Swift基础之控制流

一、引言

Swift 提供了类似其他语言的流程控制结构,包括可以多次执行任务的 for 和 while 循环,基于特定条件选择执行不同代码分支的 if 和 switch 语句,还有控制流程跳转到其他代码的 break和 continue 语句。除了 C 语言里面传统的 for 条件递增(for-condition-increment)循环,Swift 还增加了for-in 循环,用来更简单地遍历数组(array),字典(dictionary),区间(range),字符串(string)和其他序列类型。

Swift 的 switch 语句比 C 语言中更加强大。在 其他语言中,如果某个 case 不小心漏写了 break,这个 case 就会贯穿(fallthrough)至下一个 case,Swift 无需写break,所以不会发生这种贯穿(fallthrough)的情况。case 还可以匹配更多的类型模式,包括区间匹配(range matching),元组(tuple)和特定类型的描述。switch的 case 语句中匹配的值可以是由 case 体内部临时的常量或者变量决定,也可以由 where 分句描述更复杂的匹配条件。

二、For 循环

For循环用来按照指定的次数多次执行一系列语句。Swift 提供两种for循环形式:

  • for-in用来遍历一个区间(range),序列(sequence),集合(collection),系列(progression)里面所有的元素执行一系列语句
  • for条件递增(for-condition-increment)语句,用来重复执行一系列语句直到达成特定条件达成,一般通过在每次循环完成后增加计数器的值来实现

2.1 For-In

使用for-in循环来遍历一个集合里面的所有元素,例如由数字表示的区间、数组中的元素、字符串中的字符。

下面的例子用来输出乘 5 乘法表前面一部分内容:

for index in 1...5 {
    println("\(index) times 5 is \(index * 5)")
}
// 1 times 5 is 5
// 2 times 5 is 10
// 3 times 5 is 15
// 4 times 5 is 20
// 5 times 5 is 25

例子中用来进行遍历的元素是一组使用闭区间操作符(…)表示的从1到5的数字。index 被赋值为闭区间中的第一个数字(1),然后循环中的语句被执行一次。在本例中,这个循环只包含一个语句,用来输出当前 index 值所对应的乘 5 乘法表结果。该语句执行后,index 的值被更新为闭区间中的第二个数字(2),之后 println 方法会再执行一次。整个过程会进行到闭区间结尾为止。

上面的例子中,index 是一个每次循环遍历开始时被自动赋值的常量。这种情况下,index 在使用前不需要声明,只需要将它包含在循环的声明中,就可以对其进行隐式声明,而无需使用 let 关键字声明。

注意:
index 常量只存在于循环的生命周期里。如果你想在循环完成后访问 index 的值,又或者想让 index 成为一个变量而不是常量,你必须在循环之前自己进行声明。

如果你不需要知道区间内每一项的值,你可以使用下划线(_)替代变量名来忽略对值的访问:

let base = 3
let power = 10
var answer = 1
for _ in 1...power {
    answer *= base
}
println("\(base) to the power of \(power) is \(answer)")
// 输出 "3 to the power of 10 is 59049"

这个例子计算 base 这个数的 power 次幂(本例中,是3的10次幂),从1(3的0次幂)开始做3的乘法, 进行10次,使用1到10的闭区间循环。这个计算并不需要知道每一次循环中计数器具体的值,只需要执行了正确的循环次数即可。下划线符号_(替代循环中的变量)能够忽略具体的值,并且不提供循环遍历时对值的访问。

使用 for-in 遍历一个数组所有元素:

let names = ["Anna", "Alex", "Brian", "Jack"]
for name in names {
    println("Hello, \(name)!")
}
// Hello, Anna!
// Hello, Alex!
// Hello, Brian!
// Hello, Jack!

