Python 為什么不設(shè)計(jì) do-while 循環(huán)結(jié)構(gòu)？

在某些編程語(yǔ)言中，例如 C/C++、C#、PHP、Java、JavaScript 等等，do-while 是一種基本的循環(huán)結(jié)構(gòu)。

它的核心語(yǔ)義是：先執(zhí)行一遍循環(huán)體代碼，然后執(zhí)行一遍條件語(yǔ)句，若條件語(yǔ)句判斷為真，則繼續(xù)執(zhí)行循環(huán)體代碼，并再次執(zhí)行條件語(yǔ)句；直到條件語(yǔ)句判斷為假，則跳出循環(huán)結(jié)構(gòu)。

流程圖如下（Java 示例）：

//?打印小于?20?的數(shù)字
public?class?Test?{
???public?static?void?main(String[]?args){
??????int?x?=?10;
??????do?{
?????????System.out.print("value?of?x?:?"?+?x?);
?????????x++;
?????????System.out.print("\n");
??????}?while(x?20);
???}
}

Python 并不支持 do-while 結(jié)構(gòu)，“do”并不是一個(gè)有效的關(guān)鍵字。

那么，為什么 Python 不提供這種語(yǔ)法結(jié)構(gòu)呢，這種現(xiàn)狀的背后有何種設(shè)計(jì)考量因素呢？

在回答這個(gè)問(wèn)題之前，讓我們?cè)僮屑?xì)思考一下 do-while 語(yǔ)法可以解決什么問(wèn)題，看看使用這種結(jié)構(gòu)能帶來(lái)什么好處？

最顯而易見(jiàn)的好處是：do-while 語(yǔ)法保證了會(huì)先執(zhí)行一遍循環(huán)體代碼。

它的使用場(chǎng)景也許不多，但是，跟普通的 while 循環(huán)或者 for 循環(huán)語(yǔ)法的“條件前置”思想不同，它體現(xiàn)的是一種“條件后置”的編程邏輯，也是一種控制循環(huán)的常見(jiàn)方式。

它們的關(guān)系似乎有點(diǎn)像 C/C++ 這些語(yǔ)言中的i++與++i操作的區(qū)別，在某些特殊場(chǎng)合中，也許會(huì)更為高效。

除了這一特點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)最大的應(yīng)用場(chǎng)景其實(shí)是在 C/C++ 中特殊的do {...} while (0) 用法。這在很多開(kāi)源項(xiàng)目的源碼中都能找到蹤跡，例如 Linux、Redis 以及 CPython 解釋器，等等。

這里面的數(shù)字 0 表示布爾值 False，意味著循環(huán)只會(huì)執(zhí)行一遍，然后就跳出。

這樣的寫法是不是很詭異？所謂“循環(huán)”，一般就意味著程序體會(huì)被反復(fù)執(zhí)行多次，但是，do {...} while (0) 卻偏偏只需要它執(zhí)行一遍，這初看起來(lái)是有點(diǎn)多余啊。

這種寫法主要用在宏函數(shù)的定義中，可以解決宏代碼塊的編譯問(wèn)題，使代碼按照我們的意圖而合理分塊。

另外，do {...} while (0) 結(jié)合 break 使用，還可以實(shí)現(xiàn)很優(yōu)雅的跳轉(zhuǎn)控制效果。

在下面的示例中，步驟 1、4 和 5 要求必須執(zhí)行，而步驟 2 取決于步驟 1 的執(zhí)行結(jié)果，步驟 3 則取決于步驟 2 的執(zhí)行結(jié)果。

do?{
??//?執(zhí)行步驟?1?
??if?(條件1失敗)?{
????break;
??}
??//?執(zhí)行步驟?2?
??if?(條件2失敗)?{
????break;
??}
??//?執(zhí)行步驟?3?
??if?(條件3失敗)?{
????break;
??}
}?while(0);
//?執(zhí)行步驟?4
//?執(zhí)行步驟?5

在這種場(chǎng)景中，我們確實(shí)只需要按照順序執(zhí)行一遍。do-while 結(jié)構(gòu)很清晰，避免造成多層條件嵌套或者設(shè)置諸多額外標(biāo)記的局面。

最后還有一點(diǎn)，在匯編層面，do-while 比 while 更接近匯編語(yǔ)言的邏輯，可以節(jié)省使用指令，在過(guò)去的低內(nèi)存時(shí)代，算得上是一種優(yōu)化寫法。

