后端编程Python3-控制结构（python中控制结构）

本节是第五讲的第九小节，上节为大家介绍了Python语言组合数据类型的迭代与复制，本节将为大家介绍Python语言的控制结构。

控制结构(Control Structures)

Python通过if语句实现了条件分支，通过while语句与for...in语句实现了循环。Python中还有一种条件表达式是一种if语句，也是Python对C风格语言中使用的三元算子（?:）相对应的内容。

条件分支(Conditional Branching)

下面给出的是Python条件分支语句的最通常的语法:

if boolean_expression1:

suite1

elif boolean_expression2:

suite2

elif boolean_expressionN:

suiteN

else:

else_suite

可以有0个或多个elif语句，最后一个elif语句是可选的。如果我们需要考虑某个特定情况，但在该情况出现时又不需要做什么，那么可以使用pass (充当“什么也不做"占位符)作为该分支的suite。

有些情况下，可以将一条if...else语句缩减为单一的条件表达式，条件表达式的语法是：

expression1 if boolean_expression else expression2 #如果boolean_expression为True,条件表达式的结果为expression1,否则为expression2。

通常的程序设计模式是将某变量设置为默认值，在必要的时候再改变该值，比如， 由于用户的请求进行改变，或者针对程序当前运行平台进行改变。下面给出的是使用 if语句的常规模式：

offset = 20

if not sys.platform.startswith("win"):

offset = 10

sys.platform变量存放的是当前平台的名称，比如，“Win32”或“linux2”。使用条件表达式，可以通过一行代码完成上面的功能：

offset = 20 if sys.platform.startswith("win") else 10

这里并不需要使用圆括号，但是使用圆括号可以避免微妙的陷阱，比如，假定我们想将width变量设置为100,并在margin为True时额外加10,我们可能会使用如下的代码：

width = 100 + 10 if margin else 0 # WRONG!

特别讨厌的地方在于，如果margin为True,上面的代码可以正确工作，并将width 设置为110;如果margin为False,就会错误地将width设置为0,而非100,这是因为，Python将100 + 10看做条件表达式的expression1部分，解决这一问题的方法是使用圆括号：

width = 100 + (10 if margin else 0)

圆括号还可以使得代码更清晰，更适合阅读。

条件分支可用于提高为用户打印的消息，比如，在报告处理的文件数量时，不再打印“0 file(s)”、“1 file(s)”，而是使用一对条件表达式：

print("{0} file{1}".format((count if count != 0 else "no"),("s” if count != 1 else "")))

上面的语句将打印“no files”、“1 file”、“2 files",并且同时会留下一个更专业的印象。

循环(Looping)

Python提供了 while循环与for ... in循环，这两种循环方式实际上都具有比第1章中所展示的基本语法更复杂的语法格式。

while 循环(while Loops)

下面给出的是while循环完整的、通常的语法格式：

while boolean_expression:

while_suite

else:

else_suite

else分支是可选的。只要boolean_expression为True, while块的suite就会执行。 如果boolean_expression为False或变为False,循环就会终止，此时，如果存在可选的else分支，就会执行其suite。在while块的suite内部，如果执行了continue语句， 就会跳转到循环起始处，并对boolean_expression的取值进行重新评估。如果循环不能正常终止，就会跳过所有可选的else分支。

可选的else分支这种叫法很容易让人困惑，因为只要循环是正常终止的，else分支的suite就总会执行。如果由于break语句、或由于返回语句(如果循环在函数或方法内)、或由于发生异常导致跳出循环，else分支的suite就不会执行。(发生异常时， Python会跳过else分支并寻找适当的异常处理部分。)另一方面，else分支的这些特点对while循环、for ...in循环以及try ... except块都是一样的。

让我们看一下else分支的实际使用。str.index()与list.index()方法可以返回给定字符串或数据项的索引位置，并在找不到时产生ValueError异常。str.find()方法完成同样的功能，但在找不到时不会产生异常，而是返回索引值-1,对于列表，没有等价的方法，但如果需要一个完成这一功能的函数，可以使用while循环创建：

def list_find(lst, target):

index = 0

while index < len(lst):

if lst[index] == target:

break

index += 1

else:

index = -1

return index

这一函数在给定的列表中搜索目标。如果找到了目标，就使用break语句终止循环，并返回适当的索引位置。如果找不到目标，就会循环完毕并正常终止，之后执行else的suite：将索引位置设置为-1,并返回该值。

for循环(for Loops)