你也可以通过遍历一个字典来访问它的键值对(key-value pairs)。遍历字典时,字典的每项元素会以(key, value)元组的形式返回,你可以在for-in循环中使用显式的常量名称来解读(key, value)元组。下面的例子中,字典的键(key)解读为常量animalName,字典的值会被解读为常量legCount:

let numberOfLegs = ["spider": 8, "ant": 6, "cat": 4]
for (animalName, legCount) in numberOfLegs {
    println("\(animalName)s have \(legCount) legs")
}
// spiders have 8 legs
// ants have 6 legs
// cats have 4 legs

字典元素的遍历顺序和插入顺序可能不同,字典的内容在内部是无序的,所以遍历元素时不能保证顺序。关于数组和字典,详情参见集合类型。

除了数组和字典,你也可以使用for-in循环来遍历字符串中的字符(Character):


for character in "Hello" { println(character) } // H // e // l // l // o

2.2 For条件递增(for-condition-increment)

除了for-in循环,Swift 提供使用条件判断和递增方法的标准 C 样式for循环:

for var index = 0; index < 3; ++index {
    println("index is \(index)")
}
// index is 0
// index is 1
// index is 2

下面是一般情况下这种循环方式的格式:

for initialization; condition; increment {
statements
}

和 C 语言中一样,分号将循环的定义分为 3 个部分,不同的是,Swift 不需要使用圆括号将“initialization; condition; increment”包括起来。

这个循环执行流程如下:

  • 循环首次启动时,初始化表达式(initialization expression)被调用一次,用来初始化循环所需的所有常量和变量
  • 条件表达式(condition expression)被调用,如果表达式调用结果为false,循环结束,继续执行for循环关闭大括号 (})之后的代码。如果表达式调用结果为true,则会执行大括号内部的代码(statements)
  • 执行所有语句(statements)之后,执行递增表达式(increment expression)。通常会增加或减少计数器的值,或者根据语句(statements)输出来修改某一个初始化的变量。当递增表达式运行完成后,重复执行第 2 步,条件表达式会再次执行

上述描述和循环格式等同于:

initialization
while condition {
statements
increment
}

在初始化表达式中声明的常量和变量(比如var index = 0)只在for循环的生命周期里有效。如果想在循环结束后访问index的值,你必须要在循环生命周期开始前声明index。

var index: Int
for index = 0; index < 3; ++index {
    println("index is \(index)")
}
// index is 0
// index is 1
// index is 2
println("The loop statements were executed \(index) times")
// 输出 "The loop statements were executed 3 times

注意 index 在循环结束后最终的值是3而不是2。最后一次调用递增表达式 ++index 会将 index 设置为3,从而导致 index < 3条件为 false,并终止循环。

三、While 循环

while循环运行一系列语句直到条件变成false。这类循环适合使用在第一次迭代前迭代次数未知的情况下。Swift 提供两种while循环形式:

  • while循环,每次在循环开始时计算条件是否符合
  • do-while循环,每次在循环结束时计算条件是否符合

3.1 While

while循环从计算单一条件开始。如果条件为true,会重复运行一系列语句,直到条件变为false。

下面是一般情况下 while 循环格式:

while condition {
statements
}

while 循环比较适合本例中的这种情况,因为在 while 循环开始时,我们并不知道游戏的长度或者循环的次数,只有在达成指定条件时循环才会结束。

3.2 Do-While

while 循环的另外一种形式是 do-while,它和 while 的区别是在判断循环条件之前,先执行一次循环的代码块,然后重复循环直到条件为 false。

下面是一般情况下 do-while 循环的格式:

do {
statements
} while condition

循环条件(while square < finalSquare)和 while 方式相同,但是只会在循环结束后进行计算。在这个游戏中,do-while 表现得比 while 循环更好。do-while 方式会在条件判断 square 没有超出后直接运行 square += board[square],这种方式可以去掉while版本中的数组越界判断。

四、条件语句

根据特定的条件执行特定的代码通常是十分有用的,例如:当错误发生时,你可能想运行额外的代码;或者,当输入的值太大或太小时,向用户显示一条消息等。要实现这些功能,你就需要使用条件语句。

Swift 提供两种类型的条件语句:

  • if语句
  • switch语句

通常,当条件较为简单且可能的情况很少时,使用if语句。而 switch 语句更适用于条件较复杂、可能情况较多且需要用到模式匹配(pattern-matching)的情境。

4.1 If

if 语句最简单的形式就是只包含一个条件,当且仅当该条件为 true 时,才执行相关代码:

var temperatureInFahrenheit = 30
if temperatureInFahrenheit <= 32 {
    println("It's very cold. Consider wearing a scarf.")
}
// 输出 "It's very cold. Consider wearing a scarf."

