程序流

Python 解釋器在其最簡(jiǎn)單的級(jí)別，以類(lèi)似的方式操作，即從程序的頂端開(kāi)始，然后一行一行地順序執(zhí)行程序語(yǔ)句。例如，清單 1 展示了幾個(gè)簡(jiǎn)單的語(yǔ)句。當(dāng)把它們鍵入 Python 解釋器中（或者將它們保存在一個(gè)文件中，并作為一個(gè) Python 程序來(lái)執(zhí)行）時(shí)，讀取語(yǔ)句的順序是從左到右。 當(dāng)讀到一個(gè)行結(jié)束符（比如換行符）時(shí)，Python 解釋器就前進(jìn)到下一行并繼續(xù)，直到?jīng)]有了代碼行。
清單 1. 一個(gè)簡(jiǎn)單的 Python 程序

>>> i = 1
>>> type(i)
<type 'int'>
>>> l = [0, 1, 2, 3, 4]
>>> l * i
[0, 1, 2, 3, 4]

在本例中，語(yǔ)句以簡(jiǎn)單的順序一個(gè)接一個(gè)。但是情況并不總是線性的?？紤]一個(gè)個(gè)人的例子。您今天早上醒來(lái)，聽(tīng)了交通或天氣報(bào)告（或者兩者都聽(tīng)了）。根據(jù)交通報(bào)告，您可能選擇了一條不同的上班路線；或者類(lèi)似地，根據(jù)天氣報(bào)告，您為周末計(jì)劃了不同的活動(dòng)。您的對(duì)策并不簡(jiǎn)單；根據(jù)您所獲得的信息，生活的自然順序迂回而曲折。

Python 像大多數(shù)編程語(yǔ)言一樣，通過(guò)使用流控制語(yǔ)句，也可以以這種方式操作。在 Python 中，有 3 種基本的流控制語(yǔ)句：

1.     if 語(yǔ)句，它基于測(cè)試表達(dá)式的結(jié)果執(zhí)行一個(gè)特定的語(yǔ)句塊。
2.     while 循環(huán)，它當(dāng)一個(gè)測(cè)試表達(dá)式為 true 時(shí)執(zhí)行一個(gè)語(yǔ)句塊。
3.     for 循環(huán)，它對(duì)一個(gè)語(yǔ)句塊執(zhí)行一定次數(shù)。

這個(gè)列表相當(dāng)簡(jiǎn)單，并且您可能從其他編程語(yǔ)言認(rèn)識(shí)了這些流控制語(yǔ)句。但是您可能在想，語(yǔ)句塊 是什么意思呢。在清單 1 中，您看到了幾個(gè)簡(jiǎn)單的語(yǔ)句，包括一個(gè)變量初始化、一個(gè)方法調(diào)用（type 方法）和一個(gè)乘法操作。這些語(yǔ)句執(zhí)行一個(gè)簡(jiǎn)單的操作，因此把它們叫做簡(jiǎn)單語(yǔ)句。

Python 也具有復(fù)合語(yǔ)句，即相關(guān)語(yǔ)句形成的語(yǔ)句組，其中包括簡(jiǎn)單和（可能）附加的復(fù)雜語(yǔ)句。例如，根據(jù)表達(dá)式的值（對(duì)個(gè)人來(lái)說(shuō)，可能是對(duì)“今天的天氣晴朗嗎”之類(lèi)問(wèn)題的答案），一個(gè)復(fù)合語(yǔ)句可能執(zhí)行不同的操作或者對(duì)一個(gè)操作重復(fù)多次。這一描述似乎有些類(lèi)似于前一段的流控制描述。當(dāng)然應(yīng)該類(lèi)似，因?yàn)榱骺刂普Z(yǔ)句就是復(fù)合語(yǔ)句。

一個(gè)復(fù)合語(yǔ)句包括一個(gè)流控制指令，后跟一個(gè)冒號(hào)（:），然后再是一個(gè)程序語(yǔ)句塊。語(yǔ)句塊由一個(gè)或多個(gè)簡(jiǎn)單語(yǔ)句和復(fù)合語(yǔ)句組成。清單 2 中提供了一個(gè)簡(jiǎn)單的偽代碼例子。
清單 2. 一個(gè)偽代碼例子展示了簡(jiǎn)單語(yǔ)句和復(fù)雜語(yǔ)句

simple statement one
compound statement one:
  simple statement two
  simple statement three
  compound statement two:
    simple statement four
simple statement five

