Python循环语句 | 小菜学Python

在前面的章节，我们学习了如何在屏幕上输出文本，例如 Hello world。那么，如果要输出 3 次 Hello world ，该如何操作呢？我们可以暴力解决，连写 3 行代码：

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print('Hello world')
print('Hello world')
print('Hello world')

但是，如果要输出 1000 次？10000 次呢？显然，这种方式并不理想。

为了更好地执行重复性任务，循环语句应运而生。循环语句是程序控制结构中的一种，可以让计算机重复执行任务。 Python 中有两种不同的循环语句，我们分别介绍：

for语句
while语句

for语句

借助 for 循环结构，我们可以这样输出 3 次 Hello world ：

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>>> for i in range(3):
...     print('Hello world')
...
Hello world
Hello world
Hello world

调用 range(3) 得到一个 可迭代对象 ，该对象每次返回一个数字，分别是 0 、1 、2 。调用 range(n) 得到的可迭代对象，将包含 0 、1 、2 、… 、n-1 ，共 n 个数。

for 语句则用于遍历可迭代对象，它依次取出对象中的每个元素，并执行循环体。循环体位于 for 语句下方，但比它多缩进一层。我们可以在循环体中对遍历到的元素进行处理，例如将元素输出到屏幕：

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>>> for i in range(3):
...     print(i)
...
0
1
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这样一来，不管可迭代对象中包含多少元素，处理逻辑只需编写一遍。举个例子，如果我们想输出 100 次 Hello world，只需改动一个数字：

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>>> for i in range(100):
...     print('Hello world')

看到了吧，这就是循环语句的威力！

for语法结构

我们已经对 for 语句有了初步认识，现在回过头来研究它的语法结构：

如图，for 语句包含以下部分：

关键字：for 和 in 关键字，是 for 语句的标志。
元素：每次遍历依次取出的元素，紧跟在 for 关键字后面。
可迭代对象：可用 for 语句遍历，紧跟在 in 关键字后面。
循环体：需重复执行的逻辑，比 for 语句多缩进一层。

while语句

while 语句是另一种循环语句，同样可以用来输出 3 次 Hello world ：

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>>> i = 0
>>> while i < 3:
...     print('Hello world')
...     i += 1
...
Hello world
Hello world
Hello world

那这个程序如何理解呢？我们通过一个等价的流程图进行讲解：

变量 i 来记录输出次数，一开始设定 i = 0 ；
判断 i 是否小于 3 ；
如果 i 小于 3 ，则执行循环体：先输出 Hello world ，再将 i 的值加 1 。
重复执行第 2 到 3 步，直到 i 的值等于 3 ;
如果 i 等于 3 ，结束循环，执行后续语句；

注解：i += 1 是 i = i + 1 的简写。

while语法结构

while 语句的语法结构如下图：

可以看到，while 语句主要由这几部分组成：

关键字：while 关键字，是 while 语句开始的标志；
条件表达式：是否进入循环的条件判断，可求值为真或假；
循环体：同 for 语句；

无限循环

还记得我们之前学过的圆面积计算程序吗？虽然我们将计算程序保存到一个文件了，但是如果要计算多个面积，需要运行多次程序，未免太繁琐了。我们希望，每次计算完圆的面积后，程序可以再次询问输入圆半径并计算结果。那么，有没有办法可以做到呢？

答案是肯定的。实际上，上述场景可以这样建模：重复执行 输入圆半径 -> 计算圆面积 -> 输出圆面积 这一过程。因此，我们只要将这一过程，放入循环体里即可。由于我们希望以上步骤不断重复，可以将条件表达式设为 True ，表示永远为真：

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# -*- encoding=utf8 -*-

# 循环条件永远为真
while True:

    # 提示用户输入半径，获取用户输入内容，并保存到变量 radius
    radius = input('请输入圆的半径：')

    # 将获取的圆半径从字符串转成浮点数，并更新到变量 radius
    radius = float(radius)

    # 计算圆的面积
    area = 3.14159 * radius ** 2

    # 将计算结果输出到屏幕
    print('半径为{}的圆面积是：{:.2f}'.format(radius, area))

这个程序，可以等价于下面的流程图：

可以看到，循环的条件永远为真，所以会不断执行循环体的逻辑，即 输入圆半径 -> 计算圆面积 -> 输出圆面积 ，是一个 无限循环。

现在，用 python 命令执行这个程序：

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$ python while-true.py
请输入圆的半径：2
半径为2.0的圆面积是：12.57
请输入圆的半径：4
半径为4.0的圆面积是：50.27
请输入圆的半径：

果然如我们所愿，这样可以轻松应对多个计算了！

跳出循环

当我们愉快地输完最后一个半径数值后，就会发现一个严重的问题：循环无法结束，程序无法退出！这可怎么办？我们可以按 Ctrl + C ，强行退出程序：

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$ python while-true.py
请输入圆的半径：2
半径为2.0的圆面积是：12.57
请输入圆的半径：4
半径为4.0的圆面积是：50.27
请输入圆的半径：^CTraceback (most recent call last):
File "while-true.py", line 5, in <module>
    radius = input('请输入圆的半径：')
KeyboardInterrupt

程序停止了，但是出现一个异常报错 KeyboardInterrupt ，异常我们后续再展开介绍。显然，强行退出程序，有点暴力，不够优雅。那么，无限循环该如何退出呢？

我们知道，循环是否结束由条件表达式决定。由于例子中的循环条件被我们设置为 True，程序会进入不断执行循环体。因此，我们只能借助 break 语句来 跳出循环 。

如上图，在循环体里面，如果遇见了 break 关键字，会跳出循环，继续执行循环后面的语句。因此，我们可对程序进行修改，如果检查到输入内容是 -1 ，则跳出循环：

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# -*- encoding=utf8 -*-

# 循环条件永远为真
while True:

    # 提示用户输入半径，获取用户输入内容，并保存到变量 radius
    radius = input('请输入圆的半径：')

    # 将获取的圆半径从字符串转成浮点数，并更新到变量 radius
    radius = float(radius)

    # 输入 -1，跳出循环
    if radius == -1:
        print('bye')
        break

    # 计算圆的面积
    area = 3.14159 * radius ** 2

    # 将计算结果输出到屏幕
    print('半径为{}的圆面积是：{:.2f}'.format(radius, area))

再次执行程序：

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$ python while-break.py
请输入圆的半径：2
半径为2.0的圆面积是：12.57
请输入圆的半径：4
半径为4.0的圆面积是：50.27
请输入圆的半径：-1
bye
$

当我们输入 -1 后，循环结束了，程序也退出了。

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