上面的例子会判断温度是否小于等于 32 华氏度(水的冰点)。如果是,则打印一条消息;否则,不打印任何消息,继续执行if块后面的代码。

当然,if 语句允许二选一,也就是当条件为 false 时,执行 else 语句:

temperatureInFahrenheit = 40
if temperatureInFahrenheit <= 32 {
    println("It's very cold. Consider wearing a scarf.")
} else {
    println("It's not that cold. Wear a t-shirt.")
}
// 输出 "It's not that cold. Wear a t-shirt."

显然,这两条分支中总有一条会被执行。由于温度已升至 40 华氏度,不算太冷,没必要再围围巾——因此,else 分支就被触发了。

你可以把多个 if 语句链接在一起,像下面这样:

temperatureInFahrenheit = 90
if temperatureInFahrenheit <= 32 {
    println("It's very cold. Consider wearing a scarf.")
} else if temperatureInFahrenheit >= 86 {
    println("It's really warm. Don't forget to wear sunscreen.")
} else {
    println("It's not that cold. Wear a t-shirt.")
}
// 输出 "It's really warm. Don't forget to wear sunscreen."

在上面的例子中,额外的 if 语句用于判断是不是特别热。而最后的 else 语句被保留了下来,用于打印既不冷也不热时的消息。

实际上,最后的else语句是可选的:

temperatureInFahrenheit = 72
if temperatureInFahrenheit <= 32 {
    println("It's very cold. Consider wearing a scarf.")
} else if temperatureInFahrenheit >= 86 {
    println("It's really warm. Don't forget to wear sunscreen.")
}

在这个例子中,由于既不冷也不热,所以不会触发if或else if分支,也就不会打印任何消息。

4.2 Switch

switch 语句会尝试把某个值与若干个模式(pattern)进行匹配。根据第一个匹配成功的模式,switch 语句会执行对应的代码。当有可能的情况较多时,通常用 switch 语句替换 if 语句。

switch 语句最简单的形式就是把某个值与一个或若干个相同类型的值作比较:

switch some value to consider {
case value 1:
respond to value 1
case value 2,
value 3:
respond to value 2 or 3
default:
otherwise, do something else
}

switch 语句都由多个 case 构成。为了匹配某些更特定的值,Swift 提供了几种更复杂的匹配模式,这些模式将在本节的稍后部分提到。

每一个 case 都是代码执行的一条分支,这与if语句类似。与之不同的是,switch 语句会决定哪一条分支应该被执行。

switch 语句必须是完备的。这就是说,每一个可能的值都必须至少有一个 case 分支与之对应。在某些不可能涵盖所有值的情况下,你可以使用默认(default)分支满足该要求,这个默认分支必须在switch语句的最后面。

下面的例子使用switch语句来匹配一个名为someCharacter的小写字符:

let someCharacter: Character = "e"
switch someCharacter {
case "a", "e", "i", "o", "u":
    println("\(someCharacter) is a vowel")
case "b", "c", "d", "f", "g", "h", "j", "k", "l", "m", "n", "p", "q", "r", "s", "t", "v", "w", "x", "y", "z":
    println("\(someCharacter) is a consonant")
default:
    println("\(someCharacter) is not a vowel or a consonant")
}
// 输出 "e is a vowel"

在这个例子中,第一个 case 分支用于匹配五个元音,第二个 case 分支用于匹配所有的辅音。

由于为其它可能的字符写 case 分支没有实际的意义,因此在这个例子中使用了默认分支来处理剩下的既不是元音也不是辅音的字符——这就保证了switch语句的完备性。

4.3 不存在隐式的贯穿(No Implicit Fallthrough)

与 C 语言中的switch语句不同,在 Swift 中,当匹配的 case 分支中的代码执行完毕后,程序会终止 switch 语句,而不会继续执行下一个 case 分支。这也就是说,不需要在 case 分支中显式地使用 break 语句。这使得 switch 语句更安全、更易用,也避免了因忘记写 break 语句而产生的错误。