該語(yǔ)法看起來(lái)既熟悉又陌生，并且兩種感覺(jué)來(lái)自相同的事情：縮進(jìn)。在列大綱或步驟時(shí)，您可能會(huì)使用不同級(jí)別的縮進(jìn)來(lái)分隔每一項(xiàng)，使得列出來(lái)的東西更加清晰可讀。Python 遵循這一模型，使用縮進(jìn)來(lái)分隔代碼塊與程序的其余部分。其他編程語(yǔ)言使用特殊的字符來(lái)區(qū)分代碼塊，比如基于 C 的語(yǔ)言中的花括號(hào)（{ 和 }）。這些其他語(yǔ)言也鼓勵(lì)程序員使用縮進(jìn)，以改善程序的可讀性。

另一方面，Python 需要縮進(jìn)以指示代碼塊。如果沒(méi)有正確地縮進(jìn)，Python 解釋器會(huì)拋出異常。可以使用制表符來(lái)標(biāo)記縮進(jìn)，但是一般推薦使用空格。（為了一致性，我總是使用 4 個(gè)空格來(lái)縮進(jìn)代碼塊。）理由很簡(jiǎn)單：空格字符只有一種解釋方式。另一方面，制表符可以有不同的解釋方式，根據(jù)所使用的平臺(tái)或工具，可以解釋為 2 個(gè)、4 個(gè)、6 個(gè)甚至 8 個(gè)空格。
增強(qiáng)程序可讀性

縮進(jìn)要求可能是 Python 的一個(gè)基本指導(dǎo)原則 —— Python 程序應(yīng)該易于讀和理解 —— 的最佳例子。但是這就跟工具一樣，頑固分子也可能會(huì)編寫(xiě)晦澀的 Python 代碼。例如，螺絲起子是用來(lái)起螺絲的，但是有時(shí)您也可能用來(lái)打開(kāi)油漆蓋子。

兩個(gè)其他特性有助于編寫(xiě)易讀的 Python 程序，并且這兩者都遵循前面所用的書(shū)的比喻。首先，書(shū)中的行不會(huì)延伸到頁(yè)面外面，都有固定的長(zhǎng)度。其次，書(shū)中的行不是以特殊符號(hào)（比如分號(hào)）結(jié)束。這兩個(gè)特性都貫穿于編寫(xiě) Python 程序的過(guò)程中。

如果某個(gè)程序行太長(zhǎng)，可以在文件中的下一物理行繼續(xù)這一行。沒(méi)有硬性規(guī)定一個(gè)代碼行應(yīng)該多長(zhǎng)。但是一般限制為 80 個(gè)字符，這容易適合大多數(shù)顯示器的一個(gè)打印頁(yè)面。有幾種方式來(lái)擴(kuò)展超過(guò)一行的代碼語(yǔ)句：

•     三引號(hào)字符串可以擴(kuò)展到多個(gè)行。
•     括號(hào)中的表達(dá)式可以擴(kuò)展到多個(gè)行。
•     可以使用繼續(xù)字符（\）來(lái)在多行分割語(yǔ)句。

在 Python 中，不需要使用特殊字符（或符號(hào)）來(lái)指示語(yǔ)句的結(jié)束。這與有些語(yǔ)言不同。例如，基于 C 的語(yǔ)言使用分號(hào)（;）來(lái)指示代碼行的結(jié)束。然而，有時(shí)候需要在一行放多個(gè)程序語(yǔ)句，例如初始化變量時(shí)。在這樣的情況下，可以使用分號(hào)來(lái)分隔單個(gè)語(yǔ)句。

清單 3 中演示了這兩種技術(shù)。
清單 3. 演示 Python 的可讀性技術(shù)

>>> i1 = 10 ; i2 = 20 ; i3 = 30
>>>
>>> b = ((i1 < 20) and
...   (i2 < 30) and
...   (i3 < 40))
>>> b
True
>>>
>>> b = (i1 < 20) and \
...   (i2 < 30) and \
...   (i3 < 40)
>>> 
>>> b
True

