C#解惑26: 在循环中

谜题26: 在循环中
    下面的程序计算了一个循环的迭代次数，并且在循环终止时打印这个计数值。那么，它打印的是什么呢？
    class InTheLoop
    {
      const int END = int.MaxValue;
      const int START = END - 100;
      
      static void Main()
      {
        int count = 0;
        for (int i = START; i <= END; i++)
          count++;
        System.Console.WriteLine(count);
      }
    }

解惑26: 在循环中
    如果没有非常仔细地查看这个程序，你可能会认为它将打印100，因为END比START大100。稍微仔细一点，你可能会发现该程序没有使用典型的循环惯用法。大多数的循环会在循环索引小于终止值时持续运行，而这个循环则是在循环索引小于或等于终止值时持续运行。所以它会打印101，对吗？嗯，根本不对。如果你运行该程序，就会发现它压根就什么都没有打印。更糟的是，它会持续运行直到撤销为止。它没有机会打印count，因为在打印语句之前插入的是一个无限循环。
    问题在于这个循环会在循环索引(i)小于或等于int.MaxValue时持续运行，但是所有的int变量都是小于或等于int.MaxValue的。因为它被定义为int数值中的最大值。当i达到int.MaxValue，并且再次执行增量操作时，它就又绕回到了int.MinValue。
    如果需要的循环会迭代到int数值的边界附近，最好使用一个long变量作为循环索引。只需将循环索引的类型从int改变为long就可以解决该问题，从而使程序打印我们所期望的101：
    for (long i = START; i <= END; i++)
    更一般地讲，这里的教训就是int不能表示所有的整数。无论你在何时使用了一个整数类型，都要意识到其边界条件。如果其数值下溢或是上溢了，会怎么样呢？所以通常最好是使用一个取值范围更大的类型。
    不使用long类型的循环索引变量也可以解决该问题，但是它看起来不那么漂亮：
    int i = START;
    do {
      count++;
    } while (i++ != END);
    如果清晰性和简洁性占据了极其重要的地位，那么在这种情况下使用一个long类型的循环索引几乎总是最佳方案，但是有一个例外：如果你在所有的(或者几乎所有的)int数值上迭代，那么使用int类型的循环索引的速度大约可以提高一倍。下面是将f函数作用于所有40多亿个int数值上的惯用法：
    // Apply the function f to all four billion int values
    int i = int.MinValue;
    do {
      f(i);
    } while (i++ != int.MaxValue);
    该谜题对语言设计者的教训与谜题3相同：可能真的值得考虑，应该对那些在产生溢出时不会不抛出异常的算术运算提供支持。同时，可能还值得去考虑，应该对那些在整数值范围之上进行迭代的循环进行特殊设计，就像许多其他语言所做的那样。
    (注：在C#的checked上下文中将进行溢出检查[C#语言规范 7.5.12])