第20章 循环

计算机最擅长做的事情就是“重复”——像儿童一样不厌其烦地重复做一件事,而且重复的速度很快,可以在1毫秒内列出你的全部Facebook好友。

本章将学习如何用有限的几个块来编写可以重复执行的程序,而不必反复拷贝粘贴同一段代码;还将学习与列表有关的操作,如给电话号码列表中的每个号码发送一条短信,以及为列表项排序。通过学习,你将了解到如何用循环块来有效地简化程序。

控制程序的执行:分支及循环

图20-1 让程序循环执行的重复块

在前几章中,我们学习了用一组事件处理程序来定义应用中的行为:事件以及对事件做出响应的函数。在这些响应函数中,程序通常不是按照线性的顺序执行,有些程序块只能在满足某些条件时才能执行。

重复块是程序的另一种非线性运行方式。就像if及ifelse块让程序产生分支一样,重复块让程序循环执行,换句话说,在执行完一组指令后,重新跳回到这组指令的起点并再次运行,如图20-1所示。在应用的运行过程中,内部的计数器会跟踪即将执行的下一步操作,因此,对于整个事件处理程序来说,从头至尾的每一步操作都在程序计数器的监控之下(有条件地)完成。程序计数器随着这些重复执行的块循环,不断地重复这些功能。

在App Inventor中有两种类型的重复块:foreach及while.foreach,其作用是对列表中的每一项实施某些特定的操作,如,向电话号码列表中的每个号码发送一条短信。

块while的应用比foreach要普遍,while块中的程序块会一直重复运行,直到某个条件不再满足。while块可用于数学公式的计算,如求n个连续自然数的和,或求n的阶乘,此外,while也可以用于同时处理两个列表;foreach每次只能处理一个列表。

使用foreach对列表实施迭代

在第18章里,我们讨论了一个“随机拨号”应用。这种随机拨打朋友电话的方式有时能拨通,但如果你有一个像我这样的朋友,这种呼叫却不总是能得到应答。可以采取另一种方式,给所有列表中的朋友发短信说“想你”,然后看谁最先回复你(或许还有更令人愉快的方式!)。

这个应用可以通过点击一次按钮向多个朋友发送短信,最简单的方法是,先写好发给一个人的代码块,然后拷贝粘贴并修改接收人的电话号码,如图20-2所示。

图20-2 拷贝并粘贴向不同号码发送短信的块

如果只有少量的块,用这种“强力”的拷贝粘贴方式也还说得过去,但是像朋友列表这样的数据表会时常变化,而你不希望每次添加或删除一个电话号码,都要动手去修改程序。

块foreach提供了一个更好的解决方案,可以定义一个包括所有电话号码的列表变量phoneNumberList,然后用foreach块将发送一次短信的块包围起来,从而实现群发功能,如图20-3所示。

图20-3 使用foreach块对列表中的每一项执行同一套指令

上述代码可以解读为:

对于phoneNumberList列表中的每一项(电话号码),设置Texting对象的PhoneNumber属性为列表中的项,并发送该条短信。

对于foreach块,一个必须的参数是一个列表,它所要处理的列表,将列表插入“in list”参数插槽。此时,从phoneNumberList变量的初始化块中拖出“get global phoneNumberList”块,并插入“in list”插槽,以便为即将发送的短信提供电话号码列表。

foreach块的第一行使用了foreach自带的占位符变量,在默认情况下,变量名为item,你可以修改它,也可以就用默认值,该变量代表了列表中正在被处理的当前项。

foreach中的所有块都将对列表中的每一项执行同样的操作,其中的占位符变量(例子中的phoneNumber)始终保存的是当前正被处理的项。如果列表中有三项,则foreach中包含的块将被执行三次,这些块可以说是从属于foreach块,或处于foreach块的内部,这些内部块执行到最后一行时,我们所说的程序计数器将要循环回第一行。

循环过程详细分析

我们来详细地分析一下foreach块的运行机制,因为理解循环是编程的基础。当点击TextGroupButton时,触发事件处理程序,首先执行的是“set Texting1.Message to”块,要将短信内容设置为“想你…”,这个块只执行一次。

然后开始执行foreach块。在foreach内部块开始执行前,占位符变量item被设置为列表phoneNumberList的第一项(111-1111),这一步是自动完成的,代替了你自己使用select list item来调出列表项。在完成将列表中的第一项赋给item之后,foreach内部的块开始第一次运行,Texting1.PhoneNumber属性被设为item的值(111-1111),并发出短信。