注意清單 3 中擴(kuò)展到多個(gè)行的程序語(yǔ)句是如何縮進(jìn)以改善可讀性的。在本例中，縮進(jìn)不是強(qiáng)制性的，就跟一個(gè)復(fù)合語(yǔ)句一樣。但是正如您所見(jiàn)，縮進(jìn)改善了程序的外觀，因而強(qiáng)烈推薦進(jìn)行縮進(jìn)。

if 語(yǔ)句

最簡(jiǎn)單的流控制語(yǔ)句是 if 語(yǔ)句，它的基本語(yǔ)法在清單 4 中的偽代碼中演示了。if 語(yǔ)句在一個(gè)布爾表達(dá)式計(jì)算為 True 時(shí)執(zhí)行一個(gè)程序語(yǔ)句塊。if 語(yǔ)句支持一個(gè)可選的 else 子句，指示當(dāng)布爾表達(dá)式計(jì)算為 False 時(shí)應(yīng)該處理的程序語(yǔ)句塊。
清單 4. if 語(yǔ)句的基本語(yǔ)法

if(expression one):
  # Action to take if expression one evaluates True
else:
  # Action to take if all expression one evaluates False

如果您使用過(guò)其他編程語(yǔ)言，那么該語(yǔ)法看起來(lái)可能既熟悉又陌生。相似之處在于 if 語(yǔ)句的一般格式、名稱(chēng)、用于確定如何分支語(yǔ)句執(zhí)行流的表達(dá)式的計(jì)算，以及用于處理當(dāng)表達(dá)式計(jì)算為 False 時(shí)的情況的 else 子句。但是有兩個(gè)方面是完全特定于 Python 的：帶有冒號(hào)字符的 if 和 else 語(yǔ)句的終止，以及 if 和 else 塊中語(yǔ)句的縮進(jìn)。正如所提到的，這兩個(gè)特征是 Python 中流控制語(yǔ)句所必需的。

在清單 5 中，一個(gè)簡(jiǎn)單的 if/else 條件測(cè)試一個(gè)給定的數(shù)字是奇數(shù)還是偶數(shù)，并打印出結(jié)果。
清單 5. 一個(gè)簡(jiǎn)單的 if 語(yǔ)句例子

>>> i = 8
>>> if(i % 2):
...   print "Odd Number"
... else:
...   print "Even Number"
... 
Even Number

一個(gè)似乎有些混亂的地方是 if 語(yǔ)句后面每一行前面的三個(gè)點(diǎn)（...）。當(dāng)鍵入 if 語(yǔ)句和終止的冒號(hào)，并按鍵盤(pán)上的回車(chē)鍵時(shí)，Python 解釋器就知道您輸入了一個(gè)復(fù)合語(yǔ)句。因此，它就將提示符從三個(gè)大于符號(hào)（>>>）改為三個(gè)點(diǎn)（...）。因?yàn)?Python 需要縮進(jìn)以錯(cuò)開(kāi)當(dāng)表達(dá)式計(jì)算為 True 或 False 時(shí)應(yīng)該執(zhí)行的語(yǔ)句塊，所以?xún)蓚€(gè) print 語(yǔ)句都縮進(jìn)了 4 個(gè)空格。

if 語(yǔ)句（以及本文后面討論的 elif 子句和 while 循環(huán)）中的表達(dá)式可以很復(fù)雜。它可以包括多個(gè)使用 Python 中支持的不同關(guān)系運(yùn)算符的子表達(dá)式。而子表達(dá)式又可使用 and、or 和 not 邏輯運(yùn)算符組合起來(lái)。本系列的第一篇文章“探索 Python，第 1 部分：Python 的內(nèi)置數(shù)值類(lèi)型”，包含更多關(guān)于布爾表達(dá)式和 Python 中不同關(guān)系和邏輯運(yùn)算符的信息。

至此，已經(jīng)看到了 if 語(yǔ)句可以如何用于根據(jù)一個(gè)特定布爾表達(dá)式的值，來(lái)執(zhí)行兩個(gè)程序語(yǔ)句塊中的其中一個(gè)。然而在有些情況下，可能需要更多的選擇。幸運(yùn)的是，Python 提供了 if 語(yǔ)句的一個(gè)簡(jiǎn)單擴(kuò)展。提供的解決方案非常簡(jiǎn)單：給 else 子句添加一個(gè)額外的 if 語(yǔ)句。結(jié)果是一個(gè) else if 語(yǔ)句，簡(jiǎn)寫(xiě)為 elif，如清單 6 所示。
清單 6. 使用 elif 語(yǔ)句

