Python其实很简单 第七章 程序的三种控制结构

前面已经介绍过，程序本来不是个新鲜的名词，做任何事情都需要按照一定的方法和步骤才能完成，这样的方法和步骤就是程序。但要让计算机按照既定的方法和步骤完成某项工作，就要用计算机可以识别的编程语言去编写程序。

只要用三种控制结构就可以描述清楚一个程序。这三种控制结构分别是顺序、选择、循环。

7.1顺序结构

程序的流程如果是瀑布式的，即按照语句的先后顺序依次执行，就是顺序结构。以早晨去上班这件事为例，第一步起床穿衣；第二步洗漱；第三步吃早餐；第四步骑上小电摩去公司。四个步骤环环相扣，依次执行，不可颠倒。

将早晨去上班这件事用流程图描述如图7-1：

图7-1

可以看出，这四个步骤是按照时间的先后顺序执行的。在程序中，顺序结构的代码是按照代码先后次序执行的。早期的有些编程语言是要求给每行代码编上行号的，它的执行是按照行号顺序执行的。Python中程序代码没有行号，写在前面的代码先执行，写在后面的代码后执行。

7.2选择结构

但是，早餐可以在家做，也可以到外面买，条件就是看时间充足不充足（譬如早上洗漱花费的时间太多，太懒没按时起床等等）。那么该流程图就需要加上一个条件判断（时间是否充足），相应的就有两个分支（家里做早餐，外面买早餐）。流程如图7-2所示：

图7-2

图7-2所示的流程图中，“吃早餐”要么“在家做”，要么“外面吃”，只能选择其中的一种情况，这就是选择结构。

在Python中，用if语句、if...else...语句和if...elif...else多分支语句来实现选择结构，这三种分支语句也可以互相嵌套。

1. if语句

格式：if 表达式:

语句块

例：假设有30分钟以上的空闲时间，就可以做早餐。可以这样用程序描述：

time=int(input("请输入空闲时间的值："))

if time>=30:

print("可以在家做早餐")

运行结果如下：

请输入空闲时间的值：32

输出结果为：可以在家做早餐

请输入空闲时间的值：21

无输出结果

从这个例子可以看出，如果条件time>=30成立，则输出“可以在家做早餐”；当条件time>=30不成立，则没有输出结果。这样就有点尴尬了，没有输出结果，有时会被误认为程序没有执行。

为了解决这个

1. if...else...语句

格式如下：

if 表达式:

语句块1

else:

语句块2

在if...else...语句中，无论条件表达式的结果如何，都会进入下一个分支。

将上面的例子改造如下：

time=int(input("请输入空闲时间的值："))

if time>=30:

print("可以在家做早餐")

else:

print("需要在外面吃饭")

运行结果如下：

请输入空闲时间的值：32

输出结果为：可以在家做早餐

请输入空闲时间的值：23

输出结果为：需要在外面吃饭

可以看出，if...else语句与if语句相比，既可以处理满足条件的情况，又可以处理不满足条件的情况。

1. if...elif...else语句

格式如下：

if 表达式1：

语句块1

elif 表达式2:

语句块2

elif 表达式3:

语句块3

......

else:

语句块n

如果我们把上面的例子改成“空闲时间是否大于等于30分钟？满足则在家做饭，不满足时又分两种情况：空闲时间多于10分钟，就去买早餐，否则就饿着算了”，程序代码更改如下：

time=int(input("请输入空闲时间的值："))

if time>=30:

print("可以在家做早餐")

elif time>10:

print("需要在外面吃饭")

else:

print("饿着算了吧")

运行结果如下：

请输入空闲时间的值：33

输出结果：可以在家做早餐

请输入空闲时间的值：23

输出结果：需要在外面吃饭

请输入空闲时间的值：8

输出结果：饿着算了吧

7.3循环结构

如果每周上5天班，那么每天早上的情况都是一样的，只要描述玩星期一的活动情况，再加上一句“从周一到周五，天天如此”就可以了。这种反复做同一件事的情况，就是循环。程序代码中有一段代码需要反复执行，那么，可以将这段代码看成一个整体，被称为循环体，而将循环的次数或者终止条件称为循环结构。

