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级别：中级
Robert Brunner (), 研究专家, National Center for Supercomputing Applications
2005 年 10 月 31 日
本文开始讲述如何用Python编程，着重点是流控制，这是编写程序的最简方法之一。在该编程模型中，会操纵来自用户界面、传感器或文件等的数据，根据数据的值或产生的表达式不同，采取的操作也不同。Python提供几种流控制机制。本文将讨论if语句、while循环和for循环。
程序流
该“探索Python“系列的前4篇文章介绍了Python程序中常用的基本数据类型，包括：
* 内置的数值数据类型
* Tuple容器类型
* String容器类型
* List容器类型
该系列的前4篇文章也展示了一些简单的Python例子，这些例子管理保存有这四种类型的数据的变量。尽管我没有指出，但是我自然还是假设您像读一本书一样地读并解释代码。（至少英语中）自然的顺序是从页面或程序的顶端开始，然后从左往右读每一行。当达到行尾后，又是下一行的开始（或者叫做左端），依此类推，沿着页面（这里是指程序）往下走。
Python解释器在其最简单的级别，以类似的方式操作，即从程序的顶端开始，然后一行一行地顺序执行程序语句。例如，清单1展示了几个简单的语句。当把它们键入Python解释器中（或者将它们保存在一个文件中，并作为一个Python程序来执行）时，读取语句的顺序是从左到右。当读到一个行结束符（比如换行符）时，Python解释器就前进到下一行并继续，直到没有了代码行。
>>> i = 1
>>> type(i)
>>> l = [0, 1, 2, 3, 4]
>>> l * i
[0, 1, 2, 3, 4]
|
在本例中，语句以简单的顺序一个接一个。但是情况并不总是线性的。考虑一个个人的例子。您今天早上醒来，听了交通或天气报告（或者两者都听了）。根据交通报告，您可能选择了一条不同的上班路线；或者类似地，根据天气报告，您为周末计划了不同的活动。您的对策并不简单；根据您所获得的信息，生活的自然顺序迂回而曲折。
Python像大多数编程语言一样，通过使用流控制语句，也可以以这种方式操作。在Python中，有3种基本的流控制语句：
* if语句，它基于测试表达式的结果执行一个特定的语句块。
* while循环，它当一个测试表达式为true时执行一个语句块。
* for循环，它对一个语句块执行一定次数。
这个列表相当简单，并且您可能从其他编程语言认识了这些流控制语句。但是您可能在想，语句块是什么意思呢。在清单1中，您看到了几个简单的语句，包括一个变量初始化、一个方法调用（type方法）和一个乘法操作。这些语句执行一个简单的操作，因此把它们叫做简单语句。
Python也具有复合语句，即相关语句形成的语句组，其中包括简单和（可能）附加的复杂语句。例如，根据表达式的值（对个人来说，可能是对“今天的天气晴朗吗”之类问题的答案），一个复合语句可能执行不同的操作或者对一个操作重复多次。这一描述似乎有些类似于前一段的流控制描述。当然应该类似，因为流控制语句就是复合语句。
一个复合语句包括一个流控制指令，后跟一个冒号（:），然后再是一个程序语句块。语句块由一个或多个简单语句和复合语句组成。清单2中提供了一个简单的伪代码例子。
simple statement one
compound statement one:
simple statement two
simple statement three
compound statement two:
simple statement four
simple statement five
|
该语法看起来既熟悉又陌生，并且两种感觉来自相同的事情：缩进。在列大纲或步骤时，您可能会使用不同级别的缩进来分隔每一项，使得列出来的东西更加清晰可读。Python遵循这一模型，
使用缩进来分隔代码块与程序的其余部分。其他编程语言使用特殊的字符来区分代码块，比如基于C的语言中的花括号（{ 和 }）。这些其他语言也鼓励程序员使用缩进，以改善程序的可读性。
另一方面，
Python需要缩进以指示代码块。如果没有正确地缩进，Python解释器会抛出异常。可以使用制表符来标记缩进，但是一般推荐使用空格。（为了一致性，我总是使用4个空格来缩进代码块。）理由很简单：空格字符只有一种解释方式。另一方面，制表符可以有不同的解释方式，根据所使用的平台或工具，可以解释为 2 个、4 个、6 个甚至 8 个空格。