>>> i = -8
>>> if(i > 0):
...   print "Positive Integer"
... elif(i < 0):
...   print "Negative Integer"
... else:
...   print "Zero"
... 
Negative Integer

本例只包含一個(gè) elif 語(yǔ)句，而實(shí)際中可根據(jù)程序需要包含任意多個(gè)。盡管它不是最優(yōu)的解決方案，但是多個(gè) elif 語(yǔ)句可以用于模擬其他一些語(yǔ)言中的 switch case 語(yǔ)句。

while 循環(huán)

Python 中的第二種流控制語(yǔ)句是 while 循環(huán)，它在一個(gè)表達(dá)式計(jì)算為 True 時(shí)執(zhí)行一個(gè)程序語(yǔ)句塊。while 循環(huán)與 if 語(yǔ)句一樣，支持一個(gè)可選的 else 子句，其中包含一個(gè)當(dāng)表達(dá)式計(jì)算為 False 時(shí)執(zhí)行的程序語(yǔ)句塊。但是對(duì)于 while 循環(huán)，這意味著在循環(huán)終止后，else 子句中的代碼被執(zhí)行一次（參見(jiàn)清單 7 中的偽代碼）。
清單 7. while 循環(huán)的偽代碼

while (expression):
  # statements to execute while loop expression is True
else:
  # statements to execute when loop expression is False

理解了 if 語(yǔ)句之后，while 循環(huán)理解起來(lái)就相當(dāng)簡(jiǎn)單了。但是一定要知道，循環(huán)一直要執(zhí)行到表達(dá)式計(jì)算為 False。這意味著循環(huán)體中執(zhí)行的程序語(yǔ)句必須要改變表達(dá)式的值，否則循環(huán)將無(wú)法結(jié)束。如清單 8 所示。
清單 8. while 循環(huán)的一個(gè)簡(jiǎn)單例子

>>> i = 0 ; x = 10
>>> while(x > 0):
...   i+=1 ; x -= 1
... else:
...   print i, x
... 
10 0

該例演示了幾件事情。首先，它在一行中組合了變量初始化和變量修改：在本例中是 i 和 x 變量。其次，分別使用縮寫(xiě)形式的運(yùn)算符 += 和 -= 來(lái)遞增 i 的值和遞減 x 的值。在本例中，循環(huán)開(kāi)始時(shí) x 的值為 10。每通過(guò)一次循環(huán)，x 的值就遞減 1。最后，x 的值為 0，此時(shí)循環(huán)退出，并執(zhí)行 else 子句中的代碼，打印出兩個(gè)變量的值。

while 循環(huán)（與本文后面介紹的 for 循環(huán)一樣）支持三種附加語(yǔ)句：

1.     continue
2.     break
3.     pass

continue 和 break 語(yǔ)句分別用于在 while 循環(huán)中繼續(xù)下一次循環(huán)或中斷循環(huán)。這兩個(gè)語(yǔ)句通常放在 if 語(yǔ)句體中，以便由一個(gè)特殊的條件觸發(fā) continue 或 break 操作。break 語(yǔ)句的一個(gè)特殊特性是，它完全中斷循環(huán)，并跳轉(zhuǎn)到循環(huán)下面的任一個(gè) else 子句。

pass 語(yǔ)句什么都不做。它用作一個(gè)占位符，即在需要一個(gè)語(yǔ)句，但是程序邏輯不需要操作時(shí)使用。清單 9 中演示了這三種語(yǔ)句。
清單 9. 使用 continue、break 和 pass 語(yǔ)句

>>> i = 1
>>> while(i < 1000):
...   i *= 5
...   if(i % 25):
...     continue
...   if not (i % 125): 
...     break
...   if not (i % 1000):
...     pass
... else:
...   print i
... 
>>> print i
125