当运行到foreach中的最后一行时(Texting1.SendMessage块),程序将循环会到foreach的首行,并自动将列表中的下一项(222-2222)设为变量item的值,然后重复操作foreach内部的两个块,即发送短信“想你…”到号码222-2222。然后程序再次循环会首行,并将item的值设为列表中的第三项(333-3333),并执行第三次重复操作,第三次发送短信。

由于列表中最后一项,即本例子中的第三项已经被处理完毕,因此foreach循环到此结束,程序将跳出循环,这意味着程序计数器将继续下移来处理foreach下面的块。在本例中,foreach之后没有块,因此整个事件处理程序结束。

书写可维护的代码

在最终用户看来,使用foreach的方法还是“强力”的拷贝粘贴法,在最终结果上并无分别,但从程序员的角度来看,foreach方法让代码有更好的可维护性,即使数据(电话号码列表)是动态输入的,程序也可以适用。

可维护软件指的是可以很容易地对软件进行修改,而不会引入程序的漏洞。使用foreach方法,一旦需要修改短信接收人,只需要修改列表变量,而丝毫不需要修改程序的逻辑(事件处理程序)。相反,采用强力的方法,如果需要添加新的接收人,则需要在事件处理程序中添加新的块。任何时候,只要你改动了程序的逻辑,都会冒带来漏洞的风险。

更重要的是,即便电话列表是动态的,即,不仅是程序员,最终用户也可以向列表中添加新的号码,foreach方法也能奏效。在我们的例子中只有三个固定的号码,而且号码直接写在了代码中,与此相比,采用动态数据的应用,其信息来源可能是最终用户,或其他来源。如果你要重新设计应用,让最终用户来输入电话号码,你就必须使用foreach方法,因为在你写程序的时候,根本无法知道会有哪些号码,因此也就无从采用强力的拷贝粘贴法。

foreach的第二个例子:显示列表

显示列表项最简单的方式就是将列表变量插入Label的Text属性,如图20-4所示。

图20-4 列表的简单显示方法:将列表直接插入label

这样做的结果是,列表项在label中显示为一行,项之间以空格分隔,整个列表被一对括号包围:(111-1111 222-2222 333-3333)。

这些号码可能显示为多行或单行,取决于号码的多少。最终用户能看到这个数据,也可能将它们当做电话号码的列表,但这样的显示方式很不美观。通常会将列表项分行显示或用逗号分隔。

为了适当地显示列表,需要将每个列表项转换为一段带格式的单独的文本。文本对象通常有字母、数字、标点符号组成,但也可能包含特殊的控制字符,它们对应一些不可见的字符,如tab被表示为t(更多关于控制字符的内容,请查阅文本表示的统一码[Unicode]标准:http://www.unicode.org/standard/standard.html)。

为了逐行显示我们的电话号码列表,需要一个换行符“n”。当“n”出现在一段文本中,意味着“到下一行来显示后面的东西”。因此文本对象“111-1111n222-2222n333-3333”将显示为:

111-1111

222-2222

333-3333

要构造出这样的文本对象,需要用到foreach块,将每个列表项附加换行符后再添加到PhoneNumberLabel.Text属性中,如图20-5所示。

图20-5 使用foreach处理列表:在每个列表项后添加换行符

我们来跟踪一下这些块的作用。在第15章中讨论过在程序运行过程中跟踪变量及属性变化的相关内容,在foreach块中,我们考虑每一次迭代之后的值,所谓一次迭代,就是foreach循环执行一次。

在foreach之前,PhoneNumberLabel的Text属性被初始化为空文本;从foreach开始,程序会自动将列表的第一项赋给占位符变量phoneNumber。然后将PhoneNumberLabel.Text、n、phoneNumber连接起来之后,再将其设为PnoneNumberLabel.Text的属性值。这样,在完成foreach的第一次迭代后,相关的变量值如表20-1所示。

表20-1 第一次foreach迭代之后的变量值
phoneNumber PhoneNumberLabel.Text
111-1111 n111-1111

此时已经是foreach内的最后一行,程序进入第二次迭代,下一个列表项(222-2222)被设为占位符变量phoneNumber的值,并重复执行foreach内部的块:将PhoneNumberLabel.Text的原值(n111-1111)与“n”及phoneNumber(此时是222-2222)连接起来。第二次迭代后,变量及属性值如表20-2所示。

表20-2 第二次foreach迭代之后的变量值
phoneNumber PhoneNumberLabel.Text
222-2222 n111-1111n222-2222