增强程序可读性
缩进要求可能是Python的一个基本指导原则——Python程序应该易于读和理解——的最佳例子。但是这就跟工具一样，顽固分子也可能会编写晦涩的Python代码。例如，螺丝起子是用来起螺丝的，但是有时您也可能用来打开油漆盖子。
两个其他特性有助于编写易读的Python程序，并且这两者都遵循前面所用的书的比喻。首先，书中的行不会延伸到页面外面，都有固定的长度。其次，书中的行不是以特殊符号（比如分号）结束。这两个特性都贯穿于编写Python程序的过程中。
如果某个程序行太长，可以在文件中的下一物理行继续这一行。没有硬性规定一个代码行应该多长。但是一般限制为80个字符，这容易适合大多数显示器的一个打印页面。有几种方式来扩展超过一行的代码语句：
* 三引号字符串可以扩展到多个行。
* 括号中的表达式可以扩展到多个行。
* 可以使用
继续字符（\）来在多行分割语句。
在Python 中，不需要使用特殊字符（或符号）来指示语句的结束。这与有些语言不同。例如，基于C的语言使用分号（;）来指示代码行的结束。然而，有时候需要在一行放多个程序语句，例如初始化变量时。在这样的情况下，可以使用分号来分隔单个语句。
清单3中演示了这两种技术。
>>> 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
|
注意清单3中扩展到多个行的程序语句是如何缩进以改善可读性的。在本例中，缩进不是强制性的，就跟一个复合语句一样。但是正如您所见，缩进改善了程序的外观，因而强烈推荐进行缩进。
if语句
最简单的流控制语句是if语句，它的基本语法在清单4中的伪代码中演示了。if语句在一个布尔表达式计算为True时执行一个程序语句块。if语句支持一个可选的else子句，指示当布尔表达式计算为False时应该处理的程序语句块。
if(expression one):
# Action to take if expression one evaluates True
else:
# Action to take if all expression one evaluates False
|
如果您使用过其他编程语言，那么该语法看起来可能既熟悉又陌生。相似之处在于if语句的一般格式、名称、用于确定如何分支语句执行流的表达式的计算，以及用于处理当表达式计算为False时的情况的else子句。但是有两个方面是完全特定于Python 的：带有冒号字符的if和else语句的终止，以及if和else块中语句的缩进。正如所提到的，这两个特征是Python中流控制语句所必需的。
在清单5中，一个简单的if/else条件测试一个给定的数字是奇数还是偶数，并打印出结果。
>>> i = 8
>>> if(i % 2):
... print "Odd Number"
... else:
... print "Even Number"
...
Even Number
|
一个似乎有些混乱的地方是if语句后面每一行前面的三个点（...）。当键入if语句和终止的冒号，并按键盘上的回车键时，Python解释器就知道您输入了一个复合语句。因此，它就
将提示符从三个大于符号（>>>）改为三个点（...）。因为Python需要缩进以错开当表达式计算为True或False时应该执行的语句块，所以两个print语句都缩进了4个空格。
if语句（以及本文后面讨论的elif子句和while循环）中的表达式可以很复杂。它可以包括多个使用 Python中支持的不同关系运算符的子表达式。而子表达式又可使用and、or和not逻辑运算符组合起来。本系列的第一篇文章“探索 Python，第1部分：Python的内置数值类型”，包含更多关于布尔表达式和Python中不同关系和逻辑运算符的信息。
至此，已经看到了if语句可以如何用于根据一个特定布尔表达式的值，来执行两个程序语句块中的其中一个。然而在有些情况下，可能需要更多的选择。幸运的是，Python提供了if语句的一个简单扩展。提供的解决方案非常简单：给else子句添加一个额外的if语句，结果是一个else if语句，简写为elif，如清单 6 所示。
>>> i = -8
>>> if(i > 0):
... print "Positive Integer"
... elif(i < 0):
... print "Negative Integer"
... else:
... print "Zero"
...