注意:
你依然可以在 case 分支中的代码执行完毕前跳出,详情请参考 Switch 语句中的 break。

每一个 case 分支都必须包含至少一条语句。像下面这样书写代码是无效的,因为第一个 case 分支是空的:

let anotherCharacter: Character = "a"
switch anotherCharacter {
case "a":
case "A":
    println("The letter A")
default:
    println("Not the letter A")
}
// this will report a compile-time error

不像 C 语言里的switch语句,在 Swift 中,switch语句不会同时匹配”a”和”A”。相反的,上面的代码会引起编译期错误:case “a”: does not contain any executable statements——这就避免了意外地从一个 case 分支贯穿到另外一个,使得代码更安全、也更直观。

一个 case 也可以包含多个模式,用逗号把它们分开(如果太长了也可以分行写):

switch some value to consider {
case value 1,
value 2:
statements
}

注意:
如果想要贯穿至特定的 case 分支中,请使用fallthrough语句,详情请参考贯穿(Fallthrough)。

4.4 区间匹配(Range Matching)

case 分支的模式也可以是一个值的区间。下面的例子展示了如何使用区间匹配来输出任意数字对应的自然语言格式:

let count = 3_000_000_000_000
let countedThings = "stars in the Milky Way"
var naturalCount: String
switch count {
case 0:
    naturalCount = "no"
case 1...3:
    naturalCount = "a few"
case 4...9:
    naturalCount = "several"
case 10...99:
    naturalCount = "tens of"
case 100...999:
    naturalCount = "hundreds of"
case 1000...999_999:
    naturalCount = "thousands of"
default:
    naturalCount = "millions and millions of"
}
println("There are \(naturalCount) \(countedThings).")
// 输出 "There are millions and millions of stars in the Milky Way."

4.5 元组(Tuple)

可以使用元组在同一个 switch 语句中测试多个值。元组中的元素可以是值,也可以是区间。另外,使用下划线(_)来匹配所有可能的值。

下面的例子展示了如何使用一个(Int, Int)类型的元组来分类下图中的点(x, y):

let somePoint = (1, 1)
switch somePoint {
case (0, 0):
    println("(0, 0) is at the origin")
case (_, 0):
    println("(\(somePoint.0), 0) is on the x-axis")
case (0, _):
    println("(0, \(somePoint.1)) is on the y-axis")
case (-2...2, -2...2):
    println("(\(somePoint.0), \(somePoint.1)) is inside the box")
default:
    println("(\(somePoint.0), \(somePoint.1)) is outside of the box")
}
// 输出 "(1, 1) is inside the box"

在上面的例子中,switch语句会判断某个点是否是原点(0, 0),是否在红色的x轴上,是否在黄色y轴上,是否在一个以原点为中心的4×4的矩形里,或者在这个矩形外面。

不像 C 语言,Swift 允许多个 case 匹配同一个值。实际上,在这个例子中,点(0, 0)可以匹配所有四个 case。但是,如果存在多个匹配,那么只会执行第一个被匹配到的 case 分支。考虑点(0, 0)会首先匹配case (0, 0),因此剩下的能够匹配(0, 0)的 case 分支都会被忽视掉。

4.6 值绑定(Value Bindings)

case 分支的模式允许将匹配的值绑定到一个临时的常量或变量,这些常量或变量在该 case 分支里就可以被引用了——这种行为被称为值绑定(value binding)。

下面的例子展示了如何在一个(Int, Int)类型的元组中使用值绑定来分类下图中的点(x, y):

let anotherPoint = (2, 0)
switch anotherPoint {
case (let x, 0):
    println("on the x-axis with an x value of \(x)")
case (0, let y):
    println("on the y-axis with a y value of \(y)")
case let (x, y):
    println("somewhere else at (\(x), \(y))")
}
// 输出 "on the x-axis with an x value of 2"

在上面的例子中,switch语句会判断某个点是否在红色的x轴上,是否在黄色y轴上,或者不在坐标轴上。

这三个 case 都声明了常量x和y的占位符,用于临时获取元组anotherPoint的一个或两个值。第一个 case ——case (let x, 0)将匹配一个纵坐标为0的点,并把这个点的横坐标赋给临时的常量x。类似的,第二个 case ——case (0, let y)将匹配一个横坐标为0的点,并把这个点的纵坐标赋给临时的常量y。

