本节书摘来自华章计算机《树莓派Python编程指南》一书中的第3章,第3.3节,作者:(美) Alex Bradbury Ben Everard更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。
3.3 控制程序流程
while循环是一种最简单的循环。只要结果是布尔类型的任何语句都可以做它的判断条件,它将会持续循环到条件为假。如果条件始终为真,它将一直循环下去。例如:
但愿你还记得第2章的循环体。在条件后面要加上冒号,接下来的一行要有缩进,所有缩进部分都属于循环体。要在Python解释器中运行这段代码,输入print语句之后要按回车键(Enter)。用退格键(backspace)删掉自动产生的tab(缩进),然后再按回车键。这是告诉Python循环体结束了,你需要执行这段代码。
这段代码会陷入死循环,按Ctrl+C组合键可以终止它。
无论判断条件选择的多么复杂都可以,只要它的返回值是真或假就可以了。但为了最终能够跳出循环,通常需要一个或多个变量以方便在循环内部改变判断条件。比如说,下面这个猜数字游戏中的主循环。
注意,如果输入非数字的字符,这个程序将报错。后面我们会介绍如何简单地修复这个问题,但让我们先来看一下另一种循环。
3.3.1 用循环遍历数据
for循环可以用来遍历数据,它在每次循环中对一个数据进行处理。通常我们在rang(x, y)的帮助下,遍历从x到y的每一个数据。例如,你可以得出一个12倍表:
rang()还有一个参数,可以设定两个连续数字之间的间隔。例如我们把range(1,13)改成range(2,14,2),它将会只计算从2到14的所有偶数。我们还可以使用其他线性数据类型(包括字符串)和集合来控制for循环。下列例子都是合法的:
最后一行是一个很好的例子,它展示了使用错误的数据类型会有什么结果。集合和其他类型有点不一样,因为它没有顺序,只是一堆数据的集合。下面两个例子的执行结果是一样的。
字典有点特别,因为它保存的不是元素,而是键值对。for循环中可以使用它,但必须做些特殊处理:
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使用集合,你就不能控制循环中访问数据的顺序。实际上,如果你期望用for循环顺序访问数据,则需要使用线性数据结构,如列表或元组,而不是使用像集合或字典这样的无序数据结构。
3.3.2 深入理解循环嵌套
编程时经常需要同时遍历多种数据,比如下面这个用来找出1到30之间所有素数的程序。
请注意缩进级别,第一个循环体的缩进为一,第二个循环体的缩进为二。这一点非常重要,只有这样,Python才能理解哪个代码属于哪个循环体,以及每个循环体在何处结束。
使用嵌套时要注意,它可能会使程序变慢。上面的例子运行得很快,但如果你试图计算3000以内的素数(只需要在第一行的30后面加两个零),程序运行就会花非常长的时间。不只是因为外层循环要多循环上千次,每次走进内层循环也需要多执行很多次。你会发现整个程序运行起来很慢(如果你在做这个实验,记得按Ctrl+C组合键可以停止它)。幸运的是,我们还可以改进它。试一下这个程序:
首先,使用range(1, 3000, 2)跳过所有的偶数。我们直接省去一半时间。其次,你可能注意到了,在if里面我们多加了一个break。这会让我们节约更多时间。我们是在计算素数,因此不用关心每个数的所有约数。一旦发现这个数字是非素数,就可以直接使用break跳出循环,继续执行下面一行(if is_prime:)。这两点优化可以使程序运行得更快。
3.3.3 使用if语句控制程序分支
不仅可以使用循环来不断执行某段代码,还可以使用分支来控制Python程序流,使其根据不同条件,执行不同的代码。分支由if语句实现。我们已经见过很多次if语句,现在来复习一下。if语句,像while循环一样,只需要一个布尔类型的条件。它后面还可以有附加语句如elif(else-if)和else语句。例如:
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一个if语句最多只执行一段代码,只要Python发现条件为真,就执行该段代码并结束整个if语句。因此如果在上面的程序中输入10,它将只返回该数字可以被2整除,而不会试下该数字能否被5整除(如果你期望它试一下,就需要写一个新的if语句而不是用elif)。如果没有一个条件为真,则执行else后面的代码段。在其他例子中可以看到,if语句可以不带elif或else。如果没有else语句,同时判断条件也不成立,Python就会跳过if语句,不执行其中的任何代码。
3.3.4 捕获异常
如果你喜欢尝试,在前面的例子中试图输入过非数字的字符,就会发现程序会报错。这是因为Python不能把任意字符转换成数字,它不知道该怎么做了。此时,Python就会报出错误。目前为止,我们只是放任它这么做,然后,就会导致程序崩溃。
然而,如果你知道某段代码可能会报出异常,可以告诉Python,这样程序就知道遇到问题时该如何处理。可以参考下面代码:
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你可以告诉Python要处理的错误类型,因为Python在异常时会输出错误类型。如:
可以看到,这是个ValueError(值错误)。因此前一个例子可以改成:
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练习2
试着使用try语句来捕获由于用户输入错误导致的异常,修复本章开始的猜数字游戏。