第 20 章　循環(huán)

計算機最擅長做的事情就是“重復(fù)”——像兒童一樣不厭其煩地重復(fù)做一件事，而且重復(fù)的速度很快，可以在1毫秒內(nèi)列出你的全部Facebook好友。

本章將學(xué)習(xí)如何用有限的幾個塊來編寫可以重復(fù)執(zhí)行的程序，而不必反復(fù)拷貝粘貼同一段代碼；還將學(xué)習(xí)與列表有關(guān)的操作，如給電話號碼列表中的每個號碼發(fā)送一條短信，以及為列表項排序。通過學(xué)習(xí)，你將了解到如何用循環(huán)塊來有效地簡化程序。

控制程序的執(zhí)行：分支及循環(huán)

在前幾章中，我們學(xué)習(xí)了用一組事件處理程序來定義應(yīng)用中的行為：事件以及對事件做出響應(yīng)的函數(shù)。在這些響應(yīng)函數(shù)中，程序通常不是按照線性的順序執(zhí)行，有些程序塊只能在滿足某些條件時才能執(zhí)行。

重復(fù)塊是程序的另一種非線性運行方式。就像if及ifelse塊讓程序產(chǎn)生分支一樣，重復(fù)塊讓程序循環(huán)執(zhí)行，換句話說，在執(zhí)行完一組指令后，重新跳回到這組指令的起點并再次運行，如圖20-1所示。在應(yīng)用的運行過程中，內(nèi)部的計數(shù)器會跟蹤即將執(zhí)行的下一步操作，因此，對于整個事件處理程序來說，從頭至尾的每一步操作都在程序計數(shù)器的監(jiān)控之下（有條件地）完成。程序計數(shù)器隨著這些重復(fù)執(zhí)行的塊循環(huán)，不斷地重復(fù)這些功能。

圖 20-1　讓程序循環(huán)執(zhí)行的重復(fù)塊

在App Inventor中有兩種類型的重復(fù)塊：foreach及while.foreach，其作用是對列表中的每一項實施某些特定的操作，如，向電話號碼列表中的每個號碼發(fā)送一條短信。

塊while的應(yīng)用比foreach要普遍，while塊中的程序塊會一直重復(fù)運行，直到某個條件不再滿足。while塊可用于數(shù)學(xué)公式的計算，如求n個連續(xù)自然數(shù)的和，或求n的階乘，此外，while也可以用于同時處理兩個列表；foreach每次只能處理一個列表。

使用foreach對列表實施迭代

在第18章里，我們討論了一個“隨機撥號”應(yīng)用。這種隨機撥打朋友電話的方式有時能撥通，但如果你有一個像我這樣的朋友，這種呼叫卻不總是能得到應(yīng)答。可以采取另一種方式，給所有列表中的朋友發(fā)短信說“想你”，然后看誰最先回復(fù)你（或許還有更令人愉快的方式?。?。

這個應(yīng)用可以通過點擊一次按鈕向多個朋友發(fā)送短信，最簡單的方法是，先寫好發(fā)給一個人的代碼塊，然后拷貝粘貼并修改接收人的電話號碼，如圖20-2所示。

圖 20-2　拷貝并粘貼向不同號碼發(fā)送短信的塊

如果只有少量的塊，用這種“強力”的拷貝粘貼方式也還說得過去，但是像朋友列表這樣的數(shù)據(jù)表會時常變化，而你不希望每次添加或刪除一個電話號碼，都要動手去修改程序。

塊foreach提供了一個更好的解決方案，可以定義一個包括所有電話號碼的列表變量phoneNumberList，然后用foreach塊將發(fā)送一次短信的塊包圍起來，從而實現(xiàn)群發(fā)功能，如圖20-3所示。