与while循环类似，for... in循环的完整语法也包括else分支：

for expression in iterable:

for_suite

else:

else_suite

通常，expression或者是一个单独的变量，或者是一个变量序列，一般是以元组形式给出的。如果将元组或列表用于expression,则其中的每一数据项都会拆分到表达式的项。

如果在for... in循环suite中执行了continue语句，那么控制流立即跳转到循环起始处，并开始下一次迭代。如果循环正常执行完毕，就会终止循环，之后执行else suite。如果循环被跳出(由于执行了break语句或return语句)，控制流会立即跳转到循环后的语句——所有可选的else suite将被跳过。同样地，如果发生异常，Python会跳过else 分支并寻找适当的异常处理程序。

下面给出了list_find()的for ... in循环实现版本，与while循环实现的版本类似， 这一版本也展示了 else分支的实际应用：

def list_find(lst, target):

for index, x in enumerate(lst):

if x == target:

break

else:

index = -1

return index

如上面代码段所示，在for ... in循环的表达式中创建的变量在循环终止后仍然存在。与所有局部变量类似，他们也将在其闭合范围结尾处终止存在。

异常处理(Exception Handling)

Python通过产生异常来指明发生错误或异常条件——尽管有些第三方Python库使用更过时的技术，比如“error”返回值。

捕获与产生异常(Catching and Raising Exceptions)

异常的捕获是使用try ...except 块实现的，其通常语法如下：

try:

try_suite

except exception_group1 as variable1:

except_suite1

......

except exception_groupN as variableN:

except_suiteN

else:

else_suite

finally:

finally_suite

其中至少要包含一个except块，但else与finally块都是可选的。在try块的suite 正常执行完毕时，会执行else块的suite—如果发生异常，就不会执行。如果存在一 个finally块，则最后总会执行。

每个except分支的异常组可以是一个单独的异常，也可以是包含在括号中的异常元组。对每个异常组，as variable部分是可选的。如果使用，该变量就会包含发生的异常，并可以在异常块的suite中进行存取。

如果某个异常发生在try块的suite中，那么每个except分支会顺序尝试执行。如果该异常与某个异常组匹配，则相应的suite得以执行。要与异常组进行匹配，异常必须与组中列出的异常类型（或其中的某一个）一致，或者与组中列出的异常类型（或其中的某一个）的子类一致。

比如，如果在字典查询中产生KeyError异常，那么包含Exception类的第一个 except分支将匹配这一异常，因为KeyError是Exception的（非直接的）子类。如果没有哪个组列出了 Exception （通常是这种情况），但是存在一个LookupError,那么 KeyError异常也可以匹配，因为KeyError是LookupError的子类。如果没有哪个组列 出了 Exception或LookupError，但是某个组列出了 KeyError,就将匹配该组。

下图展示了从异常体系中抽取的部分关系图：

#下面给出的是不正确使用的一个实例：

try：

x = d[5]

except LookupError: # WRONG ORDER

print（"Lookup error occurred"）

except KeyError:

print（"lnvalid key used"）

如果字典d不包含key为5的数据项，那么我们希望产生最具针对性的异常 KeyError,而不是最通常的异常LookupError,但是这里,KeyError except块代码总是无法执行到。如果产生KeyError异常，就会与LookupError except块匹配，因为 LookupError是KeyError的一个基类，也就是说，在异常体系中，LookupError要高于 KeyError,因此，在使用多个except块时，我们必须坚持对其排序，从最具针对性的 （在异常体系中最底层）异常到最通常（异常体系中最顶层）的异常。

try：

x = d[k / n]

except Exception: # BAD PRACTICE

print("Something happened"）

要注意的是，上面这种使用except Exception的方法通常并不是一种好做法，因为这种做法将捕捉所有异常，从而很容易掩盖代码中的逻辑错误。在上面的实例中，程序的本意是捕捉KeyErrors,但是如果n为0,就会无意间并且寂静地捕获一个 ZeroDivisionError 异常。

直接写成except:也是可能的，也就是说，不设置异常组。写成这种风格的异常块将捕获任意异常，包括那些继承自BaseException而非Exception的异常，这种做法会导致与使用except Exception同样的问题，甚至更严重，通常情况下应该总是避免这种做法。

如果没有哪个except块匹配该异常，Python会沿着调用栈回溯，并寻找适当的异常处理程序。如果找不到合适的异常处理程序，程序将终止，并在控制台上打印该异常以及回溯信息。

如果没有异常产生，那么任意可选的else块都将执行。在所有情况下——也就是说，如果没有发生异常，或发生异常并被处理，或发生异常并回溯到调用栈——任意 finally块的suite总是会得以执行。如果没有异常产生，或产生的异常被某个except 块处理，那么finally块的suite将在最后执行；如果异常产生，但是没有匹配的except 块，就首先执行finally块的suite,之后将该异常在调用栈中回溯。在需要确保资源被正确释放时，这种执行机制是很有用的。下图勾勒了通常的try ... except... finally语句块控制流。

