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Python 為什么不設計 do-while 回圈結構?

2022-01-17 21:48:18 後端開發

在某些編程語言中,例如 C/C++、C#、PHP、Java、JavaScript 等等,do-while 是一種基本的回圈結構,

它的核心語意是:先執行一遍回圈體代碼,然后執行一遍條件陳述句,若條件陳述句判斷為真,則繼續執行回圈體代碼,并再次執行條件陳述句;直到條件陳述句判斷為假,則跳出回圈結構,

流程圖如下(Java 示例):

// 列印小于 20 的數字
public class Test {
   public static void main(String[] args){
      int x = 10;
      do {
         System.out.print("value of x : " + x );
         x++;
         System.out.print("\n");
      } while(x < 20);
   }
}

Python 并不支持 do-while 結構,“do”并不是一個有效的關鍵字,

那么,為什么 Python 不提供這種語法結構呢,這種現狀的背后有何種設計考量因素呢?

在回答這個問題之前,讓我們再仔細思考一下 do-while 語法可以解決什么問題,看看使用這種結構能帶來什么好處?

最顯而易見的好處是:do-while 語法保證了會先執行一遍回圈體代碼,

它的使用場景也許不多,但是,跟普通的 while 回圈或者 for 回圈語法的“條件前置”思想不同,它體現的是一種“條件后置”的編程邏輯,也是一種控制回圈的常見方式,

它們的關系似乎有點像 C/C++ 這些語言中的i++++i操作的區別,在某些特殊場合中,也許會更為高效,

除了這一特點,這種結構最大的應用場景其實是在 C/C++ 中特殊的do {...} while (0) 用法,這在很多開源專案的原始碼中都能找到蹤跡,例如 Linux、Redis 以及 CPython 解釋器,等等,

這里面的數字 0 表示布林值 False,意味著回圈只會執行一遍,然后就跳出,

這樣的寫法是不是很詭異?所謂“回圈”,一般就意味著程式體會被反復執行多次,但是,do {...} while (0) 卻偏偏只需要它執行一遍,這初看起來是有點多余啊,

這種寫法主要用在宏函式的定義中,可以解決宏代碼塊的編譯問題,使代碼按照我們的意圖而合理分塊,

另外,do {...} while (0) 結合 break 使用,還可以實作很優雅的跳轉控制效果,

在下面的示例中,步驟 1、4 和 5 要求必須執行,而步驟 2 取決于步驟 1 的執行結果,步驟 3 則取決于步驟 2 的執行結果,

do {
  // 執行步驟 1 
  if (條件1失敗) {
    break;
  }
  // 執行步驟 2 
  if (條件2失敗) {
    break;
  }
  // 執行步驟 3 
  if (條件3失敗) {
    break;
  }
} while(0);
// 執行步驟 4
// 執行步驟 5

在這種場景中,我們確實只需要按照順序執行一遍,do-while 結構很清晰,避免造成多層條件嵌套或者設定諸多額外標記的局面,

最后還有一點,在匯編層面,do-while 比 while 更接近匯編語言的邏輯,可以節省使用指令,在過去的低記憶體時代,算得上是一種優化寫法,

分析完 do-while 的好處后,讓我們回到主題:Python 為什么不需要設計 do-while 回圈語法呢?

首先,Python 離底層應用編程太遠了,就不用考慮匯編指令的優化了,同時,它也不涉及宏的使用,

至于“條件前置”和“條件后置”的區別,其實并沒有太大影響,而且,由于 Python 使用簡潔優雅的縮進加冒號語法來劃分代碼塊,導致直譯過來的 do-while 語法看起來會很怪異(注意,直譯的 while 的條件后沒有其它內容):

do:
    pass
while False

想要引入新的語法特性,必然要遵守既定的風格習慣,其它語言的 do-while 結構直譯成 Python 的話,肯定不合適,

事實上,在 2003 年時,有一個 PEP 提議給 Python 加上 do-while 語法支持:

PEP-315 Enhanced While Loop

該 PEP 提議增加一個可選的 do 子句,支持將 while 回圈擴展成這樣子:

do:
    <setup code>
while <condition>:
    <loop body>

這不是簡單地從其它語言翻譯成 Python,它的 while 陳述句后保留了 Python 的縮進用法,并不會造成直譯形式的突兀結果,

加上 while 回圈本身已支持的可選的 else 子句,因此,while 完整的語法結構是這樣的:

while_stmt : ["do" ":" suite]
            "while" expression ":" suite
            ["else" ":" suite]

(PS.在本系列的下一篇文章,我們將解釋為什么 Python 要支持 while-else 語法)

也就是說,在保持原 while 回圈語法不變的情況下,PEP-315 提議支持在 while 前面使用一個可選的 do 子句,

do 子句只會執行一遍,當它里面出現 break 時,則跳出整個 do-while 回圈;當 do 子句中出現 continue 時,則跳出 do 子句,進到 while 的條件判斷中,

有了 do 子句后,很容易就能實作 do {...} while (0) 的跳轉控制效果,

但是,這個 PEP 遭到了一些核心開發者的反對,

反對的理由是,不需要引入新的關鍵字和語法,僅使用現有語法就能很好地實作同樣的功能:

while True:
    <setup code>
    if not <condition>:
        break
    <loop body>

Python 之父 Guido van Rossum 也持反對意見,他的原話是:

Guido的回復

Please reject the PEP. More variations along these lines won't make the
language more elegant or easier to learn. They'd just save a few hasty
folks some typing while making others who have to read/maintain their code wonder what it means.

簡單翻譯一下,這種 do-while 語法并不會使 Python 更優雅好用,反而會產生閱讀/維護代碼的理解負擔,

就個人的感覺而言,我也不贊成引入 PEP-315 那種可選的 do-while 語法,雖然它比固定形式的 do-while 結構更為靈活和優雅一點,

最后稍微總結一下,do-while 作為一種常見的回圈結構,在其它語言中有所發揮,它甚至還發展出了 do {...} while (0) 的典型用法,但是,do-while 能夠解決的幾個問題要么在 Python 中并不存在(宏定義、匯編指令),要么就是已經有更為合適而低成本的實作(跳轉控制),

看完這篇文章,你是否還有其它補充的內容呢?歡迎交流討論,

如果你對 Python 語言設計相關的話題感興趣,歡迎訂閱 Github 上的《Python為什么》系列文章(https://github.com/chinesehuazhou/python-whydo)

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轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/413693.html

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