3.3 循环结构

循环问题体现在日常生活的方方面面，例如，学生上学，每天从宿舍到教室，往返于这两个点。类似这样反复做同一件事的情况，称为循环。

循环主要有两种类型：重复一定次数的循环，称为计次循环。如for循环。一直重复，直到条件不满足时才结束的循环，称为条件循环。只要条件为真，这种循环会一直持续下去。如while循环。

3.3.1 while语句

while循环是通过一个条件来控制是否要继续反复执行循环体中的语句。while语句用于在满足循环条件时重复执行某件事情，其流程如图3-6所示。

从图中可以看出，当表达式的值为真时，执行相应的语句块（循环体），然后再判断表达式的值，如果为真，则继续执行语句块；当表达式的值为假时，检查其后面是否有else子句（因为可选，所以流程图未画出），如果有，则执行else子句；如果没有，则直接跳出while语句，执行其下面的语句。

语法格式：

循环体是指一组被重复执行的语句。

【例3-12】 将“不忘初心”输出3次。

运行结果：

在使用while语句时，需要注意以下事项。

1）与if语句类似，while语句的表达式可以是任意类型，如x！=y，x﹥3 or x﹤5，-5等。

2）循环体中的语句块有可能一次也不执行，上例中若初始值i=4，则语句块不会执行。

3）语句块可以是一条或多条语句，上例中while子句中的语句块为两条语句，else子句中的语句块为一条语句。

4）程序中需要包含使循环结束的语句，上例中若缺少语句i=i+1，则程序无法终止。

死循环：在while循环中，如果表达式的值恒真，循环将一直执行下去，无法靠自身终止，从而产生死循环。

例如：

书写程序时，有时要尽量避免死循环，但是在某些特定场合中死循环却具有十分重要的作用，如嵌入式编程、网络编程中等。

【例3-13】 编写程序，用下列公式计算π的近似值，直到最后一项的绝对值小于10^-6为止。

分析：观察π的计算公式可知，循环变量的初始值为1，循环条件为循环变量的绝对值大于等于10^-6，循环变量值的变化规律如上式所示，每项的分母比上一项增加2，符号与上一项相反。

运行结果：

【例3-14】 取款机输入密码模拟。一般在取款机上取款时需要输入6位银行卡密码，接下来模拟一个简单的取款机（只有1位密码），每次要求用户输入1位数字密码，密码正确输出“密码输入正确，正进入系统！”：如果输入错误，输出“密码输入错误，您已经输入*次”，密码连续输入错误6次后输出“您的卡将被锁死，请和发卡行联系”。

分析：每次输入1个字符，默认密码为0，连续输入6次错误后提醒，并退出。

运行结果：

3.3.2 for语句和range内建函数

for循环语句是一个计次循环，通常适用于枚举或遍历序列，以及迭代对象中的元素。一般应用在循环次数已知的情况下。

基本语法如下。

其中，迭代变量用于保存读取出的值；对象为要遍历或迭代的对象，该对象可以是任何有序的序列对象，如字符串、列表和元组等；循环体为一组被重复执行的语句。

1.进行数值循环

在使用for循环时，最基本的应用就是进行数值循环。循环可以帮助我们解决很多重复的输入或计算问题。可以利用数值循环输出3遍“不忘初心”，代码如下。

【例3-15】 利用数值循环输出列表的值，如输出[”pku”，”tsinghua”，”fudan”，”sjtu”，”nju”，”zju”，”ustc”]中的值。

运行结果：

利用列表可以输出一些简单重复的内容，但如果循环次数过多，如要实现从1到100的累加，可以使用range函数。

range函数是Python内置的函数，用于生成一系列连续的整数。多用于for循环语句中。其语法格式为：range（start，end，step）。

参数说明：

1）start：用于指定计数的起始值，可以省略，如果省略，默认值为0。

2）end：用于指定计数的结束值（但不包括该值，如range（7）得到的值为0-6，不包括7），不能省略。当range函数中只有一个参数时，即表示指定计数的结束值。

