面试官：for 循环这道题竟然难道了所有人

后端时光

发布于 2022-08-19 10:22:11

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发布于 2022-08-19 10:22:11

文章被收录于专栏：后端时光后端时光

❝本篇文章基于 Golang 1.17.2 ❞

话说胖虎上次没有问到实习生，觉得实习生底子不错，最近闲来无事，决定再考考实习生。

for 循环的奇怪现象

胖虎：以下代码输出什么

package main

import "fmt"

func main() {
 s := []int{0, 1}
 for num := 0; num < len(s); num++ {
  s = append(s, s[num])
 }
  fmt.Printf("s的值是:%+v\n", s)
}

实习生脱口而出：

[0 1 0 1]

胖虎笑着说：不要着急回答，思考三秒后再说出你的答案。

实习生: 难道不对？

胖虎看着实习生疑惑的表情，说：我们来执行下吧

竟然是死循环！！！实习生差点喊出来，同时发现胖虎奋斗多年的笔记本，风扇吭吭唧唧不情愿的开始干活了。

胖虎：如果想要 0 1 0 1，应该怎么改呢？

实习生：难道用range？边说边敲下以下代码。

package main

import "fmt"

func main() {
 s := []int{0, 1}
 for _, value := range s {
  s = append(s, value)
 }
 fmt.Printf("s的值是:%+v\n", s)
}

胖虎：那你知道为什么吗？实习生：范围循环在迭代过程中，难道是迭代值的拷贝？我再试下吧。

package main

import "fmt"

func main() {
 s := []int{0, 1}
 for _, value := range s {
  value += 10
 }
 fmt.Printf("s的值是:%+v\n", s)
}

实习生：跟我猜想的一样。

胖虎点点头：范围遍历在开始遍历数据之前，会先拷贝一份被遍历的数据，所以在遍历过程中去修改被遍历的数据，只是修改拷贝的数据，不会影响到原数据。

而普通for循环，会一直不断追加数据到切片，对原数据产生影响。

胖虎：顺便复习一下这两个的使用语法吧

for 使用语法

s := "test"
// 常见的 for 循环，支持初始化语句。
for i, n := 0, len(s); i < n; i++ { 
    println(string(s[i]))
}

initNum := 0
intSlice := []int{0, 1}
sliceLen := len(intSlice)
for initNum < sliceLen {
 initNum++
 fmt.Println(intSlice[initNum])
}

for {            // 替代 while (true) {}
    println(s)   // 替代 for (;;) {}
}

for 常见使用场景

由此可见for常见的使用场景是字符串，数组，切片和无限循环。但需要注意的是 for 循环字符串的时候，结果想要为字符串的时候，需要string转换一下，而有的编程语言不需要，比如说世界上最好的语言。

当然使用 range 遍历字符串就没有这个问题。

range 使用语法

words := []string{"Go", "Java", "C++"}
for i, value := range words {
    words = append(words, "test")
    fmt.Println(i, value)
}

test := "abc"
// 忽略 value
for i := range s {
 fmt.Println(s[i])
}

range 常见使用场景

Go 语言中，range 使用场景除了数组(array)、切片(slice)，还可以很方便遍历字典(map)和信道(chan)

遍历map

m := map[string]int{
  "one":   1,
  "two":   2,
  "three": 3,
 }
 for k, v := range m {
  delete(m, "two")
  m["four"] = 4
    fmt.Printf("key:%v, value:%v\n", k, v)
 }

输出结果：

key:two, value:2
key:three, value:3
key:one, value:1

需要注意的是：

和切片不同的是，迭代过程中，删除还未迭代到的键值对，则该键值对不会被迭代。
在迭代过程中，如果创建新的键值对，那么新增键值对，可能被迭代，也可能不会被迭代。
针对 nil 字典，迭代次数为 0

遍历channel

ch := make(chan string)
go func() {
    ch <- "听我说"
    ch <- "谢谢你"
    ch <- "因为有你"
    ch <- "温暖了四季"
    close(ch)
}()
for n := range ch {
    fmt.Println(n)
}

