حلقة for في C#: الصياغة والعدّ التنازلي والحلقات المتداخلة والأفخاخ

تكرّر حلقة for كتلة ما دام الشرط صحيحًا، مع كتابة التهيئة والخطوة في ترويسة الحلقة. هي الحلقة التي تستخدمها حين تعدّ: عدد ثابت من التكرارات، أو كل فهرس في مصفوفة.

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        for (int i = 1; i <= 5; i++)
        {
            Console.WriteLine($"Lap {i} of 5");
        }
    }
}

المخرجات:

Lap 1 of 5
Lap 2 of 5
Lap 3 of 5
Lap 4 of 5
Lap 5 of 5

كيف تُنفَّذ الأجزاء الثلاثة

تُنفَّذ for (initializer; condition; iterator) بترتيب ثابت:

1. يُنفَّذ المهيّئ (int i = 1) مرة واحدة، قبل أي شيء آخر.
2. يُفحص الشرط (i <= 5). إن كان false تنتهي الحلقة ولا يُنفَّذ الجسم مرة أخرى.
3. يُنفَّذ الجسم.
4. يُنفَّذ المكرِّر (i++)، ثم يعود التحكم إلى الخطوة 2.

ولأن الشرط يُفحص قبل كل تكرار، يمكن لحلقة for أن تعمل صفر مرات: لا تدخل for (int i = 10; i < 5; i++) جسمها أبدًا. تتصرف الحلقة أعلاه مثل حلقة while هذه:

int i = 1;
while (i <= 5)
{
    Console.WriteLine($"Lap {i} of 5");
    i++;
}

يختلف الشكلان في تفصيل واحد: continue داخل جسم for ما زالت تنفّذ المكرِّر، بينما في نسخة while هذه ستقفز فوق i++، فتختبر الحلقة i نفسها مجددًا وقد تدور إلى الأبد. المتغيّر المصرّح به في المهيّئ لا يوجد إلا داخل الحلقة. إن احتجت إلى قيمته الأخيرة بعدها فصرّح به قبل الحلقة: int i; for (i = 0; ...; i++) { }.

العدّ التنازلي والقفز بخطوات

يمكن للمكرِّر أن يكون أي تعبير. أنقص للعدّ التنازلي، أو أضف أكثر من واحد للقفز، أو اضرب لمتتالية هندسية:

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        for (int t = 3; t >= 1; t--)
            Console.Write($"{t}... ");
        Console.WriteLine("liftoff");

        for (int minute = 0; minute < 60; minute += 15)
            Console.Write($" {minute:D2}");
        Console.WriteLine();

        for (int size = 1; size <= 1000; size *= 10)
            Console.Write($" {size}");
        Console.WriteLine();
    }
}

المخرجات:

3... 2... 1... liftoff
 00 15 30 45
 1 10 100 1000

تأكّد أن المكرِّر يتحرك نحو جعل الشرط false. تعدّ for (int i = 0; i < 10; i--) بعيدًا عن 10 ولا تتوقف إلا حين تلتفّ i بعد ملياري تكرار.

المرور على مصفوفة بالفهرس

تكشف المصفوفات Length، والقوائم Count، والفهارس الصالحة من 0 حتى أقل منها بواحد. يمنحك الفهرس ما لا تمنحه foreach: الوصول إلى الموضع والجيران وإمكانية الكتابة في العنصر.

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        decimal[] prices = { 19.99m, 5.00m, 42.50m, 8.25m };

        for (int i = 0; i < prices.Length; i++)
        {
            prices[i] = prices[i] * 0.9m;          // 10% off, written back
        }

        for (int i = 0; i < prices.Length; i++)
        {
            Console.WriteLine($"#{i + 1}: {prices[i]:F2}");
        }

        for (int i = 1; i < prices.Length; i++)
        {
            string trend = prices[i] > prices[i - 1] ? "up" : "down";
            Console.WriteLine($"item {i} vs item {i - 1}: {trend}");
        }
    }
}

المخرجات:

#1: 17.99
#2: 4.50
#3: 38.25
#4: 7.43
item 1 vs item 0: down
item 2 vs item 1: up
item 3 vs item 2: down

تبدأ الحلقة الأخيرة من 1 لأنها تقارن كل عنصر بالذي قبله. تغطي صفحة المصفوفات إنشاء المصفوفات نفسها وفرزها ونسخها.

عدة متغيّرات للحلقة

يمكن للمهيّئ أن يصرّح بعدة متغيّرات من النوع نفسه، ويمكن للمكرِّر أن يحدّث عدة متغيّرات، مفصولة بفواصل. الاستخدام التقليدي فهرسان يسيران أحدهما نحو الآخر:

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        char[] word = "racecar".ToCharArray();
        bool palindrome = true;

        for (int left = 0, right = word.Length - 1; left < right; left++, right--)
        {
            if (word[left] != word[right])
            {
                palindrome = false;
                break;
            }
        }

        Console.WriteLine($"racecar is a palindrome: {palindrome}");

        int[] scores = { 3, 8, 1, 9 };
        for (int i = 0, j = scores.Length - 1; i < j; i++, j--)
        {
            int tmp = scores[i];
            scores[i] = scores[j];
            scores[j] = tmp;
        }
        Console.WriteLine(string.Join(", ", scores));
    }
}

المخرجات:

racecar is a palindrome: True
9, 1, 8, 3

يجب أن يشترك المتغيّران في نوع واحد في تصريح واحد: int left = 0, right = 10 تعمل، وint i = 0, string s = "" لا تعمل.

