值得收藏！16段代碼入門Python循環語句

[ 導讀 ]本文重點講述for語句和while語句。for語句屬于遍歷循環，while語句屬于當型循環。除了兩個循環語句外，還介紹了break、continue與pass三個用于控制循環結構中的程序流向的語句。在此基礎之上，也介紹了列表推導式，這是一種特殊的循環語句。

循環語句又稱為重復結構，用于反復執行某一操作。面對大數量級的重復運算，即使借助計算機，重復編寫代碼也是費時的，這時就需要借助循環語句。使用循環語句一般要用到條件判斷，根據判斷式的返回值決定是否執行循環體。

循環分為兩種模式，一種是條件滿足時執行循環體，另一種則相反，在條件不滿足時執行循環體。前者稱為當型循環，后者稱為直到型循環。

在圖1中，虛線框內是一個當型循環結構，此結構包含判斷條件和循環體，以及連接各部分的流向線。程序執行時，先判斷條件的真假。判斷為真時，則執行循環體；判斷為假時，不再執行循環體，循環結束。當型循環先進行條件判斷，如果滿足循環條件，再執行循環體，因此又被稱為前測試型循環。

在圖2中，虛線框內是一個直到型循環結構，此結構包括判斷條件和循環體，以及連接各部分的流向線。程序執行時，先執行一次循環體，再判斷執行循環的結果是否滿足判斷條件。滿足條件時，再次執行循環體；不滿足條件時，不再執行循環體。直到型循環在執行判斷前先進入循環體運行，因此又被稱為后測試型循環。

Python中主要有兩種循環語句，即for語句和while語句。前者采用遍歷的形式指定循環范圍，后者視判斷式返回值的情況而決定是否執行。要更靈活地操縱循環的流向，就要用到break、continue和pass等語句。

01 for

for循環是迭代循環，在Python中相當于一個通用的序列迭代器，可以遍歷任何有序序列，如str、list、tuple等，也可以遍歷任何可迭代對象，如dict。不同于C語言，Python中的for語句將遍歷系列中的所有成員，遍歷順序為成員在系列中的順序。需要注意，在for循環中改變任何序列的內容都是危險的！

for語句不屬于當型循環或直到型循環，它遍歷序列對象內的元素，對每個元素運行一次循環體，循環的步數在程序開始執行時已經指定，不屬于條件判斷。

在for語句中，for和in搭配組成for-in循環結構，for-in循環依次把list或tuple中的每個元素迭代出來。for語句的基本語法格式如下：

for 變量 in 序列:
  操作語句

for語句常用的語法格式及其參數說明如下所示：

序列：接收序列，表示遍歷范圍，無默認值
操作語句：接收操作語句，表示執行一段代碼，無默認值

程序的執行從“for變量in序列”開始，該語句把序列中的每個元素代入變量，執行一遍操作語句1，重復的次數就是序列中元素的個數。
為了展示for循環的遍歷功能，依次打印list中的姓名，如代碼清單1所示。

代碼清單1：for語句遍歷提取str

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# 單純遍歷的for語句
names = ['Michael', 'Bob', 'Tracy']
# 遍歷輸出names中的元素
for name in names:
    print(name)

輸出結果：

Michael
Bob
Tracy

for語句同樣可以實現dict的遍歷方法，如代碼清單2所示。

代碼清單2：for語句遍歷查詢dict

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dic = {'a': 1, 'b': 2, 'c': 3, 'd': 4}
# 遍歷鍵值對
print('key_value：', end = '')
for key, value in dic.items():
    print(key, value, sep = ':', end = ' ')
# 遍歷鍵
print('keys：', end = '')
for key in dic.keys():
    print(key, end = ' ')
# 遍歷值
print('values：', end = '')
for value in dic.values():
    print(value, end = ' ')

輸出結果：

key_value：a:1 b:2 c:3 d:4
keys：a b c d
values：1 2 3 4

從代碼清單2可以看到，for語句中用于遍歷的“變量”不僅可以是Python默認的指代詞，也可以是常規的變量。

和條件語句一樣，循環語句也可以使用嵌套，作用同樣是豐富程序的功能性。設計一個成績錄入系統，就必然要錄入姓名和課程這兩類信息，僅靠一層循環是無法實現的，可使用兩層循環結構，如代碼清單3所示。