一旦声明了这些临时的常量,它们就可以在其对应的 case 分支里引用。在这个例子中,它们用于简化println的书写。

请注意,这个switch语句不包含默认分支。这是因为最后一个 case ——case let(x, y)声明了一个可以匹配余下所有值的元组。这使得switch语句已经完备了,因此不需要再书写默认分支。

在上面的例子中,x和y是常量,这是因为没有必要在其对应的 case 分支中修改它们的值。然而,它们也可以是变量——程序将会创建临时变量,并用相应的值初始化它。修改这些变量只会影响其对应的 case 分支。

4.7 Where

case 分支的模式可以使用 where 语句来判断额外的条件。

下面的例子把下图中的点(x, y)进行了分类:

let yetAnotherPoint = (1, -1)
switch yetAnotherPoint {
case let (x, y) where x == y:
    println("(\(x), \(y)) is on the line x == y")
case let (x, y) where x == -y:
    println("(\(x), \(y)) is on the line x == -y")
case let (x, y):
    println("(\(x), \(y)) is just some arbitrary point")
}
// 输出 "(1, -1) is on the line x == -y"

在上面的例子中,switch语句会判断某个点是否在绿色的对角线x == y上,是否在紫色的对角线x == -y上,或者不在对角线上。

这三个 case 都声明了常量x和y的占位符,用于临时获取元组 yetAnotherPoint 的两个值。这些常量被用作 where 语句的一部分,从而创建一个动态的过滤器(filter)。当且仅当 where 语句的条件为 true 时,匹配到的 case 分支才会被执行。

就像是值绑定中的例子,由于最后一个 case 分支匹配了余下所有可能的值,switch 语句就已经完备了,因此不需要再书写默认分支。

五、控制转移语句(Control Transfer Statements)

控制转移语句改变你代码的执行顺序,通过它你可以实现代码的跳转。Swift有四种控制转移语句:

  • continue
  • break
  • fallthrough
  • return

我们将会在下面讨论continue、break和fallthrough语句。return语句将会在函数章节讨论。

5.1 Continue

continue 语句告诉一个循环体立刻停止本次循环迭代,重新开始下次循环迭代。就好像在说“本次循环迭代我已经执行完了”,但是并不会离开整个循环体。

注意:
在一个for条件递增(for-condition-increment)循环体中,在调用continue语句后,迭代增量仍然会被计算求值。循环体继续像往常一样工作,仅仅只是循环体中的执行代码会被跳过。

下面的例子把一个小写字符串中的元音字母和空格字符移除,生成了一个含义模糊的短句:

let puzzleInput = "great minds think alike"
var puzzleOutput = ""
for character in puzzleInput {
    switch character {
    case "a", "e", "i", "o", "u", " ":
        continue
    default:
        puzzleOutput.append(character)
    }
}
println(puzzleOutput)
// 输出 "grtmndsthnklk"

在上面的代码中,只要匹配到元音字母或者空格字符,就调用continue语句,使本次循环迭代结束,从新开始下次循环迭代。这种行为使switch匹配到元音字母和空格字符时不做处理,而不是让每一个匹配到的字符都被打印。

5.2 Break

break语句会立刻结束整个控制流的执行。当你想要更早的结束一个switch代码块或者一个循环体时,你都可以使用break语句。

循环语句中的 break

当在一个循环体中使用break时,会立刻中断该循环体的执行,然后跳转到表示循环体结束的大括号(})后的第一行代码。不会再有本次循环迭代的代码被执行,也不会再有下次的循环迭代产生。

Switch 语句中的 break

当在一个switch代码块中使用break时,会立即中断该switch代码块的执行,并且跳转到表示switch代码块结束的大括号(})后的第一行代码。

这种特性可以被用来匹配或者忽略一个或多个分支。因为 Swift 的switch需要包含所有的分支而且不允许有为空的分支,有时为了使你的意图更明显,需要特意匹配或者忽略某个分支。那么当你想忽略某个分支时,可以在该分支内写上break语句。当那个分支被匹配到时,分支内的break语句立即结束switch代码块。