الحلقات المتداخلة

الحلقة داخل حلقة تنفّذ نطاقها كله مرة لكل تكرار من الحلقة الخارجية. الجداول والشبكات هي الحالة النموذجية:

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        for (int row = 1; row <= 4; row++)
        {
            for (int col = 1; col <= 4; col++)
            {
                Console.Write((row * col).ToString().PadLeft(4));
            }
            Console.WriteLine();
        }
    }
}

المخرجات:

   1   2   3   4
   2   4   6   8
   3   6   9  12
   4   8  12  16

يُنفَّذ الجسم الداخلي 16 مرة (4 × 4). التداخل يضاعف العمل بسرعة: حلقتان متداخلتان على 10,000 عنصر لكل منهما تعني 100 مليون تكرار. وbreak في الحلقة الداخلية لا تغادر إلا الحلقة الداخلية؛ وتُظهر صفحة break وcontinue كيف تغادر الاثنتين.

الحلقات اللانهائية: for(;;)

الأجزاء الثلاثة في الترويسة كلها اختيارية. دون شرط تعمل الحلقة حتى يغادرها شيء من داخلها:

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        int balance = 100;
        int month = 0;

        for (;;)
        {
            month++;
            balance -= 30;
            if (balance < 0)
            {
                Console.WriteLine($"Overdrawn in month {month}: {balance}");
                break;
            }
            Console.WriteLine($"Month {month}: {balance} left");
        }
    }
}

المخرجات:

Month 1: 70 left
Month 2: 40 left
Month 3: 10 left
Overdrawn in month 4: -20

تُترجم for (;;) وwhile (true) إلى الشيء نفسه؛ اختر ما تستخدمه قاعدة شيفرتك.

أخطاء الإزاحة بواحد

أشيع خطأ في for شرط يتجاوز بخطوة واحدة:

using System;

class Program
{
    static void Main()
    {
        string[] names = { "Ada", "Grace", "Linus" };

        try
        {
            for (int i = 0; i <= names.Length; i++)     // bug: <= instead of <
            {
                Console.WriteLine(names[i]);
            }
        }
        catch (IndexOutOfRangeException e)
        {
            Console.WriteLine($"{e.GetType().Name} at index {names.Length}");
        }
    }
}

المخرجات:

Ada
Grace
Linus
IndexOutOfRangeException at index 3

لمصفوفة من 3 عناصر الفهارس 0 و1 و2، فالشرط الصحيح i < names.Length. والخطأ المقابل هو العدّ التنازلي بـ i > 0، الذي لا يزور الفهرس 0 أبدًا. وعلى List<T> يرمي الخطأ نفسه ArgumentOutOfRangeException بدلًا من ذلك.

حذف العناصر أثناء المرور

الحذف من List<T> داخل حلقة تسير للأمام يزيح كل عنصر لاحق موضعًا واحدًا للخلف، فتتخطّى الحلقة العنصر الذي يلي كل حذف مباشرة:

using System;
using System.Collections.Generic;

class Program
{
    static void Main()
    {
        var stock = new List<int> { 5, 0, 0, 3, 0, 7 };
        for (int i = 0; i < stock.Count; i++)
        {
            if (stock[i] == 0) stock.RemoveAt(i);
        }
        Console.WriteLine("forward:  " + string.Join(", ", stock));

        stock = new List<int> { 5, 0, 0, 3, 0, 7 };
        for (int i = stock.Count - 1; i >= 0; i--)
        {
            if (stock[i] == 0) stock.RemoveAt(i);
        }
        Console.WriteLine("backward: " + string.Join(", ", stock));
    }
}

المخرجات:

forward:  5, 0, 3, 7
backward: 5, 3, 7

تركت الحلقة الأمامية 0 خلفها: بعد حذف الفهرس 1 انتقل الصفر الثاني إلى الفهرس 1، لكن i++ كانت قد انتقلت إلى الفهرس 2. المرور المعكوس يتجنّب ذلك لأن الحذف لا يزيح إلا عناصر زرتها أصلًا. وكبديل في سطر واحد تفعل stock.RemoveAll(x => x == 0) الشيء نفسه. أما حلقة foreach فلا تسمح بالحذف إطلاقًا؛ ترمي InvalidOperationException.

العدّادات العشرية

تجنّب عدّادات الحلقات من نوع double التي تختبر المساواة. ليس لـ 0.1 تمثيل ثنائي دقيق، فإضافتها عشر مرات لا تنتج 1.0 بالضبط:

for (double x = 0; x != 1.0; x += 0.1)   // never ends: x skips past 1.0
{
}

عدّ بعدد صحيح واحسب القيمة منه بدلًا من ذلك: for (int i = 0; i <= 10; i++) { double x = i / 10.0; }.

for مقابل foreach

على المصفوفات تُترجم الحلقتان إلى شيفرة متطابقة تقريبًا، فاختر بحسب سهولة القراءة لا السرعة.