Rust – 函式與控制流

迴圈（`loop`、`while`、`for`）

簡介

在任何程式語言中，迴圈都是實作重複工作、處理集合資料或等待條件變化的核心工具。Rust 以安全、零成本抽象為設計目標，提供了三種主要的迴圈語法：loop、while 與 for。雖然它們在語法上看起來相似，但背後的語意與最佳使用時機卻大不相同。掌握這三種迴圈的細節，能讓你寫出 可讀性高、效能佳且不會因為忘記手動 break 而產生無限迴圈 的程式。

本篇文章針對 初學者到中級開發者，從概念說明、實作範例、常見陷阱到實務應用，逐步帶你深入了解 Rust 的迴圈機制，並提供在真實專案中常見的使用情境。

核心概念

1. `loop` – 無條件永遠迴圈

loop 是 Rust 最原始的迴圈形式，會一直執行直到程式內部使用 break 明確跳出。它的特點是 不需要額外的條件判斷，因此常用於：

等待外部事件（例如訊號、鍵盤輸入）
實作自訂的迭代器（配合 break 回傳值）
需要手動控制迴圈次數（例如使用 counter 變數）

// 範例 1：使用 loop 產生 0..=9 的數字，並在第 10 次時結束
let mut i = 0;
loop {
    println!("i = {}", i);
    i += 1;
    if i > 9 {
        // 使用 break 離開迴圈
        break;
    }
}

註解：break 可以帶回一個值，讓 loop 成為表達式。

// 範例 2：loop 作為表達式回傳結果
let result = loop {
    let guess = get_user_input();
    if guess == 42 {
        break guess; // 把 guess 作為 loop 的結果回傳
    }
};
println!("正確答案是 {}", result);

2. `while` – 條件式迴圈

while 會在每一次迭代前先評估布林條件，條件為 true 時才會執行迴圈體。它最適合用於 「只要條件成立就持續」 的情境，例如：

讀取檔案直到 EOF
持續輪詢某個狀態

// 範例 3：從標準輸入讀取，直到使用者輸入空字串
use std::io::{self, Write};

let mut line = String::new();
while {
    print!("請輸入文字（直接 Enter 結束）: ");
    io::stdout().flush().unwrap();
    line.clear();
    io::stdin().read_line(&mut line).unwrap();
    !line.trim().is_empty()
} {
    println!("你輸入的是: {}", line.trim());
}
println!("結束輸入");

技巧：while 也可以與 break 搭配，讓程式在特定條件下提前結束。

// 範例 4：使用 while + break 取得第一個符合條件的數字
let mut n = 1;
while n < 100 {
    if n % 7 == 0 && n % 5 == 0 {
        break; // 找到第一個同時被 5 與 7 整除的數字
    }
    n += 1;
}
println!("第一個同時被 5 與 7 整除的數字是 {}", n);

3. `for` – 迭代式迴圈（最常用）

for 以 迭代器（Iterator） 為基礎，遍歷任何實作了 IntoIterator 的集合。它自動管理索引與邊界檢查，是 最安全、最具表現力 的迴圈方式。常見的使用情境包括：

遍歷陣列、向量、字串切片
使用 range 產生連續數字
自訂迭代器（如 std::fs::read_dir）

// 範例 5：遍歷向量並計算總和
let numbers = vec![2, 4, 6, 8, 10];
let mut sum = 0;
for n in &numbers {          // 使用 & 取得不可變參考，避免搬移所有權
    sum += n;
}
println!("總和 = {}", sum);

// 範例 6：使用 range 與 enumerate 同時取得索引與值
for (idx, value) in (0..5).enumerate() {
    println!("第 {} 次迭代，value = {}", idx, value);
}

// 範例 7：遍歷目錄中的檔案（示範自訂迭代器）
use std::fs;

for entry in fs::read_dir("./src").unwrap() {
    let entry = entry.unwrap();
    println!("檔案名稱: {}", entry.file_name().to_string_lossy());
}

重點：for 迴圈在編譯期會將迭代器展開成等價的 while let 結構，不會產生額外的 runtime 開銷。

常見陷阱與最佳實踐

陷阱	說明	解決方式
忘記 `break`	在 `loop` 中忘記寫 `break`，導致程式卡在無限迴圈。	在開發階段加入 `debug_assert!` 或使用 `loop { /* ... */ break; }` 的結構。
迭代器搬移所有權	`for item in vec` 會把 `vec` 的所有權搬走，之後無法再使用。	使用 `for item in &vec`（不可變參考）或 `for item in vec.iter()`。
範圍錯誤	`for i in 0..n` 產生 `[0, n)`，容易忘記包含上界。	若需要包含上界，改用 `0..=n`；或使用 `while` 搭配手動條件。
在 `while` 中改變條件變數	在迴圈體內部忘記更新條件變數，造成無限迴圈。	確保每次迭代都有明確且可預測的變數變化。
過度使用 `loop`	把所有迴圈都寫成 `loop`，失去語意清晰度。	優先考慮 `for`（集合遍歷）或 `while`（條件迭代），僅在需要手動控制時才使用 `loop`。

最佳實踐：

盡量使用 for：它最能表達「遍歷」的意圖，同時保證安全性。

使用標籤 ('label) 與 break/continue：在多層迴圈中需要跳出特定層級時，使用標籤可以避免混亂。

'outer: for i in 0..5 {
    for j in 0..5 {
        if i + j > 6 {
            break 'outer; // 直接跳出外層迴圈
        }
    }
}

利用迭代器的高階方法：如 filter、map、fold，往往可以把 for 迴圈寫成更簡潔的表達式。
在 while 中使用 while let：配合 Option 或 Result，可以寫出「只要有值就持續」的迴圈，避免手動檢查 is_some()。
```
let mut iter = some_vec.iter();
while let Some(v) = iter.next() {
    println!("{}", v);
}
```

實際應用場景

網路伺服器的事件迴圈
使用 loop 搭配 select!（或 tokio::select!）持續等待 I/O 事件，直到收到關閉訊號才 break。
資料流的批次處理
讀取大型檔案時，while let Some(line) = lines.next() 可以逐行處理，避免一次載入全部記憶體。
遊戲開發中的帧更新
loop 內部執行 update()、render()，每次迭代結束後檢查是否收到退出指令。
統計分析
for 搭配 enumerate 或 zip，同時遍歷多個向量，計算相關係數或交叉統計。
自訂迭代器
實作 Iterator trait 時，next() 方法內部往往使用 loop 來跳過不符合條件的元素，直到找到下一個可返回的值。

總結

loop：最原始、無條件的迴圈，適合需要手動控制跳出的情境；可作為表達式回傳值。
while：先判斷條件再執行，適合「只要條件成立就持續」的場景，常與 break、while let 結合。
for：基於迭代器的高階迴圈，安全、零成本，幾乎是所有集合遍歷的首選。

在實務開發中，選擇最能表達意圖的迴圈類型，配合標籤、迭代器方法與適當的錯誤處理，能寫出既簡潔又可靠的 Rust 程式。希望本篇文章能幫助你在日常開發裡，快速判斷何時使用 loop、while 或 for，並避免常見的陷阱，寫出高品質的程式碼。祝你在 Rust 的旅程中，迴圈不再是難題，而是得心應手的工具！

Rust – 函式與控制流

迴圈（loop、while、for）

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