在 for 循环中迭代所有无符号整数

Question

假设我想遍历for 循环中的所有整数。为了便于讨论，假设我为每个整数调用了一些未知函数f(unsigned x)：

for (unsigned i = 0; i < UINT_MAX; i++) {
     f(i);
}

当然，上面的方法无法遍历所有个整数，因为它错过了一个：UINT_MAX。将条件更改为i <= UINT_MAX 只会导致无限循环，因为这是重言式。

您可以使用 do-while 循环来完成此操作，但您会失去 for 语法的所有细节。

我可以把我的蛋糕（for 循环）也吃掉吗（遍历所有整数）？

Answer 1

您必须在循环体的末尾执行测试，就像 do-while：

for (unsigned int i = 0; /* nothing */; i++) {
    ...
    if (i == UINT_MAX) {
        break;
    }
}

要使标准 for 循环测试位置中的测试工作，您需要以一种可以区分 UINT_MAX+2 状态的方式跟踪当前迭代：每次进入循环体时一个，一个用于有一次你没有。单个 unsigned int 无法处理，因此您至少需要一个辅助变量或更大的循环计数器。

Answer 2

你可以用一个 do-while 循环来做，但是你失去了所有的细节 for 语法。

通过使用匿名块范围，do-while 循环仍然可行：

{
    unsigned i = 0;
    do { f(i); } while (++i != 0);
}

虽然这种结构可能不是最惯用的，但它显然是清晰的汇编代码的候选者。例如，gcc -O 将其编译为：

.L2:
        mov     edi, ebx   ; ebx starts with zero
        call    f
        add     rbx, 1
        cmp     rbx, rbp   ; rbp is set with 4294967296
        jne     .L2

Answer 3

您可以使用另一个变量来检测您何时循环。

for (unsigned int i = 0, repeat = 0; !(i == 0 && repeat); i++, repeat = 1) {
    ...
}

Answer 4

通过单个测试有效实现迭代的经典方法是 do / while 循环：

unsigned i = 0;
do { f(i); } while (i++ != UINT_MAX);

如果你坚持使用for 循环：

for (unsigned i = 0;; i++) {
    f(i);
    if (i == UINT_MAX)
        break;
}

这是另一个带有 2 个变量的变体，其中所有逻辑都在 for 表达式中：

for (unsigned int i = 0, not_done = 1; not_done; not_done = (i++ - UINT_MAX)) {
    f(i);
}

由于额外的变量，它可能会产生较慢的代码，但正如 BeeOnRope 评论的那样，clang 和 icc 将其编译为 very efficient code。

Answer 5

一个简单的解决方案是，

unsigned i;
for (i=0; i<UINT_MAX; i++) {
  f(i);
}
f(i);  // i will be UINT_MAX at this time.

Answer 6

使用更大的整数类型：

#include <limits.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    for (unsigned long i = 0; i <= UINT_MAX; i++) {
        f(i);
    }
}

此版本使用 stdint 以获得更高的一致性

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

int main() {
    for (uint_fast64_t i = 0; i <= UINT32_MAX; ++i) {
        f(i);
    }
}