结果如下：

听我说
谢谢你
因为有你
温暖了四季

range 循环性能一定比for差吗？

[]int

package main

import (
 "math/rand"
 "testing"
 "time"
)

func generateWithCap(n int) []int {
 //生成不同系列的随机数
 rand.Seed(time.Now().UnixNano())
 nums := make([]int, 0, n)
 for i := 0; i < n; i++ {
  nums = append(nums, rand.Int())
 }
 return nums
}

func BenchmarkForIntSlice(b *testing.B) {
 nums := generateWithCap(1024 * 1024)
 for i := 0; i < b.N; i++ {
  len := len(nums)
  var tmp int
  for k := 0; k < len; k++ {
   tmp = nums[k]
  }
  _ = tmp
 }
}

func BenchmarkRangeIntSlice(b *testing.B) {
 nums := generateWithCap(1024 * 1024)
 for i := 0; i < b.N; i++ {
  var tmp int
  for _, num := range nums {
   tmp = num
  }
  _ = tmp
 }
}

执行结果如下：

goos: darwin
goarch: amd64
cpu: Intel(R) Core(TM) i5-1038NG7 CPU @ 2.00GHz
BenchmarkForIntSlice-8              3552            334038 ns/op
BenchmarkRangeIntSlice-8            3544            321965 ns/op

名词解释：

BenchmarkForIntSlice-8，即 GOMAXPROCS，默认等于 CPU 核数。

3552 代表运行了多少次

334038 ns/op 每次执行平均时间，

由此可见 ,遍历 []int 类型的切片，for 与 range 性能两者几乎没有区别。

[]struct

如果是稍微复杂一点的 []struct 类型呢？

type Item struct {
 id  int
 val [4096]byte
}

//for 循环
func BenchmarkForStruct(b *testing.B) {
 var items [1024]Item
 for i := 0; i < b.N; i++ {
  length := len(items)
  var tmp int
  for k := 0; k < length; k++ {
   tmp = items[k].id
  }
  _ = tmp
 }
}

//range 循环只取下标
func BenchmarkRangeIndexStruct(b *testing.B) {
 var items [1024]Item
 for i := 0; i < b.N; i++ {
  var tmp int
  for k := range items {
   tmp = items[k].id
  }
  _ = tmp
 }
}

//range 循环取值
func BenchmarkRangeStruct(b *testing.B) {
 var items [1024]Item
 for i := 0; i < b.N; i++ {
  var tmp int
  for _, item := range items {
   tmp = item.id
  }
  _ = tmp
 }
}

执行结果如下：

goos: darwin
goarch: amd64
cpu: Intel(R) Core(TM) i5-1038NG7 CPU @ 2.00GHz
BenchmarkForStruct-8             3373856               359.7 ns/op
BenchmarkRangeIndexStruct-8      3587757               329.0 ns/op
BenchmarkRangeStruct-8              3478            288161 ns/op

仅遍历下标的情况下，for 和 range 的性能几乎是一样的。
items 的每一个元素的类型是一个结构体类型 Item，Item 由两个字段构成，一个类型是 int，一个是类型是 [4096]byte，也就是说每个 Item 实例需要申请约 4KB 的内存。
在这个例子中，for 的性能大约是 range (同时遍历下标和值) 的 2000 倍。

**[]*struct{}**

func generateItems(n int) []*Item {
 items := make([]*Item, 0, n)
 for i := 0; i < n; i++ {
  items = append(items, &Item{id: i})
 }
 return items
}

//for 循环指针
func BenchmarkForPointer(b *testing.B) {
 items := generateItems(1024)
 for i := 0; i < b.N; i++ {
  length := len(items)
  var tmp int
  for k := 0; k < length; k++ {
   tmp = items[k].id
  }
  _ = tmp
 }
}

//range 循环指针
func BenchmarkRangePointer(b *testing.B) {
 items := generateItems(1024)
 for i := 0; i < b.N; i++ {
  var tmp int
  for _, item := range items {
   tmp = item.id
  }
  _ = tmp
 }
}

执行结果：

goos: darwin
goarch: amd64
cpu: Intel(R) Core(TM) i5-1038NG7 CPU @ 2.00GHz
BenchmarkForPointer-8             734905              1545 ns/op
BenchmarkRangePointer-8           709748              1558 ns/op

切片元素从结构体 Item 替换为指针 *Item 后，for 和 range 的性能几乎是一样的。而且使用指针还有另一个好处，可以直接修改指针对应的结构体的值。

所以说for 不一定比range快。

总结

实习生：那我总结一下吧。

胖虎：总结得不错，下次不要总结了。

实习生：那我走？

胖虎：哈哈哈哈，开玩笑的

推荐阅读: https://geektutu.com/post/hpg-range.html

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原始发表：2022-04-20，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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