使用 while 循环进行条件迭代

尽管 for 循环非常适合已知次数的迭代或遍历集合元素，但在许多情况下，你需要一个循环在某个条件为真时持续运行，而无需预先知道会进行多少次迭代。这就是 while 循环的用途。只要指定的布尔表达式结果为 true，while 循环就会重复执行一段代码。

Julia 中 while 循环的基本结构是：

while condition
    # 当条件为真时执行的代码
end

while 循环如何工作

1. 条件检查: 在循环体每次可能的执行之前，Julia 会评估 condition。这个 condition 必须是一个结果为布尔值（true 或 false）的表达式。
2. 执行：
   • 如果 condition 为 true，则执行 while...end 语句内部的代码块。
   • 代码块执行完毕后，控制返回到步骤 1，并再次检查 condition。
3. 终止：
   • 如果 condition 结果为 false（无论是初始状态还是经过若干次迭代后），循环将终止，程序继续执行 end 关键字后面的语句。

重要的是循环体内部的代码最终要使 condition 变为 false。否则，循环将永远运行，这种情况称为无限循环。

while 循环的一个简单示例

让我们看一个常见的任务：数到某个数字。虽然 for 循环可能更适合简单的计数，但 while 循环也能实现这个目的，并有助于说明其工作原理。

假设我们想打印从 1 到 3 的数字：

let
    count = 1
    while count <= 3
        println("当前计数: ", count)
        count = count + 1 # 或者 count += 1
    end
    println("循环结束！")
end

输出：

Current count: 1
Current count: 2
Current count: 3
Loop finished!

让我们来分析一下：

• count = 1: 我们将变量 count 初始化为 1。这个变量将用于我们的条件并在循环内更新。
• while count <= 3: 这是条件。
  • 第一次迭代：count 是 1。1 <= 3 为 true，所以循环体执行。
  • 第二次迭代：count 是 2。2 <= 3 为 true，所以循环体执行。
  • 第三次迭代：count 是 3。3 <= 3 为 true，所以循环体执行。
  • 第四次迭代：count 是 4。4 <= 3 为 false，所以循环终止。
• println("Current count: ", count): 这一行打印 count 的当前值。
• count = count + 1: 这是非常重要的一行。它使 count 增加。没有这一行，count 将始终保持为 1，count <= 3 将始终为 true，循环将永不结束。
• println("Loop finished!"): 这一行在循环终止后执行。

下图展示了 while 循环的一般流程：

while 循环的逻辑流程。只要指定条件结果为真，循环就会持续执行其主体。

无限循环的危险

当 while 循环的条件从不变为 false 时，就会发生无限循环。这可能在你忘记更新条件中涉及的变量时发生，或者更新逻辑从不允许条件变为假。

例如，如果我们在前一个例子中忘记了 count = count + 1 这一行：

# 警告：这是一个无限循环！
# let
#     count = 1
#     while count <= 3
#         println("这将永远打印：", count)
#         # 缺少 count = count + 1
#     end
# end

这个循环将持续打印“This will print forever: 1”，因为 count 始终保持为 1，并且 1 <= 3 始终为 true。

如果你不小心在 Julia REPL 或脚本中运行了一个无限循环，通常可以通过按 Ctrl+C 来停止它。这会向 Julia 发送一个中断信号，请求它停止当前操作。了解如何停止程序是学习循环时一项有用的技能！

实际用例：输入验证

while 循环的一个常见情况是当你需要从用户那里获取有效输入时。你不知道用户在提供可接受的数据之前会输入多少次无效数据。

假设我们需要用户输入一个正数：

function get_positive_number()
    num_str = ""
    num = -1 # 初始化为一个无效数字

    while num <= 0
        print("请输入一个正数: ")
        num_str = readline()
        try
            num = parse(Float64, num_str)
            if num <= 0
                println("不是正数。请再试一次。")
            end
        catch e
            println("无效输入。请输入一个数字。")
            num = -1 # 重置以确保循环继续
        end
    end
    println("你输入了: ", num)
    return num
end

# 示例调用（取消注释以在脚本或 REPL 中运行）
# user_number = get_positive_number()

在这个例子中：

• 循环在 num <= 0 时持续运行。
• 在循环内部，我们提示用户，读取他们的输入，并尝试将其解析为数字。
• 如果输入不是数字或不是正数，则会打印一条提示信息，并且 num 保持 num <= 0 为 true 的状态，导致循环重复。
• 只有当输入一个正数时，num 才会大于 0，使 num <= 0 变为 false，循环终止。

结合 break 的 while true 循环

有时，退出循环的条件更自然地在循环体中间或末尾检查，而不是在最开始。在这种情况下，一种常见模式是使用 while true，然后结合 if 语句和 break 关键字来退出循环。正如你在“修改循环行为：break 和 continue”一节中了解到的，break 会立即终止其所在的最近的循环。

示例：模拟在特定事件发生时停止的过程。

let
    attempts = 0
    while true # 无限循环直到中断
        attempts += 1
        println("尝试次数: ", attempts)
        
        # 模拟某个条件或事件
        if attempts >= 5
            println("达到目标或最大尝试次数。正在退出。")
            break # 退出 while 循环
        end
        
        # 模拟一些工作
        # sleep(0.5) # 暂停 0.5 秒，需要引入 Dates 模块
        println("...处理中...")
    end
    println("循环在 ", attempts, " 次尝试后结束。")
end

这个循环被设置为永远运行（while true），但内部的 if attempts >= 5 条件使用 break 提供了一个退出点。如果主循环逻辑复杂且退出条件依赖于循环体内部计算的中间结果，这种方式可以使代码更清晰。

for 和 while 之间的选择

for 循环和 while 循环之间的选择通常取决于你是否提前知道迭代次数：

• 使用 for 循环：

  • 当你需要遍历序列时（例如范围 1:5、数组或字符串中的字符）。
  • 当迭代次数在循环开始前是固定的或确定的。

• 使用 while 循环：

  • 当迭代次数预先不知道且取决于执行期间变化的条件时。
  • 对于从文件中读取直到文件末尾、等待满足特定条件的用户输入，或者实现重复直到达到某种状态的算法等任务。

了解 while 循环为你的 Julia 编程工具集增加了一个强大的工具，允许你根据动态条件控制程序流程。这对于编写能有效响应不断变化的状态或输入的程序来说非常重要。