Negative Integer
|
本例只包含一个elif语句，而实际中可根据程序需要包含任意多个。尽管它不是最优的解决方案，但是多个elif语句可以用于模拟其他一些语言中的switch case语句。
while循环
Python中的第二种流控制语句是while循环，它在一个表达式计算为True时执行一个程序语句块。while循环与if语句一样，支持一个可选的else子句，其中包含一个当表达式计算为False时执行的程序语句块。但是
对于while循环，这意味着在循环终止后，else子句中的代码被执行一次（参见清单7中的伪代码）。
while (expression):
# statements to execute while loop expression is True
else:
# statements to execute when loop expression is False
|
理解了if语句之后，while循环理解起来就相当简单了。但是一定要知道，循环一直要执行到表达式计算为False。这意味着循环体中执行的程序语句必须要改变表达式的值，否则循环将无法结束。如清单8所示。
>>> i = 0 ; x = 10
>>> while(x > 0):
... i+=1 ; x -= 1
... else:
... print i, x
...
10 0
|
该例演示了几件事情。首先，它在一行中组合了变量初始化和变量修改：在本例中是i和x变量。其次，分别使用缩写形式的运算符+=和-=来递增i的值和递减x的值。在本例中，循环开始时x的值为10。每通过一次循环，x的值就递减1。最后，x的值为0，此时循环退出，并执行else子句中的代码，打印出两个变量的值。
while循环（与本文后面介绍的for循环一样）支持三种附加语句：
* continue * break * pass continue和break语句分别用于在while循环中继续下一次循环或中断循环。这两个语句通常放在if语句体中，以便由一个特殊的条件触发continue或break操作。
break语句的一个特殊特性是，它完全中断循环，并跳转到循环下面的任一个else子句。 pass语句什么都不做，它用作一个占位符，即在需要一个语句，但是程序逻辑不需要操作时使用。清单 9中演示了这三种语句。
>>> 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
|
这个虚构的例子一直循环到变量i大于或等于1,000。在循环中，将i乘以5，然后测试i是否被25整除。记住，您只在表达式为True时执行if语句体。该表达式在当变量i不能被25整除时计算为True。（在 Python表达式中，非零数被计算为布尔值True。）
循环体中的下一个语句是第二个if语句，它测试变量i是否能被125整除，但是该表达式前面加了一个 not运算符。因此，当变量i的值能被125整除时执行第二个if语句体。此时，break语句导致程序执行中断 while循环，跳转到else子句。
最后一个if语句永远不会执行，只是用于演示如何在程序中编写pass语句。在后续文章中，将会介绍 pass语句更相关的一些情况。
通过跟踪程序的逻辑流可以看到，第一次通过循环后，变量i的值变为5。第一个if语句计算为True，因为5不能被25整除。这就会第二次进入while循环，这次变量i变成了25。现在第一个if语句计算为False，因为25能被25整除。第二个和第三个if语句也计算为False，意味着第三次进入循环。这次变量i变成了125，并且第一个if语句计算为False。
但是第二个if语句计算为True，因为变量i能被125整除（并且not运算符将结果0转换成布尔值 True）。这导致执行break语句，中断循环。else子句永远不被执行，所以直到显式使用print语句之前不会输出任何东西。
for循环
Python中的for循环很特殊，与Python编程语言中内置的容器数据类型紧密相关。当您在现实生活中有一个容器对象（比如书包）时，您通常想要看它所包含的东西。在编写Python程序时也是这样的。当需要对某件事情做一定的次数时（就像针对容器中的每一项一样），可使用for循环。清单10中的伪代码格式演示了 for循环。
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容器类型的丰富特性，for循环非常强大。本质上，for循环涉及到一个迭代器（iterator），用于在集合中逐项移动。本系列的下一篇文章将更加详细地介绍for循环，以及如何正确地将它与不同容器类型一起使用。
控制流
本文介绍了三种Python程序语句：if语句、while循环和for循环。这三种语句通过选择执行哪些语句，或者通过多次执行一组语句，让您可以改变程序流。在后续文章中将大量用到这些语句。复合语句的特性引入了Python程序中的适当缩进特性，这使得Python程序易于读和理解。
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讨论 Robert J. Brunner 是国家超级计算应用中心的研究专家，而且是伊利诺伊大学香槟分校的天文学助理教授。他就许多主题出版了几本书，撰写了许多文章和教程。
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