3）step：用于指定步长，即两个数之间的间隔可以省略，如果省略则表示步长为1。例如，rang（1，7）将得到1、2、3、4、5、6。

● 若指定step为0，则抛出ValueError异常。

● 当step为正时，range的值由公式：r[i]=start+step×i，而i≥0并且r[i]﹤stop。

● 当step为负时，range的值由公式：r[i]=start+step×i，而i≥0并且r[i]﹥stop。

在使用range函数时，如果只有一个参数，那么表示指定的是end；如果是两个参数，则表示指定的是start和end；只有三个参数都存在时，最后一个才表示步长。

【例3-16】 计算1+2+3+4+...+100的结果。

运行结果：

2.遍历字符串

使用for循环语句除了可以循环数值，还可以逐个遍历字符串。

【例3-17】 以遍历方式计算出“黑化肥发灰会挥发；灰化肥挥发会发黑”中“发”在字符串中出现的次数。

运行结果：

【例3-18】 编写程序，解决以下问题。

4个人中有一人做了好事，已知有三个人说了真话，根据下面对话判断是谁做的好事。

A说：不是我；

B说：是C；

C说：是D；

D说：C胡说。

分析：做好事的人是4个人其中之一，因此可以将4个人的编号存入列表中，然后使用for循环依次判断；有三个人说了真话，将编号依次代入，使用if语句判断是否满足“三人说真话”（三个逻辑表达式的值为真）的条件，如果满足，则输出结果。

for iNum in [＇A＇，＇B＇，＇C＇，＇D＇]：if（iNum！=＇A＇）+（iNum==＇C＇）+（iNum==＇D＇）+（iNum！=＇D＇）==3：print（iNum，”做了好事！”）

运行结果：

3.迭代对象

从理论上来说，循环对象和for循环调用之间还有一个中间层，该层将循环对象转换可迭代对象。这一转换通过使用iter函数实现。但从逻辑层面上，常常可以忽略这一层，所以循环对象和可迭代对象常常相互指代对方。

后续章节所要讲述的列表、元组、字符串、集合等都是可迭代对象，所谓可迭代对象是指的是可以返回一个迭代器的对象，如果不清楚哪个是可迭代对象，可以通过Python内建的iter函数测试。比如print（iter（range（1，100，1））），运行后显示：﹤range_iterator object at 0x000000000209F750﹥，即iter函数为range返回了range_iterator对象。

3.3.3 循环语句嵌套

在Python中，允许在一个循环体中嵌入另一个循环，这称为循环嵌套。for循环和while循环都可以进行循环嵌套。

为了解决复杂的问题，可以使用循环语句的嵌套，嵌套层数不限，但是循环的内外层之间不能交叉。其中，双层循环是一种常用的循环嵌套，循环的总次数等于内外层次数之积。例如：

当外层循环变量i的值为1时，内层循环j的值从1开始，输出i*j的值并依次递增，因此输出“1 2 3”，内层循环执行结束；然后回到外层循环，i的值递增为2，内层循环变量i的值重新从1开始，输出i*j的值，并依次递增，输出“2 4 6”。因此，程序的运行结果为“123246”。

【例3-19】 编写程序，使用双重循环输出九九乘法表。

分析：由于需要输出9行9列的二维数据，因此需要使用双重循环，外层循环用于控制行数，内层循环用于控制列数。为了规范输出格式，可以使用print语句的格式控制输出方式。其中，“\t”的作用是跳到下一个制表位。

运行结果：

【例3-20】 编写程序，使用双重循环输出如图3-7所示三角形图案。

分析：观察可知图形包含5行，因此外层循环执行5次；每行内容的由三部分组成：第一部分为输出空格，第二部分为输出星号，第三部分为输出回车等，分别通过两个for循环和一条print语句实现。

运行结果：