#下面给出list_find()函数的最终版本，使用了异常处理：

def list_find(lst, target):

try:

index = Ist.index(target)

except ValueError:

index = -1

return index

上面的代码中，有效地使用了 try... except块，将异常转换为错误值。也可以使用同样的方法捕捉某种异常并产生另一种异常——稍后将讨论这一技术。

Python还提供了更简单的try ... finally块，有时也是有用的：

try:

try_suite

finally:

finally_suite

不管try块的suite中发生什么(当然，计算机或程序崩溃除外)，finally块的suite 都将得以执行。将with语句与上下文管理器一起使用，也可以达到try ... finally块的效果。

try ... except... finally块的一种常见应用是处理文件错误。比如，noblanks.py程序 从命令行读取一个文件名列表，对其中每个文件，生成一个同名文件，但是后缀名改为.nb,内容上则去除原有文件中的空白行。下面给出的是该程序的read_data()函数：

def read_data(filename):

lines =[]

fh = None

try:

fh = open(filename, encoding="utf8")

for line in fh:

if line.strip()：

lines.append(line)

except (lOError, OSError) as err:

print(err)

return []

finally:

if fh is not None:

fh.close()

return lines

上面的代码中，我们将文件对象fh设置为None,因为open。调用可能失败，这种情况下不会为fh赋值(因而fh保持为None),并产生一个异常。如果产生我们指定的某个异常(lOError或OSError),在打印错误消息后，就会返回一个空列表。需要注意的是，在返回之前，finally块的suite将得以执行，因此文件将安全地关闭—— 如果此前该文件被成功打开。

还要注意的是，如果发生编码错误，即便我们并不捕捉相关的异常(ValueError), 文件仍然会安全地关闭。这种情况下，finally块的suite将得以执行，之后异常被向上传递到调用栈——此时没有返回值，因为函数是由于未处理的异常导致结束的。此外, 由于没有适当的except块捕捉编码错误异常，因此程序将终止并打印回溯信息。

我们可以将except分支写的稍详细一些：

except EnvironmentError as err:

print(err)

return []

上面的代码可以正常工作，因为EnvironmentError是lOError与OSError的基类。 在后面，我们将展示一个稍紧凑一些的惯用法，以确保文件被安全关闭，而不需要finally块。

产生异常(Raising Exceptions)

异常提供了一种改变控制流的有用方法。我们可以使用内置的异常，或创建自己的异常，以便产生我们所需要的异常并对其进行处理。有两种可以产生异常的语法：

raise exception(args)

raise exception(args) from original_exception

raise

使用第一种语法时，指定的异常应该或者是内置的异常，或者继承自Exception 的自定义异常。如果给定一些文本作为该异常的参数，那么在捕捉到该异常并打印时, 这些文本应该为输出信息。使用第二种语法，也就是没有指定异常时，raise将重新产生当前活跃的异常——如果当前没有，就会产生一个TypeError。

自定义异常(Custom Exceptions)

自定义异常是自定义的数据类型(类)。创建类在后面讲述，不过创建简单的自定义异常类型比较简单，这里我们展示其基本的语法：

class exceptionName(baseException): pass #基类应该为Exception类或继承自Exception的类。

found = False

for row, record in enumerate(table):

for column, field in enumerate(record):

for index, item in enumerate(field):

if item == target:

found = True

break

if found:

break

if found:

break

if found:

print("found at ({0}, {1}, {2})".format(row, column, index))

else:

print("not found")

上面这15行代码是复杂的，因为我们必须分别跳出每个循环。一种替代的解决方法是使用自定义异常：

class FoundException(Exception): pass

try:

for row, record in enumerate(table):

for column, field in enumerate(record):

for index, item in enumerate(field):

if item == target:

raise FoundException()

except FoundException:

print("found at ({0}, {1}, {2})".format(row, column, index))

else:

print("not found")

这种方法可以将代码削减到10行，或者11行(包含异常定义本身)，并且更易于理解。如果发现了要寻找的数据项，就产生自定义的异常，并执行except块的suite, else块则被跳过。如果没有找到相应的数据项，就不会产生异常，并在最后执行else suite。

以上内容部分摘自视频课程05后端编程Python-9控制结构，更多实操示例请参照视频讲解。跟着张员外讲编程，学习更轻松，不花钱还能学习真本领。