圖 20-3　使用foreach塊對列表中的每一項執(zhí)行同一套指令

上述代碼可以解讀為：

對于phoneNumberList列表中的每一項（電話號碼），設(shè)置Texting對象的PhoneNumber屬性為列表中的項，并發(fā)送該條短信。

對于foreach塊，一個必須的參數(shù)是一個列表，它所要處理的列表，將列表插入“in list”參數(shù)插槽。此時，從phoneNumberList變量的初始化塊中拖出“get global phoneNumberList”塊，并插入“in list”插槽，以便為即將發(fā)送的短信提供電話號碼列表。

foreach塊的第一行使用了foreach自帶的占位符變量，在默認情況下，變量名為item，你可以修改它，也可以就用默認值，該變量代表了列表中正在被處理的當(dāng)前項。

foreach中的所有塊都將對列表中的每一項執(zhí)行同樣的操作，其中的占位符變量（例子中的phoneNumber）始終保存的是當(dāng)前正被處理的項。如果列表中有三項，則foreach中包含的塊將被執(zhí)行三次，這些塊可以說是從屬于foreach塊，或處于foreach塊的內(nèi)部，這些內(nèi)部塊執(zhí)行到最后一行時，我們所說的程序計數(shù)器將要循環(huán)回第一行。

循環(huán)過程詳細分析

我們來詳細地分析一下foreach塊的運行機制，因為理解循環(huán)是編程的基礎(chǔ)。當(dāng)點擊TextGroupButton時，觸發(fā)事件處理程序，首先執(zhí)行的是“set Texting1.Message to”塊，要將短信內(nèi)容設(shè)置為“想你...”，這個塊只執(zhí)行一次。

然后開始執(zhí)行foreach塊。在foreach內(nèi)部塊開始執(zhí)行前，占位符變量item被設(shè)置為列表phoneNumberList的第一項（111-1111），這一步是自動完成的，代替了你自己使用select list item來調(diào)出列表項。在完成將列表中的第一項賦給item之后，foreach內(nèi)部的塊開始第一次運行，Texting1.PhoneNumber屬性被設(shè)為item的值（111-1111），并發(fā)出短信。

當(dāng)運行到foreach中的最后一行時（Texting1.SendMessage塊），程序?qū)⒀h(huán)會到foreach的首行，并自動將列表中的下一項（222-2222）設(shè)為變量item的值，然后重復(fù)操作foreach內(nèi)部的兩個塊，即發(fā)送短信“想你...”到號碼222-2222。然后程序再次循環(huán)會首行，并將item的值設(shè)為列表中的第三項（333-3333），并執(zhí)行第三次重復(fù)操作，第三次發(fā)送短信。

由于列表中最后一項，即本例子中的第三項已經(jīng)被處理完畢，因此foreach循環(huán)到此結(jié)束，程序?qū)⑻鲅h(huán)，這意味著程序計數(shù)器將繼續(xù)下移來處理foreach下面的塊。在本例中，foreach之后沒有塊，因此整個事件處理程序結(jié)束。

書寫可維護的代碼

在最終用戶看來，使用foreach的方法還是“強力”的拷貝粘貼法，在最終結(jié)果上并無分別，但從程序員的角度來看，foreach方法讓代碼有更好的可維護性，即使數(shù)據(jù)（電話號碼列表）是動態(tài)輸入的，程序也可以適用。

可維護軟件指的是可以很容易地對軟件進行修改，而不會引入程序的漏洞。使用foreach方法，一旦需要修改短信接收人，只需要修改列表變量，而絲毫不需要修改程序的邏輯（事件處理程序）。相反，采用強力的方法，如果需要添加新的接收人，則需要在事件處理程序中添加新的塊。任何時候，只要你改動了程序的邏輯，都會冒帶來漏洞的風(fēng)險。

更重要的是，即便電話列表是動態(tài)的，即，不僅是程序員，最終用戶也可以向列表中添加新的號碼，foreach方法也能奏效。在我們的例子中只有三個固定的號碼，而且號碼直接寫在了代碼中，與此相比，采用動態(tài)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，其信息來源可能是最終用戶，或其他來源。如果你要重新設(shè)計應(yīng)用，讓最終用戶來輸入電話號碼，你就必須使用foreach方法，因為在你寫程序的時候，根本無法知道會有哪些號碼，因此也就無從采用強力的拷貝粘貼法。

foreach的第二個例子：顯示列表

顯示列表項最簡單的方式就是將列表變量插入Label的Text屬性，如圖20-4所示。

圖 20-4　列表的簡單顯示方法：將列表直接插入label

這樣做的結(jié)果是，列表項在label中顯示為一行，項之間以空格分隔，整個列表被一對括號包圍：（111-1111 222-2222 333-3333）。

這些號碼可能顯示為多行或單行，取決于號碼的多少。最終用戶能看到這個數(shù)據(jù)，也可能將它們當(dāng)做電話號碼的列表，但這樣的顯示方式很不美觀。通常會將列表項分行顯示或用逗號分隔。

