把0到n-1依次yield给block，返回n。n为0或负数时block不执行。适合重试attempt、生成固定元素和小规模实验。

attempts = 3
success = false
 
attempts.times do |index|
  puts "attempt #{index + 1}/#{attempts}"
  success = perform_once
  break if success
end
 
raise "all attempts failed" unless success

重试还需delay、deadline、可重试异常集合与idempotency；times只提供次数。生产代码不要无差别重试认证失败、参数错误或非幂等写入。测试第1次成功、中间成功、全部失败和执行抛异常。

for语句

for item in items内部使用items.each，但loop variable不会像block parameter那样限制在block scope；循环结束后item仍可能在surrounding scope可见。是两种写法最容易忽略的差异。

item = :before
for item in [:a, :b]
  # work
end
p item # :b
 
item = :before
[:a, :b].each do |entry|
  # entry is block-local
end
p item # :before

Ruby社区通常偏好each，因为scope、chain和自定义Enumerable更统一；for在强调传统syntax或简单Range时仍可读。不要仅机械替换，重构时检查外围是否依赖loop variable残留值。

普通的for语句

原书区分Ruby的for与其他语言的初始化/条件/更新三段式for。Ruby没有C式for (i=0; i<n; i++)；该需求用n.times、Range each或while。先确定driver，避免把另一语言的surface syntax强搬进Ruby。

while语句

while condition在每轮前检查；若初始falsey，body执行0次。适合状态在body中推进且终止predicate明确的场景。Assignment与condition混写容易触发误读，应先读取/转换，再判断。

index = 0
total = 0
 
while index < values.length
  total += values.fetch(index)
  index += 1
end
 
p total

这里invariant是0 <= index <= values.length，variant是values.length - index，每轮减少1。若values在循环中增长，原证明失效；snapshot或固定上界必须写明。

until语句

until done?在condition falsey时执行，相当于while !done?。适合positive终止名称，例如“直到queue为空”；复杂组合或double negative改用while加命名predicate。

Polling until还需sleep/backoff和deadline，否则会busy loop占满CPU。等待外部event优先使用blocking I/O、condition variable或event API；until不是同步原语，也不能避免race。

each方法

each由receiver定义yield什么：Array给元素，Hash通常给key/value，Range给序列值，IO给line。支撑Enumerable的map/select/find等方法。

没有block时许多each返回Enumerator，可后续with_index、lazy或由外部next驱动。Enumerator可能一次性消耗IO，也可能可rewind；API必须说明。不要默认任何enumerable都能求size或重复遍历。

loop方法

loop do ... end表达没有自然precondition的重复，通常内部用break结束。它比while true更Ruby化，也会在没有block时返回Enumerator。Event loop、读取直到EOF和搜索直到找到可用loop，但必须有shutdown/error path。

result = loop do
  line = input.gets
  break :eof if line.nil?
  next if line.strip.empty?
  break line if valid?(line)
end
 
p result

Break的argument成为loop expression result，因此上例可区分:eof与找到的line。若只靠nil表示两种情况，caller会失去证据。

循环控制：break与next

break退出最近loop/iterator invocation；next结束当前iteration并进入下一轮；redo不重新获取下一项而重做当前iteration；return退出enclosing method。决定cleanup和result。

Nested loops中break只退出最近一层；需要退出多层时提取method并return、使用catch/throw的明确protocol，或重构为find组合。Redo尤其危险，必须有独立attempt/deadline变化，否则同一输入永久重跑。

正式节点与章专属证据

• 循环的基础 ：第 1 个正式节点要能回到“每轮都保持处理区间不变量，并让剩余工作量严格减少或显式退出。”，并说明故障发生前后的第一处差异。
• times方法 ：第 2 个正式节点要能回到“每轮都保持处理区间不变量，并让剩余工作量严格减少或显式退出。”，并说明故障发生前后的第一处差异。
• for语句 ：第 3 个正式节点要能回到“每轮都保持处理区间不变量，并让剩余工作量严格减少或显式退出。”，并说明故障发生前后的第一处差异。
• while语句 ：第 4 个正式节点要能回到“每轮都保持处理区间不变量，并让剩余工作量严格减少或显式退出。”，并说明故障发生前后的第一处差异。
• until语句 ：第 5 个正式节点要能回到“每轮都保持处理区间不变量，并让剩余工作量严格减少或显式退出。”，并说明故障发生前后的第一处差异。
• each方法 ：第 6 个正式节点要能回到“每轮都保持处理区间不变量，并让剩余工作量严格减少或显式退出。”，并说明故障发生前后的第一处差异。
• loop方法 ：第 7 个正式节点要能回到“每轮都保持处理区间不变量，并让剩余工作量严格减少或显式退出。”，并说明故障发生前后的第一处差异。
• break与next ：第 8 个正式节点要能回到“每轮都保持处理区间不变量，并让剩余工作量严格减少或显式退出。”，并说明故障发生前后的第一处差异。

本章回顾：按driver与exit boundary选循环

1. Count、collection、condition与event对应不同iteration driver；每个循环都要有progress或shutdown证明。
2. Times固定次数，for与each遍历receiver但变量scope不同，while/until按condition驱动。
3. Each协议产生Enumerator并支撑Enumerable；是否有序、可重复和有size由receiver决定。
4. Loop适合显式break的开放重复，break还可提供loop expression result。
5. Break、next、redo与return离开不同边界；异常、cleanup和nested loop必须按边界测试。

练习与答案

名词解释