将图7-2中的部分程序作为循环体，再加上循环控制结构，就形成了可以描述星期一到星期五每一天早晨上班的活动情况。见图7-3。

Python中的循环结构可以用while语句或for语句来实现。

1、while语句

在while循环中，起到重要作用的是条件表达式，如图7-3中的n<=5。当条件表达式的返回值为真时，则执行循环体中的语句，执行完毕后，重新判断条件表达式的返回值，直到表达式的返回值为假时，退出循环。

对于图7-3所描述的问题可以用while语句解决，代码如下：

n=1

while n<=5:

time=int(input("请输入空闲时间的值："))

if time>=30:

print("可以在家做早餐")

else:

print("需要在外面吃饭")

n+=1

程序运行结果如下：

请输入空闲时间的值：21

输出结果为：需要在外面吃饭

请输入空闲时间的值：32

输出结果为：可以在家做早餐

请输入空闲时间的值：12

输出结果为：需要在外面吃饭

请输入空闲时间的值：21

输出结果为：需要在外面吃饭

请输入空闲时间的值：43

输出结果为：可以在家做早餐

可以看出，在条件表达式n<=5中，变量n是控制循环体执行次数的关键，变量n的初值为1，保证了第一次运行程序时可以进入循环体。如果程序要让程序终止（即不再进入循环体），必须使表达式n<=5不成立，即n>5。由于语句n+=1包含在循环体内，每执行一次循环体，n的值才能增加1。要使n>5，就要执行5次循环体。从运行结果看，上述分析是完全正确的。

在用while语句编写循环结构的程序时，从表面上看是不用考虑循环次数的，实际上条件表达式及循环控制变量就已经隐含了循环次数。

2、for语句

for循环是一种可以很直观的看出循环次数的控制结构。语法格式如下：

for 迭代变量 in 对象:

循环体

其中，迭代变量用于保存读取出的值；对象可以是任意有序的序列对象，如字符串、列表和元组等（列表和元组都是python中可以使用的数据类型，后面将会介绍）。

字符串“编程其实很简单”其实是由7个字符构成的序列，其中的每一个字符都可以通过命令取出。为了证明这个猜想，可以试着运行一下如下程序：

string="编程其实很简单"

print(string)

for ch in string:

print(ch,end=' ')

运行结果如下：

编程其实很简单

编 程 其 实 很 简 单

其中，第一个print()语句输出字符串string，第二个print()语句为输出字符串string中的每一个字符(元素)。end=’ ’的含义是分隔符为一个空格，省略end表示用换行的方式进行分隔。

图7-3

3、跳转语句break和continue

break可以使循环提前结束，而continue仅仅提前结束本趟循环，转入下一趟。打个比方：把闹钟的电池卸掉，让指针不再转圈，就好比break；通过手动方式，把指针调到0刻度，只是少转了半圈，但接下来都正常，就好比continue。

我们把上面“吃早餐”的那个例子的条件修改一下：时间段改为从星期一到星期天，星期四出差，星期六、星期天休息。程序将修改为如下代码：

n=1

while n<=7:

if n==4:

print("星期"+str(n)+"出差")

n+=1 #第一个n+=1语句

continue

if n<6:

time=int(input("请输入空闲时间的值："))

if time>=30:

print("星期"+str(n)+"可以在家做早餐")

elif time>10:

print("星期"+str(n)+"需要在外面吃饭")

else:

print("星期"+str(n)+"饿着算了吧")

else:

print("星期"+str(n)+"休息")

break

n+=1 #第二个n+=1语句

运行结果如下：

请输入空闲时间的值：21

星期1需要在外面吃饭

请输入空闲时间的值：12

星期2需要在外面吃饭

请输入空闲时间的值：4

星期3饿着算了吧

星期4出差

请输入空闲时间的值：32

星期5可以在家做早餐

星期6休息

从上面的运行结果来看，当变量n=4时，输出了“星期4出差”，也执行了第一个n+=1语句，但未执行第二个n+=1语句（如果两个都执行了，那么就不会出现星期五的情况）。这进一步验证了continue只会提前结束一趟循环，下一趟循环还会继续。

只出现了“星期6休息”，没有出现星期天的信息，可以看出，变量n的值未达到7，在变量n=6时循环就提前结束了。所以，break可以使循环全部终止。