這個(gè)虛構(gòu)的例子一直循環(huán)到變量 i 大于或等于 1,000。在循環(huán)中，將 i 乘以 5，然后測(cè)試 i 是否被 25 整除。記住，您只在表達(dá)式為 True 時(shí)執(zhí)行 if 語(yǔ)句體。該表達(dá)式在當(dāng)變量 i 不能被 25 整除時(shí)計(jì)算為 True。（在 Python 表達(dá)式中，非零數(shù)被計(jì)算為布爾值 True。）

循環(huán)體中的下一個(gè)語(yǔ)句是第二個(gè) if 語(yǔ)句，它測(cè)試變量 i 是否能被 125 整除，但是該表達(dá)式前面加了一個(gè) not 運(yùn)算符。因此，當(dāng)變量 i 的值能被 125 整除時(shí)執(zhí)行第二個(gè) if 語(yǔ)句體。此時(shí)，break 語(yǔ)句導(dǎo)致程序執(zhí)行中斷 while 循環(huán)，跳轉(zhuǎn)到 else 子句。

最后一個(gè) if 語(yǔ)句永遠(yuǎn)不會(huì)執(zhí)行，只是用于演示如何在程序中編寫(xiě) pass 語(yǔ)句。在后續(xù)文章中，將會(huì)介紹 pass 語(yǔ)句更相關(guān)的一些情況。

通過(guò)跟蹤程序的邏輯流可以看到，第一次通過(guò)循環(huán)后，變量 i 的值變?yōu)?5。第一個(gè) if 語(yǔ)句計(jì)算為 True，因?yàn)?5 不能被 25 整除。這就會(huì)第二次進(jìn)入 while 循環(huán)，這次變量 i 變成了 25。現(xiàn)在第一個(gè) if 語(yǔ)句計(jì)算為 False，因?yàn)?25 能被 25 整除。第二個(gè)和第三個(gè) if 語(yǔ)句也計(jì)算為 False，意味著第三次進(jìn)入循環(huán)。這次變量 i 變成了 125，并且第一個(gè) if 語(yǔ)句計(jì)算為 False。

但是第二個(gè) if 語(yǔ)句計(jì)算為 True，因?yàn)樽兞?i 能被 125 整除（并且 not 運(yùn)算符將結(jié)果 0 轉(zhuǎn)換成布爾值 True）。這導(dǎo)致執(zhí)行 break 語(yǔ)句，中斷循環(huán)。else 子句永遠(yuǎn)不被執(zhí)行，所以直到顯式使用 print 語(yǔ)句之前不會(huì)輸出任何東西。

for 循環(huán)

Python 中的 for 循環(huán)很特殊，與 Python 編程語(yǔ)言中內(nèi)置的容器數(shù)據(jù)類(lèi)型緊密相關(guān)。當(dāng)您在現(xiàn)實(shí)生活中有一個(gè)容器對(duì)象（比如書(shū)包）時(shí)，您通常想要看它所包含的東西。在編寫(xiě) Python 程序時(shí)也是這樣的。當(dāng)需要對(duì)某件事情做一定的次數(shù)時(shí)（就像針對(duì)容器中的每一項(xiàng)一樣），可使用 for 循環(huán)。清單 10 中的偽代碼格式演示了 for 循環(huán)。
清單 10. for 循環(huán)的偽代碼

for item in container:
  # action to repeat for each item in the container
else:
  # action to take once we have finished the loop.

由于 Python 容器類(lèi)型的豐富特性，for 循環(huán)非常強(qiáng)大。本質(zhì)上，for 循環(huán)涉及到一個(gè)迭代器（iterator），用于在集合中逐項(xiàng)移動(dòng)。本系列的下一篇文章將更加詳細(xì)地介紹 for 循環(huán)，以及如何正確地將它與不同容器類(lèi)型一起使用。

控制流

本文介紹了三種 Python 程序語(yǔ)句：if 語(yǔ)句、while 循環(huán)和 for 循環(huán)。這三種語(yǔ)句通過(guò)選擇執(zhí)行哪些語(yǔ)句，或者通過(guò)多次執(zhí)行一組語(yǔ)句，讓您可以改變程序流。在后續(xù)文章中將大量用到這些語(yǔ)句。復(fù)合語(yǔ)句的特性引入了 Python 程序中的適當(dāng)縮進(jìn)特性，這使得 Python 程序易于讀和理解。

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