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（详见第 57 条），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。