代碼清單3：嵌套for語句

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students = ['一號', '二號']
subjects = ['語文', '數學'] 
sum1 = []
avg = []
for i in students: 
    print ('開始錄入%s的考試成績!'%i) 
    sum = 0
    for j in subjects: 
        print('請輸入%s成績:'%j) 
        score = int(input())
        sum += score
    average = sum / 2
    avg.append(average)
    sum1.append(sum)
print(students, '的總分依次是', sum1, ',', '平均分依次是', avg)
print('完成成績錄入！')

輸出結果：

開始錄入一號的考試成績!
請輸入語文成績:
97
請輸入數學成績:
90
開始錄入二號的考試成績!
請輸入語文成績:
89
請輸入數學成績:
100
['一號', '二號'] 的總分依次是 [187, 189] , 平均分依次是 [93.5, 94.5]
完成成績錄入！

理論上，for循環也可以無限嵌套，但并不推薦。

02 while

while語句是Python中最常用的遞歸結構。區別于for循環，while循環結構包含條件判斷式，是一種條件循環，屬于當型循環。

while語句最基本的形式包括一個位于頂部的布爾表達式，一個或多個屬于while代碼塊的縮進語句。也可以在結尾處包含一個else代碼塊，它與while代碼塊是同級的，組成while-else的形式。while語句的基本語法格式如下。

while 條件表達式:
    操作語句 1
    操作語句 2    

while語句常用的參數及其說明如下所示：

條件表達式：接收布爾表達式，表示判斷條件是否成立。無默認值
操作語句：接收操作語句，表示執行一段代碼。無默認值

執行while語句時，只要頂部的條件表達式返回真值，就一直執行while部分嵌套的遞歸代碼，當條件表達式返回假值時，不再執行操作語句，程序跳出while結構。

while語句的基礎使用方法如代碼清單4所示。

代碼清單4：while語句

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sum = 0
n = 99
while n > 0:
    sum += n
    n -= 2
print(sum)

輸出結果：2500

如果布爾表達式不帶有<、>、==、！=、in、not in等運算符，僅僅給出數值之類的條件，也是可以的。當while后寫入一個非零整數時，視為真值，執行循環體；寫入0時，視為假值，不執行循環體。也可以寫入str、list或任何序列，長度非零則視為真值，執行循環體；否則視為假值，不執行循環體。

如果布爾表達式始終返回1，while語句就變成無限循環，如代碼清單5所示。

代碼清單5：while語句無限循環

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# 布爾表達式為常數1，始終為真值
while 1:
     print('循環')

輸出結果：

循環
循環
…  

# 布爾表達式每次遞歸運算都為2，始終為真值
x, y = 2, 1
while x / y:
    print('循環')
    x = x * 2
    y = y * 2

輸出結果：

循環
循環
…

運行代碼清單5，將會不斷打印出“循環”。代碼清單5展示了制造無限循環的兩種方式，既可以在while后寫入一個固定的真值，也可以寫入一個一直生成真值的表達式。要終止無限循環，可以使用快捷鍵Ctrl+C中斷循環的執行，也可以用循環終止語句，這將在下文中介紹。

靈活地利用while語句中的布爾表達式及代入表達式的遞歸值，可以實現特別的功能，如代碼清單6所示。

代碼清單6：while語句實現str截取

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string = 'abcd'
while string:
    print(string)
# 該語句的遞歸計算是，每次從str的第2個字符開始截取
    string = string[1:]

輸出結果：

abcd
bcd
cd
d

代碼清單6包含一個自減迭代值，它并不通過明顯的運算符實現自減，而是利用索引法則，x變量一直從str中第2個值截取至結尾，每次都將位于str最前面的字符截取掉，最終只剩下一個字符時，再次截取就只有空的結果，布爾表達式返回0，循環終止。

通過代碼清單5和代碼清單6可以看到，靈活地利用遞歸式，可以實現程序流向的控制。

while循環同樣可以使用嵌套，嵌套的while循環實現成績錄入系統如代碼清單7所示。

代碼清單7：嵌套while語句

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j = 1
while j <= 2:
    sum = 0
    i = 1
    name = input('請輸入學生姓名:')
    while i <= 2:
        print ('請輸入第%d門的考試成績: '%i)
        sum += int(input())
        i += 1
    avg = sum / (i-1)
    print(name, '的平均成績是%d'%avg)
    j += 1
print('學生成績輸入完成！')    

輸出結果：

請輸入學生姓名:一號
請輸入第1門的考試成績: 
98
請輸入第2門的考試成績: 
88
一號 的平均成績是93
請輸入學生姓名:二號
請輸入第1門的考試成績: 
65
請輸入第2門的考試成績: 
100
二號 的平均成績是82
學生成績輸入完成！