注意:
当一个switch分支仅仅包含注释时,会被报编译时错误。注释不是代码语句而且也不能让switch分支达到被忽略的效果。你总是可以使用break来忽略某个分支。

下面的例子通过switch来判断一个Character值是否代表下面四种语言之一。为了简洁,多个值被包含在了同一个分支情况中。

let numberSymbol: Character = "三"  // 简体中文里的数字 3
var possibleIntegerValue: Int?
switch numberSymbol {
case "1", "١", "一", "๑":
    possibleIntegerValue = 1
case "2", "٢", "二", "๒":
    possibleIntegerValue = 2
case "3", "٣", "三", "๓":
    possibleIntegerValue = 3
case "4", "٤", "四", "๔":
    possibleIntegerValue = 4
default:
    break
}
if let integerValue = possibleIntegerValue {
    println("The integer value of \(numberSymbol) is \(integerValue).")
} else {
    println("An integer value could not be found for \(numberSymbol).")
}
// 输出 "The integer value of 三 is 3."

这个例子检查numberSymbol是否是拉丁,阿拉伯,中文或者泰语中的1到4之一。如果被匹配到,该switch分支语句给Int?类型变量possibleIntegerValue设置一个整数值。

当switch代码块执行完后,接下来的代码通过使用可选绑定来判断possibleIntegerValue是否曾经被设置过值。因为是可选类型的缘故,possibleIntegerValue有一个隐式的初始值nil,所以仅仅当possibleIntegerValue曾被switch代码块的前四个分支中的某个设置过一个值时,可选的绑定将会被判定为成功。

在上面的例子中,想要把Character所有的的可能性都枚举出来是不现实的,所以使用default分支来包含所有上面没有匹配到字符的情况。由于这个default分支不需要执行任何动作,所以它只写了一条break语句。一旦落入到default分支中后,break语句就完成了该分支的所有代码操作,代码继续向下,开始执行if let语句。

5.3 贯穿(Fallthrough)

Swift 中的switch不会从上一个 case 分支落入到下一个 case 分支中。相反,只要第一个匹配到的 case 分支完成了它需要执行的语句,整个switch代码块完成了它的执行。相比之下,C 语言要求你显示的插入break语句到每个switch分支的末尾来阻止自动落入到下一个 case 分支中。Swift 的这种避免默认落入到下一个分支中的特性意味着它的switch 功能要比 C 语言的更加清晰和可预测,可以避免无意识地执行多个 case 分支从而引发的错误。

如果你确实需要 C 风格的贯穿(fallthrough)的特性,你可以在每个需要该特性的 case 分支中使用fallthrough关键字。下面的例子使用fallthrough来创建一个数字的描述语句。

let integerToDescribe = 5
var description = "The number \(integerToDescribe) is"
switch integerToDescribe {
case 2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19:
    description += " a prime number, and also"
    fallthrough
default:
    description += " an integer."
}
println(description)
// 输出 "The number 5 is a prime number, and also an integer."

这个例子定义了一个 String 类型的变量 description 并且给它设置了一个初始值。函数使用 switch 逻辑来判断 integerToDescribe 变量的值。当 integerToDescribe 的值属于列表中的质数之一时,该函数添加一段文字在 description 后,来表明这个是数字是一个质数。然后它使用 fallthrough 关键字来“贯穿”到 default 分支中。default 分支添加一段额外的文字在description 的最后,至此 switch 代码块执行完了。

如果 integerToDescribe 的值不属于列表中的任何质数,那么它不会匹配到第一个 switch 分支。而这里没有其他特别的分支情况,所以 integerToDescribe 匹配到包含所有的 default 分支中。

当 switch 代码块执行完后,使用 println 函数打印该数字的描述。在这个例子中,数字5被准确的识别为了一个质数。

注意:
fallthrough关键字不会检查它下一个将会落入执行的 case 中的匹配条件。fallthrough简单地使代码执行继续连接到下一个 case 中的执行代码,这和 C 语言标准中的switch语句特性是一样的。fallthrough关键字不会检查它下一个将会落入执行的 case 中的匹配条件。fallthrough简单地使代码执行继续连接到下一个 case 中的执行代码,这和 C 语言标准中的switch语句特性是一样的。