分析完 do-while 的好處后，讓我們回到主題：Python 為什么不需要設(shè)計(jì) do-while 循環(huán)語(yǔ)法呢？

首先，Python 離底層應(yīng)用編程太遠(yuǎn)了，就不用考慮匯編指令的優(yōu)化了，同時(shí)，它也不涉及宏的使用。

至于“條件前置”和“條件后置”的區(qū)別，其實(shí)并沒(méi)有太大影響，而且，由于 Python 使用簡(jiǎn)潔優(yōu)雅的縮進(jìn)加冒號(hào)語(yǔ)法來(lái)劃分代碼塊，導(dǎo)致直譯過(guò)來(lái)的 do-while 語(yǔ)法看起來(lái)會(huì)很怪異（注意，直譯的 while 的條件后沒(méi)有其它內(nèi)容）：

do:
????pass
while?False

想要引入新的語(yǔ)法特性，必然要遵守既定的風(fēng)格習(xí)慣。其它語(yǔ)言的 do-while 結(jié)構(gòu)直譯成 Python 的話，肯定不合適。

事實(shí)上，在 2003 年時(shí)，有一個(gè) PEP 提議給 Python 加上 do-while 語(yǔ)法支持：

PEP-315 Enhanced While Loop

該 PEP 提議增加一個(gè)可選的 do 子句，支持將 while 循環(huán)擴(kuò)展成這樣子：

do:
????
while?:
????

這不是簡(jiǎn)單地從其它語(yǔ)言翻譯成 Python，它的 while 語(yǔ)句后保留了 Python 的縮進(jìn)用法，并不會(huì)造成直譯形式的突兀結(jié)果。

加上 while 循環(huán)本身已支持的可選的 else 子句，因此，while 完整的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)是這樣的：

while_stmt?:?["do"?":"?suite]
????????????"while"?expression?":"?suite
????????????["else"?":"?suite]

（PS.在本系列的下一篇文章，我們將解釋為什么 Python 要支持 while-else 語(yǔ)法）

也就是說(shuō)，在保持原 while 循環(huán)語(yǔ)法不變的情況下，PEP-315 提議支持在 while 前面使用一個(gè)可選的 do 子句。

do 子句只會(huì)執(zhí)行一遍，當(dāng)它里面出現(xiàn) break 時(shí)，則跳出整個(gè) do-while 循環(huán)；當(dāng) do 子句中出現(xiàn) continue 時(shí)，則跳出 do 子句，進(jìn)到 while 的條件判斷中。

有了 do 子句后，很容易就能實(shí)現(xiàn) do {...} while (0) 的跳轉(zhuǎn)控制效果。

但是，這個(gè) PEP 遭到了一些核心開(kāi)發(fā)者的反對(duì)。

反對(duì)的理由是，不需要引入新的關(guān)鍵字和語(yǔ)法，僅使用現(xiàn)有語(yǔ)法就能很好地實(shí)現(xiàn)同樣的功能：

while?True:
????
????if?not?:
????????break
????

Python 之父 Guido van Rossum 也持反對(duì)意見(jiàn)，他的原話是：

Please reject the PEP. More variations along these lines won't make the language more elegant or easier to learn. They'd just save a few hasty folks some typing while making others who have to read/maintain their code wonder what it means.

簡(jiǎn)單翻譯一下，這種 do-while 語(yǔ)法并不會(huì)使 Python 更優(yōu)雅好用，反而會(huì)產(chǎn)生閱讀/維護(hù)代碼的理解負(fù)擔(dān)。

就個(gè)人的感覺(jué)而言，我也不贊成引入 PEP-315 那種可選的 do-while 語(yǔ)法，雖然它比固定形式的 do-while 結(jié)構(gòu)更為靈活和優(yōu)雅一點(diǎn)。

最后稍微總結(jié)一下，do-while 作為一種常見(jiàn)的循環(huán)結(jié)構(gòu)，在其它語(yǔ)言中有所發(fā)揮，它甚至還發(fā)展出了do {...} while (0) 的典型用法，但是，do-while 能夠解決的幾個(gè)問(wèn)題要么在 Python 中并不存在（宏定義、匯編指令），要么就是已經(jīng)有更為合適而低成本的實(shí)現(xiàn)（跳轉(zhuǎn)控制）。

看完這篇文章，你是否還有其它補(bǔ)充的內(nèi)容呢？歡迎交流討論。

如果你對(duì) Python 語(yǔ)言設(shè)計(jì)相關(guān)的話題感興趣，歡迎訂閱 Github 上的《Python為什么》系列文章（https://github.com/chinesehuazhou/python-whydo）

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