代碼清單7的第1層while語句用于錄入人名，第2層則在各人名下錄入多門成績，布爾表達式決定錄入的人數和課程數。

03 break、continue與pass

在前兩節中，已經介紹了Python中的兩種循環語句。循環語句中還可以嵌入break、continue和pass語句，以靈活地改變流向，實現更多功能。

1. break

在Python中，break語句用于終止循環語句的執行。使用該語句時，即使循環條件判斷為真，或序列未被完全遞歸，循環語句也會被立刻停止。

break語句一般配合條件判斷使用，因為程序的終止必須是在某一條件被滿足時執行。break語句在for循環和while循環中的使用如代碼清單8所示。

代碼清單8：break語句的使用

# break語句用于for循環
string = "Python"
for i in string:
# 遍歷至string中的字符n時，不再執行else代碼塊
    if i == 'n':
        break
    else:
        print("letter：{}". format(i))

輸出結果：

letter：P
letter：y
letter：t
letter：h
letter：o   

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# break語句用于while循環
counts = 0
while True:
    print(counts)
    counts += 1
# 滿足counts等于3時跳出循環，不再進入循環體
    if counts == 3: 
        break

輸出結果：

0
1
2

從代碼清單8可以看到，break語句用于for循環和while循環是有區別的。用于for循環時，只終止遍歷中某一次的循環體執行；用于while循環時，整個循環被終止。

break只終止本層循環，如有多層嵌套的循環，在其中一層循環中寫入break，只在這層循環中生效，程序將跳到上一層循環中繼續運行，如代碼清單9所示。

代碼清單9：break語句用于嵌套循環結構

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# 第1層循環，遍歷次數為2
for i in range(2):
    print("-----%d-----" %i)
# 第2層循環，遍歷次數為10
    for j in range(10):
# 使用break語句，j>1時不執行循環體
        if j > 1:
            break
        print(j)

輸出結果：

-----0-----
0
1
-----1-----
0
1

在代碼清單9中，break語句在條件判斷式“if j>1:”后被使用，因此盡管j的指定遍歷次數為10，實際上遍歷只運行兩次。由于break語句只終止本層循環的運行，i依舊遍歷執行了兩次，而不是在第1次遍歷過程末尾終止。

2. continue

Python中的continue語句用于跳出當前循環，并執行下一次循環，而break跳出整層循環，兩者的功能具有明顯區別。

如果一段代碼中包含continue語句，循環執行至continue處時，先忽略本次循環，在本層仍滿足條件的剩余循環次數中繼續執行，不會終止這一層循環。實際上，如果在某一層的每次循環中都使用continue語句，就相當于使用break語句。

打印一個數表，要不打印某些指定的數字，或只打印某類數，就可以使用continue語句跳過一些循環次數，該語句在for循環和while循環中都可以自由地使用，如代碼清單10所示。

代碼清單10：continue語句用于循環結構

# 當i等于1或3時，跳過continue后的print語句
for i in range(0,5):
    if i == 1 or i == 3:
        continue
    print(i) 

輸出結果：

0
2
4  

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# 如果遇到偶數，跳過continue后的print語句
counts = 0
while counts < 10:
    counts += 1
    if counts % 2 == 0:
        continue 
    print(counts)

輸出結果：

1
3
5
7
9   

break語句一旦用于嵌套循環中的第n層，該層循環會被終止，但在執行第n-1層循環時，仍會創造一個第n層循環并執行。continue語句同樣如此，只是仍會執行某一層的剩余部分。因此，無論使用哪種循環終止語句，都只會影響使用終止語句的那一層循環，而不會干擾到其他層。continue語句用于循環的例子如代碼清單11所示。

代碼清單11：continue語句用于嵌套循環結構

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# 第1層循環，遍歷次數為2
for i in range(2):
    print("-----%d-----" %i)
# 第2層循環，遍歷次數為5
    for j in range(5):
# 當j等于2或4時，不執行循環體
        if j == 2 or j == 4:
            continue
        print(j)  

輸出結果：

-----0-----
0
1
3
-----1-----
0
1
3

3. pass

pass是空語句，不做任何操作，只起到占位的作用，其作用是為了保持程序結構的完整性。盡管pass語句不做任何操作，但如果暫時不確定要在一個位置放上什么樣的代碼，可以先放置一個pass語句，讓代碼可以正常運行。pass語句并非循環或者條件語句的一部分，但與break、continue在代碼形式上有些類似。