為了適當(dāng)?shù)仫@示列表，需要將每個列表項轉(zhuǎn)換為一段帶格式的單獨的文本。文本對象通常有字母、數(shù)字、標點符號組成，但也可能包含特殊的控制字符，它們對應(yīng)一些不可見的字符，如tab被表示為\t(更多關(guān)于控制字符的內(nèi)容，請查閱文本表示的統(tǒng)一碼[Unicode]標準：http://www.unicode.org/standard/standard.html)。

為了逐行顯示我們的電話號碼列表，需要一個換行符“\n”。當(dāng)“\n”出現(xiàn)在一段文本中，意味著“到下一行來顯示后面的東西”。因此文本對象“111-1111\n222-2222\n333-3333”將顯示為：

111-1111
222-2222
333-3333

要構(gòu)造出這樣的文本對象，需要用到foreach塊，將每個列表項附加換行符后再添加到PhoneNumberLabel.Text屬性中，如圖20-5所示。

圖 20-5　使用foreach處理列表：在每個列表項后添加換行符

我們來跟蹤一下這些塊的作用。在第15章中討論過在程序運行過程中跟蹤變量及屬性變化的相關(guān)內(nèi)容，在foreach塊中，我們考慮每一次迭代之后的值，所謂一次迭代，就是foreach循環(huán)執(zhí)行一次。

在foreach之前，PhoneNumberLabel的Text屬性被初始化為空文本；從foreach開始，程序會自動將列表的第一項賦給占位符變量phoneNumber。然后將PhoneNumberLabel.Text、\n、phoneNumber連接起來之后，再將其設(shè)為PnoneNumberLabel.Text的屬性值。這樣，在完成foreach的第一次迭代后，相關(guān)的變量值如表20-1所示。

表20-1 第一次foreach迭代之后的變量值

此時已經(jīng)是foreach內(nèi)的最后一行，程序進入第二次迭代，下一個列表項（222-2222）被設(shè)為占位符變量phoneNumber的值，并重復(fù)執(zhí)行foreach內(nèi)部的塊：將PhoneNumberLabel.Text的原值（\n111-1111）與“\n”及phoneNumber（此時是222-2222）連接起來。第二次迭代后，變量及屬性值如表20-2所示。

表20-2 第二次foreach迭代之后的變量值

列表中的第三項被設(shè)為phoneNumber的值，第三次重復(fù)運行foreach內(nèi)部的塊，在完成最后一次迭代后，最終結(jié)果如表20-3所示。

表20-3 第三次foreach迭代之后的變量值

三次迭代完成之后，label包含了所有的電話號碼，文本變得很長，在foreach執(zhí)行完成后，PhoneNumberLabel.Text的顯示如下：

111-1111
222-2222
333-3333

用while實現(xiàn)迭代

循環(huán)塊while的使用比foreach要稍顯復(fù)雜，但while塊的優(yōu)勢在于它的通用性：foreach可以遍歷一個列表，而while可以為循環(huán)設(shè)定任意的條件。隨便舉個例子，假設(shè)你想給電話號碼表中每隔一個人發(fā)短信，foreach則做不到，但while中可以將每次循環(huán)中index的遞增值設(shè)為2。

在第18章中，條件測試的結(jié)果將返回一個值：true或false，在while-do塊中也包含了一個想if塊一樣的條件測試。如果while測試的結(jié)果為true，程序會執(zhí)行while內(nèi)部的塊，然后返回并再次進行條件測試。只要測試結(jié)果為true，while內(nèi)部的塊就會重復(fù)運行。當(dāng)測試值為false時，程序?qū)⑻鲅h(huán)（如同foreach中一樣）并繼續(xù)執(zhí)行while下面的塊。

