Effective Java 第三版——58. for-each循环优于传统for循环

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书中的源代码地址：https://github.com/jbloch/effective-java-3e-source-code
注意，书中的有些代码里方法是基于Java 9 API中的，所以JDK 最好下载 JDK 9以上的版本。

58. for-each循环优于传统for循环

正如在条目 45中所讨论的，一些任务最好使用Stream来完成，一些任务最好使用迭代。下面是一个传统的for循环来遍历一个集合:

// Not the best way to iterate over a collection!
for (Iterator<Element> i = c.iterator(); i.hasNext(); ) {
    Element e = i.next();
    ... // Do something with e
}

下面是迭代数组的传统for循环的实例：

// Not the best way to iterate over an array!
for (int i = 0; i < a.length; i++) {
    ... // Do something with a[i]
}

这些习惯用法比while循环更好(条目 57)，但是它们并不完美。迭代器和索引变量都很混乱——你只需要元素而已。此外，它们也代表了出错的机会。迭代器在每个循环中出现三次，索引变量出现四次，这使你有很多机会使用错误的变量。如果这样做，就不能保证编译器会发现到问题。最后，这两个循环非常不同，引起了对容器类型的不必要注意，并且增加了更改该类型的小麻烦。

for-each循环(官方称为“增强的for语句”)解决了所有这些问题。它通过隐藏迭代器或索引变量来消除混乱和出错的机会。由此产生的习惯用法同样适用于集合和数组，从而简化了将容器的实现类型从一种转换为另一种的过程:

// The preferred idiom for iterating over collections and arrays
for (Element e : elements) {
    ... // Do something with e
}

当看到冒号(:)时，请将其读作“in”。因此，上面的循环读作“对于元素elements中的每个元素e”。“使用for-each循环不会降低性能，即使对于数组也是如此：它们生成的代码本质上与手工编写的代码相同。

当涉及到嵌套迭代时，for-each循环相对于传统for循环的优势甚至更大。下面是人们在进行嵌套迭代时经常犯的一个错误:

// Can you spot the bug?
enum Suit { CLUB, DIAMOND, HEART, SPADE }
enum Rank { ACE, DEUCE, THREE, FOUR, FIVE, SIX, SEVEN, EIGHT,
            NINE, TEN, JACK, QUEEN, KING }
...
static Collection<Suit> suits = Arrays.asList(Suit.values());
static Collection<Rank> ranks = Arrays.asList(Rank.values());

List<Card> deck = new ArrayList<>();
for (Iterator<Suit> i = suits.iterator(); i.hasNext(); )
    for (Iterator<Rank> j = ranks.iterator(); j.hasNext(); )
        deck.add(new Card(i.next(), j.next()));

如果没有发现这个bug，也不必感到难过。许多专业程序员都曾犯过这样或那样的错误。问题是，对于外部集合(suit)，next方法在迭代器上调用了太多次。它应该从外部循环调用，因此每花色调用一次，但它是从内部循环调用的，因此每一张牌调用一次。在suit用完之后，循环抛出NoSuchElementException异常。

如果你真的不走运，外部集合的大小是内部集合大小的倍数——也许它们是相同的集合——循环将正常终止，但它不会做你想要的。 例如，考虑这种错误的尝试，打印一对骰子的所有可能的掷法：

// Same bug, different symptom!
enum Face { ONE, TWO, THREE, FOUR, FIVE, SIX }
...
Collection<Face> faces = EnumSet.allOf(Face.class);

for (Iterator<Face> i = faces.iterator(); i.hasNext(); )
    for (Iterator<Face> j = faces.iterator(); j.hasNext(); )
        System.out.println(i.next() + " " + j.next());

该程序不会抛出异常，但它只打印6个重复的组合(从“ONE ONE”到“SIX SIX”)，而不是预期的36个组合。

要修复例子中的错误，必须在外部循环的作用域内添加一个变量来保存外部元素:

/ Fixed, but ugly - you can do better!
for (Iterator<Suit> i = suits.iterator(); i.hasNext(); ) {
    Suit suit = i.next();
    for (Iterator<Rank> j = ranks.iterator(); j.hasNext(); )
        deck.add(new Card(suit, j.next()));
}

相反，如果使用嵌套for-each循环，问题就会消失。生成的代码也尽可能地简洁:

// Preferred idiom for nested iteration on collections and arrays
for (Suit suit : suits)
    for (Rank rank : ranks)
        deck.add(new Card(suit, rank));

但是，有三种常见的情况是你不能分别使用for-each循环的:

• 有损过滤（Destructive filtering）——如果需要遍历集合，并删除指定选元素，则需要使用显式迭代器，以便可以调用其remove方法。 通常可以使用在Java 8中添加的Collection类中的removeIf方法，来避免显式遍历。

• 转换——如果需要遍历一个列表或数组并替换其元素的部分或全部值，那么需要列表迭代器或数组索引来替换元素的值。

• 并行迭代——如果需要并行地遍历多个集合，那么需要显式地控制迭代器或索引变量，以便所有迭代器或索引变量都可以同步进行(正如上面错误的card和dice示例中无意中演示的那样)。

如果发现自己处于这些情况中的任何一种，请使用传统的for循环，并警惕本条目中提到的陷阱。

for-each循环不仅允许遍历集合和数组，还允许遍历实现Iterable接口的任何对象，该接口由单个方法组成。接口定义如下：

public interface Iterable<E> {
    // Returns an iterator over the elements in this iterable
    Iterator<E> iterator();
}

如果必须从头开始编写自己的Iterator实现，那么实现Iterable会有点棘手，但是如果你正在编写表示一组元素的类型，那么你应该强烈考虑让它实现Iterable接口，甚至可以选择不让它实现Collection接口。这允许用户使用for-each循环遍历类型，他们会永远感激不尽的。

总之，for-each循环在清晰度，灵活性和错误预防方面提供了超越传统for循环的令人注目的优势，而且没有性能损失。 尽可能使用for-each循环优先于for循环。