列表中的第三项被设为phoneNumber的值,第三次重复运行foreach内部的块,在完成最后一次迭代后,最终结果如表20-3所示。

表20-3 第三次foreach迭代之后的变量值
phoneNumber PhoneNumberLabel.Text
333-3333 n111-1111n222-2222n333-3333

三次迭代完成之后,label包含了所有的电话号码,文本变得很长,在foreach执行完成后,PhoneNumberLabel.Text的显示如下:

111-1111

222-2222

333-3333

用while实现迭代

循环块while的使用比foreach要稍显复杂,但while块的优势在于它的通用性:foreach可以遍历一个列表,而while可以为循环设定任意的条件。随便举个例子,假设你想给电话号码表中每隔一个人发短信,foreach则做不到,但while中可以将每次循环中index的递增值设为2。

在第18章中,条件测试的结果将返回一个值:true或false,在while-do块中也包含了一个想if块一样的条件测试。如果while测试的结果为true,程序会执行while内部的块,然后返回并再次进行条件测试。只要测试结果为true,while内部的块就会重复运行。当测试值为false时,程序将跳出循环(如同foreach中一样)并继续执行while下面的块。

使用while同步处理两个列表

关于while的更具启发性的例子中,涉及到了一种常见的情形,即,需要同步处理两个列表。例如,在总统测试(第10章)应用中,有两个分别存放问题和答案的列表,以及一个变量index来跟踪当前的问题序号。为了同时显示问题-答案对,需要同步遍历两个列表,并从两个列表中获取序号为index的项。foreach只允许遍历一个列表,但在while循环中,则可以使用index从每个列表中抓取对应的项。图20-6中显示了用while块逐行显示问题-答案对的方法。

图20-6 使用while循环逐行显示问题-答案对

由于用while替代了foreach,因而需要直接初始化index、检查是否到达列表结尾、在每次循环中选择各个列表中对应的项,并使得index递增。

使用while做公式计算

这里是使用while循环的另一个例子:与列表无关的重复操作。想想看,图20-7中的块在做什么?高水平?要想弄清楚,就要跟踪每一个块(关于程序跟踪的更多内容见第15章),随着程序的进展,跟踪每个变量的值。

图20-7 你能说出这些块的功能吗?

当变量number的值小于或等于变量N时,while中的块将重复执行。在这个应用中,N值等于最终用户在界面上的文本框(NTextBox)中输入数字,假设用户输入3。当程序运行到while块时,程序中的变量如表20-4所示。

表20-4 程序运行到while块时,各个变量的值
N number total
3 1 0

在第一次循环中,while块询问:number值小于或等于(≤)N 吗?第一次询问得到的结果是true,于是执行while中的块:total值等于它现在的值(0)加上number(1),number值递增1。第一次while循环之后,各变量的值如表20-5所示。

表20-5 while中的块完成第一次循环使用,各个变量的值
N number total
3 2 1

第二次循环中,继续测试“number≤N”,结果仍然是true(2≤3),因而while内部的块再次运行。total值等于它自身(1)加上number(2),number继续递增。第二次迭代完成时,各变量的值如表20-6所示。

表20-6 两次循环结束时,各个变量的值
N number total
3 3 3

程序再次返回到条件测试,这次的结果仍然是true(3≤3),于是while内的块第三次运行。现在total值为它自身(3)加上number(3),结果为6;number递增到4,如表20-7所示。

表20-7 三次循环之后各个变量的值
N number total
3 4 6

在完成第三次迭代之后,程序再次返回测试“number≤N”,或“4≤3”,此时结果为false,因此while内部的块不再执行,事件处理程序完成。

现在该知道这些块的作用了吧?它们在做一个最基本的数学运算:数字计算。每当用户输入数字,程序就给出从1到N的自然数的和,这里的N就是输入的数。在这个例子中,我们假设用户输入了3,因此加和的结果是6;如果用户输入4,最后的结果为10。

小结

计算机擅长于做重复的事情。想象一下所有的银行账户都要做利息的累计核算,所有计算学生平均绩点的成绩处理,以及日常生活中计算机所做的各种无计其数的重复的工作。

App Inventor 提供了两种用于循环操作的块。foreach块适合于针对列表中的每一项实施一组相同的操作。与那些具体的数据相比,foreach更适合于处理抽象的列表,其编码更具可维护性,尤其是对于动态数据来说,foreach是必需的。

与foreach相比,while则更为通用:既可以处理单个列表,也可以同步处理两个列表,还能进行公式计算。在执行while循环时,只要条件测试结果为真,while内部的块就会顺次执行;在内部块运行完成后,程序将返回并重新进行条件测试,直到测试结果为false,则循环结束。

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