3.2　控制流

Python中的控制流语句和其他编程软件控制流相似，主要包含if分支、for循环和while循环，而且控制流的使用非常频繁。例如，分不同情况执行不同的内容就可以使用if分支完成；对每一个对象进行相同的操作可以使用for循环实现；当无法确定循环的对象是什么时，还可以使用while循环完成重复性的操作。下面就详细介绍if分支、for循环和while循环的具体使用说明。

3.2.1　if分支

if分支是用来判别某个条件是否满足时所对应的执行内容，常见的分支类型有二分支类型和多分支类型。二分支是指条件只有两种情况，例如年龄是否大于18周岁，收入是否超过15000元等。多分支是指条件个数超过两种，例如将考试成绩分成合格、良好和优秀三种等级，将年龄分为少年、青年、中年和老年4个段。可以将if分支形象地表示成图3-1。

图3-1　if分支流程图

如图3-1所示，菱形代表条件，矩形代表不同条件下执行的语句块。左图展示的就是二分支的情况，右图为三分支的判断风格。在Python中二分支和三分支的语法可以写成表3-1的形式。

表3-1　if分支的二分支和三分支的语法

关于上面的语法，有如下4点需要注意：

• 对于多分支的情况，else if在Python缩写为elif。
• 不论是关键词if、elif还是else，其所在的行末尾都必须加上英文状态的冒号。
• 在条件之后的执行语句（expression部分）都需要缩进，而且在整个语句块中，保持缩进风格一致。
• else关键词后面千万不要再加上具体的条件。

针对上面的语法，通过简单的例子（见表3-2）来加以说明，希望读者能够比较好地理解if分支的语法和注意事项。

表3-2　if语句二分支和多分支的例子

3.2.2　for循环

循环的目的一般都是为了解决重复性的工作，如果你需要对数据集中的每一行做相同的处理，但不使用循环的话，就会导致代码量剧增，而且都是无意义的重复代码。如果使用循环的语法解决类似上面的问题，也许只要10行左右的代码即可，既保证代码的简洁性，又保证问题得到解决。为了使读者形象地理解for循环的操作流程，可将其表示为如图3-2所示的效果。

图3-2　for循环的操作流程

如图3-2所示，对于for循环来说，就是把可迭代对象中的元素（如列表中的每一个元素）通过漏斗的小口依次倒入之后的执行语句中。在图3-2中，漏斗代表可迭代对象，小球代表可迭代对象中的元素，黑框是对每一个元素的具体计算过程，菱形是需要对每一个元素做条件判断，圆柱体则存放了计算后的结果。

对于左图来说，直接将漏斗中的每一个元素进行某种计算，最终把计算结果存储起来；右图相对复杂一些，多了一步计算前的判断，这个就需要if分支和for循环搭配完成，然后将各分支的结果进行存储。接下来，分别对如上两种for循环用法加以案例说明。

如上展示的就是对列表list6中每个元素做平方加1的结果，在for循环之前先构造了空列表result，用于最终计算结果的存储；Python中的指数运算可以使用两个星号表示，如3的5次方可以写成3**5；最后通过列表的append方法将每个元素的计算结果依次存入result变量中。下面再看一个有判断条件的for循环用法。

如上结果所示，通过for循环可以非常方便地计算出所有1到100之间的偶数和。对于上面Python语句有如下5点说明：

• 在进入循环之前必须定义一个变量，并将0赋给它，目的是用于和的累加。
• 虽然可以通过方括号[]实现列表的构建，但是手工写入1至100的数字很麻烦，如果使用Python提供的range函数就可以非常方便地生成有规律的可迭代对象，但是该函数取不到上限，所以range函数的第二个参数写入的是101。
• 判断一个数值是否为偶数，就将该数值与2相除求其余数，如果余数等于0则为偶数，否则为奇数，所以用%表示计算两个数商的余数，判断余数是否等于0，用双等号“==”表示。
• 由于计算的是偶数和，所以if分支属于二分支类型，这里只关心偶数的和，对于else部分就直接使用关键词pass表示忽略，当然读者也可以省略掉else:和pass两行。
• 最后的print输出部分使用了格式化的输出方法，如代码中的%d代表一个整数型的坑，%s1_100就是往坑中填入的值，如果有多个待填入坑，就得指定多个填入的值，这样的格式化输出可以写成%（值1,值2,值3）。除了有整数型的坑，还有%s、%f和.2f%等，分别代表字符型的坑、浮点型（小数型）的坑和保留两位小数点的浮点型坑等。