使用while同步處理兩個列表

關(guān)于while的更具啟發(fā)性的例子中，涉及到了一種常見的情形，即，需要同步處理兩個列表。例如，在總統(tǒng)測試（第10章）應(yīng)用中，有兩個分別存放問題和答案的列表，以及一個變量index來跟蹤當(dāng)前的問題序號。為了同時顯示問題-答案對，需要同步遍歷兩個列表，并從兩個列表中獲取序號為index的項。foreach只允許遍歷一個列表，但在while循環(huán)中，則可以使用index從每個列表中抓取對應(yīng)的項。圖20-6中顯示了用while塊逐行顯示問題-答案對的方法。

圖 20-6　使用while循環(huán)逐行顯示問題-答案對

由于用while替代了foreach，因而需要直接初始化index、檢查是否到達列表結(jié)尾、在每次循環(huán)中選擇各個列表中對應(yīng)的項，并使得index遞增。

使用while做公式計算

這里是使用while循環(huán)的另一個例子：與列表無關(guān)的重復(fù)操作。想想看，圖20-7中的塊在做什么？高水平？要想弄清楚，就要跟蹤每一個塊（關(guān)于程序跟蹤的更多內(nèi)容見第15章），隨著程序的進展，跟蹤每個變量的值。

圖 20-7　你能說出這些塊的功能嗎？

當(dāng)變量number的值小于或等于變量N時，while中的塊將重復(fù)執(zhí)行。在這個應(yīng)用中，N值等于最終用戶在界面上的文本框（NTextBox）中輸入數(shù)字，假設(shè)用戶輸入3。當(dāng)程序運行到while塊時，程序中的變量如表20-4所示。

表20-4 程序運行到while塊時，各個變量的值

在第一次循環(huán)中，while塊詢問：number值小于或等于（≤）N 嗎？第一次詢問得到的結(jié)果是true，于是執(zhí)行while中的塊：total值等于它現(xiàn)在的值（0）加上number（1），number值遞增1。第一次while循環(huán)之后，各變量的值如表20-5所示。

表20-5 while中的塊完成第一次循環(huán)使用，各個變量的值

第二次循環(huán)中，繼續(xù)測試“number≤N”,結(jié)果仍然是true（2≤3），因而while內(nèi)部的塊再次運行。total值等于它自身（1）加上number（2），number繼續(xù)遞增。第二次迭代完成時，各變量的值如表20-6所示。

表20-6 兩次循環(huán)結(jié)束時，各個變量的值

程序再次返回到條件測試，這次的結(jié)果仍然是true（3≤3），于是while內(nèi)的塊第三次運行。現(xiàn)在total值為它自身（3）加上number（3），結(jié)果為6；number遞增到4，如表20-7所示。

表20-7 三次循環(huán)之后各個變量的值

在完成第三次迭代之后，程序再次返回測試“number≤N”,或“4≤3”，此時結(jié)果為false，因此while內(nèi)部的塊不再執(zhí)行，事件處理程序完成。

現(xiàn)在該知道這些塊的作用了吧？它們在做一個最基本的數(shù)學(xué)運算：數(shù)字計算。每當(dāng)用戶輸入數(shù)字，程序就給出從1到N的自然數(shù)的和，這里的N就是輸入的數(shù)。在這個例子中，我們假設(shè)用戶輸入了3，因此加和的結(jié)果是6；如果用戶輸入4，最后的結(jié)果為10。

小結(jié)

計算機擅長于做重復(fù)的事情。想象一下所有的銀行賬戶都要做利息的累計核算，所有計算學(xué)生平均績點的成績處理，以及日常生活中計算機所做的各種無計其數(shù)的重復(fù)的工作。

App Inventor 提供了兩種用于循環(huán)操作的塊。foreach塊適合于針對列表中的每一項實施一組相同的操作。與那些具體的數(shù)據(jù)相比，foreach更適合于處理抽象的列表，其編碼更具可維護性，尤其是對于動態(tài)數(shù)據(jù)來說，foreach是必需的。

與foreach相比，while則更為通用：既可以處理單個列表，也可以同步處理兩個列表，還能進行公式計算。在執(zhí)行while循環(huán)時，只要條件測試結(jié)果為真，while內(nèi)部的塊就會順次執(zhí)行；在內(nèi)部塊運行完成后，程序?qū)⒎祷夭⒅匦逻M行條件測試，直到測試結(jié)果為false，則循環(huán)結(jié)束。