使用pass語句遍歷輸出str及數值計算，如代碼清單12所示。

代碼清單12：pass語句

for element in "Python":
# element為y時，不做任何操作，不會被輸出
    if element == "y":
        pass
    else:
        print(element)  

輸出結果：

P
t
h
o
n   

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counts = 0
while counts < 5:
    counts += 1
# i=3時，不執行循環體
    if counts == 3:
        pass
    else:
        print(counts ** 2)    

輸出結果：

1
4
16
25 

從代碼清單12可以看到，Python在“P”和“t”之間占位，當循環遍歷到“y”時不做任何操作；當i等于3時，冪運算不執行，但不影響其他數值。上述兩個代碼如果在pass的位置缺失，程序將無法執行，因為判斷條件沒有給出相應的執行語句，會導致邏輯出錯。使用pass語句占位，一方面為了讓程序正常執行，另一方面也是為了方便以后補充操作語句。

04 列表推導式

推導式是可以從一個數據序列構建另一個新的數據序列的結構體，能夠非常簡潔地構造新的變量。列表推導式是其中最常用的類型。

列表推導式又稱為列表解析式，是Python迭代機制的一種應用，也是一種高效創建列list的方式，可以動態地創建list。由于列表推導式必須用到遍歷循環，因此屬于一種特殊的循環。

使用列表推導式時，需要將推導式寫在[]中。list中的元素可以來源于其他類型序列、可迭代對象或自建的滿足一定條件的序列。使用列表推導式的好處是代碼更加簡潔，實現效率更高。

列表推導式的基本語法格式如下：

[操作語句 for變量 in 序列 if 條件表達式]    

列表推導式常用的參數及其說明如下所示：

• 操作語句：接收操作語句，表示執行一段代碼。無默認值
• 條件表達式：接收布爾表達式，表示判斷條件是否成立。無默認值
• 序列：接收序列，表示遍歷范圍。無默認值

列表推導式可以不包含條件表達式，只做遍歷，生成list，如代碼清單13所示。

代碼清單13：使用列表推導式生成list

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vec = [-4, -2, 0, 2, 4]
# 用vec中元素的倍數，創建一個數組
print([x * 2 for x in vec])

輸出結果：

[-8, -4, 0, 4, 8]

# 創建一個包含2元tuple的list
print([(x, x ** 2) for x in range(6)]) 

輸出結果：

[(0, 0), (1, 1), (2, 4), (3, 9), (4, 16), (5, 25)]   

在代碼清單13中，除了列表推導式的簡單形式，還說明了列表推導式中可以使用多樣的函數和變量類型。另外，列表推導式中也可以包含條件語句，如代碼清單14所示。

代碼清單14：包含條件語句的列表推導式

# 過濾list，刪除list中的負數
print([x for x in vec if x >= 0])

輸出結果：

[0, 2, 4]

列表推導式最大的優點還是簡潔，這需要與常規的編程方式進行對比。如代碼清單15所示，要創建一個平方數組成的list，這里的兩種方式是等價的，但列表推導式的方式顯然代碼更加簡潔。

代碼清單15：常規方式與列表推導式對比

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# 創建一個平方數list：常規方式
squares = [] 
for x in range(10): 
    squares.append(x ** 2) 
print(squares)

輸出結果：

[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

# 創建一個平方數list列表推導式
squares = [x ** 2 for x in range(10)] 
print(squares)    

輸出結果：

[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]

列表推導式中同樣可以實現嵌套循環，如代碼清單16所示。

代碼清單16：包含嵌套循環的列表推導式

# 打印由tuple組成的list，tuple中i由0至2，j由0至2
[(i, j) for i in range(0, 3) for j in range(0, 3)]

輸出結果：

[(0, 0), (0, 1), (0, 2), (1, 0), (1, 1), (1, 2), (2, 0), (2, 1), (2, 2)]

# 打印由tuple組成的list，i在0至2之間且小于1，j在0至2之間且大于1
[(i, j) for i in range(0, 3) if i < 1 for j in range(0, 3) if j > 1]

輸出結果：

[(0, 2)]

代碼清單16所示的列表推導式將兩個不同list中的元素整合到了一起。列表推導式中包含一對括號，在括號中有一個表達式，表達式后面緊跟一條for語句，然后是零條或多條for語句或if語句。通過for語句和if語句計算出表達式，結果作為新list的元素。