如果是对可迭代对象中的每一个元素做相同处理的话，正如上面的例子中对列表list6的每个元素做平方加1的计算，不仅可以使用for循环，还可以通过更简单的列表表达式完成。对于列表表达式，可以写成如下语法：

    [expression for i in iterable if condition]

在上面的列表表达式中，expression就是对每一个元素的具体操作表达式；iterable是某个可迭代对象，如列表、元组或字符串等；if condition是对每一个元素做分支判断，如果条件符合，则expression操作对应的元素。为了更好地说明列表表达式，下面举一个示例：

    # 对列表中的偶数做三次方减10的处理
    list7 = [3,1,18,13,22,17,23,14,19,28,16]
    result = [i ** 3 - 10 for i in list7 if i % 2 == 0]
    print(result)


    out:
    [5822, 10638, 2734, 21942, 4086]

如上结果所示，在原列表list7中通过余数判断获得5个偶数，分别是18、22、14、28和16，再对这些数做三次方减10的操作就得到了最终的输出结果，而且结果还是列表型的数据结构。Python中除了有列表表达式，还有元组表达式和字典表达式，它们的语法跟列表表达式类似，由于它们在实际工作中的使用并不是很频繁，所以就不对它们做详细说明了。

如果读者在学习或工作中需要解决的问题既可以用for循环实现也可以通过列表表达式完成，建议优先选择列表表达式的方法，因为其语法简洁，而且在计算的效率上也比多行的for循环高得多。关于for循环的内容就讲解这么多，最后介绍控制流中的while循环。

3.2.3　while循环

while循环与for循环有一些相似之处，有时for循环的操作和while循环的操作是可以互换的，但while循环更适合无具体迭代对象的重复性操作。这句话理解起来可能比较吃力，下面通过一个比较形象的例子来说明两者的差异。

当你登录某手机银行APP账号时，一旦输入错误，就会告知用户还剩几次输入机会，很明显，其背后的循环就是限定用户只能在N次范围内完成正确的输入，否则当天就无法再进行用户名和密码的输入，对于for循环来说，就有了具体的迭代对象，如从1到N；当你在登录某邮箱账号时，输入错误的用户名或密码，只会告知“您的用户名或密码错误”，并不会限定还有几次剩余的输入机会，所以对于这种重复性的输入操作，对方服务器不确定用户将会输入多少次才会正确，对于while循环来说，就相当于一个无限次的循环，除非用户输入正确。

首先来了解一下while循环在Python中的语法表达：

    while condition:
        if condition1:
        expression1
    elif condition2:
        expression2
    else:
        expression3

当while关键词后面的条件满足时，将会重复执行第二行开始的所有语句块。一般情况下，while循环都会与if分支搭配使用，就像for循环与if分支搭配一样，如上面的while循环语法中就内嵌了三分支的if判断，读者可以根据具体的情况调整分支的个数。针对上文提到的两种账号登录模式，进一步通过实例（见表3-3）代码来比较for循环和while循环的操作差异。

表3-3　for循环和while的例子

对如上呈现的代码做几点解释：

• input函数可以实现人机交互式的输入，一旦运行，用户填入的任何内容都会以字符型的值赋值给user变量和password变量，由于实际的密码为数字123，因此必须将input函数的结果套在int函数内，将其转换为整数型。
• 如果有多个条件，条件之间的逻辑关系不管是“且”（用&表示）还是“或”（用|表示），所有的条件都必须用圆括号括起来，否则可能会得到诡异的结果。
• 在while循环中，while关键词后面直接跟上True值，就表示循环将无限次执行，正如用户无限次输入错误的用户名和密码一般，直到输入正确并碰见break关键词时才会退出循环。
• break关键字在Python的循环过程中会比较常见，其功能是退出离它最近的循环系统（可能是for循环或while循环）。如代码所示，当正确填入用户名和密码时，就会执行break关键字，此时就会退出整个循环系统。与break类似的另一个关键字是continue，不同的是，continue只是结束循环系统中的当前循环，还得继续下一轮的循环操作，并不会退出整个循环。