04. 流程控制

星光樱梦發表於2024-09-22

一、流程控制

  流程控制就是用來控制程式執行中各語句執行順序的語句。基本的流程結構為：順序結構，分支結構（或稱選擇結構），迴圈結構。

  • 順序結構：程式自上到下執行，中間沒有任何判斷和跳轉；
  • 分支結構：根據條件，選擇性的執行某段程式碼，有 if……else 和 switch……case 兩種分支語句；
  • 迴圈結構：根據迴圈條件，重複性的執行某段程式碼，有 while、do……while、for 三種迴圈語句；

二、順序結構

  順序結構 是 Python 程式預設的執行流程，按照程式碼的先後順序，從上到下依次執行，中間沒有任何的判斷和跳轉。

順序結構執行流程

print("你好，世界！")
print("Hello world!")

三、分支結構

  選擇語句 也被稱為 分支語句，它透過給定的條件進行判斷，從而決定執行兩個或者多個分支中哪一隻。因此，在編寫選擇語句之前，應該首先明確判斷條件是什麼，並確定判斷結果為“真”或“假”時應分別執行什麼樣的操作/演算法。在 Python 語言中提供了if 語句用來實現分支結構。

3.1、if語句的單分支結構

  Python 中使用 if 關鍵字來組成選擇語句。

if 關係表示式:
    程式碼塊

  執行流程：

  1. 首先計算 關係表示式 的值
  2. 如果關係表示式的值為 真 就 執行語句體
  3. 如果關係表示式的值為 假 就 不執行語句體
  4. 繼續執行後面的其它語句

if語句的單分支結構

  程式碼塊中儲存著一組程式碼，同一個程式碼塊中的程式碼，要都執行要麼都不執行。程式碼塊就是一種為程式碼分組的機制。程式碼塊以縮排開始，直到程式碼恢復到之前的縮排級別時結束。

num = int(input("請輸入一個數："))
if num > 10: 
    print("你輸入的數比10大") 
    print("你輸入的數字大於10")
print("你輸入的數字是：", num)

  使用 if 語句時，如果只有一條語句，語句塊可以直接寫到 “:” 的右側。

num = int(input("請輸入一個數："))
if num > 10: print("你輸入的數比10大") 
print("你輸入的數字是：", num)

  在 Python 中，if 語句可以使用邏輯運算子來連線多個條件，如果希望所有條件同時滿足，則需要使用 and，如果希望只要有一個條件滿足即可，則需要使用 or。

num = int(input("請輸入一個數："))
if num < 10 or num > 20: 
    print("你輸入的數不在10和20之間")
print("你輸入的數字是：", num)
print()

num = int(input("請輸入一個數："))
if 10 <= num <= 20: 
    print("你輸入的數在10和20之間")
print("你輸入的數字是：", num)

Python 對程式碼的縮排要求非常嚴格，同一級別的程式碼塊的縮排量必須相同。如果不採用合理的程式碼縮排，將丟擲 SyntaxError 異常；

在 if 結構裡面還可以巢狀 if 結構，程式碼塊是可以巢狀的，每增加一個縮排級別，程式碼塊就低一級；

3.2、if語句的雙分支結構

if 關係表示式:
    程式碼塊1
else: 
    程式碼塊2

  執行流程：

  1. 首先計算 關係表示式 的值
  2. 如果關係表示式的值為 真 就執行 語句體 1
  3. 如果關係表示式的值為 假 就執行 語句體 2
  4. 繼續執行後面的其它語句

if語句的雙分支結構

num = int(input("請輸入一個數："))
if num > 10: 
    print("你輸入的數比10大") 
else:
    print("你輸入的數不大於10")
print("你輸入的數字是：", num)

  if..else 語句可以使用關係表示式進行簡化。

語句1 if 條件表示式 else 語句2

  它的執行流程如下：

  • 條件運算子在執行時，會先對條件表示式進行求值判斷
    • 如果判斷結果為 True，則執行語句 1，並返回執行結果
    • 如果判斷結果為 False，則執行語句 2，並返回執行結果
num = int(input("請輸入一個數："))
print("你輸入的數比10大") if num > 10 else print("你輸入的數不大於10")

3.3、if語句的多分支結構

if 關係表示式1:
    程式碼塊1;
elif 關係表示式2:
    程式碼塊2;
……
else:
    程式碼塊n+1;

  執行流程：

  1. 首先計算 關係表示式 1 的值
  2. 如果為 真 就執行 語句體 1；如果為 假 就計算 關係表示式 2 的值
  3. 如果為 真 就執行 語句體 2；如果為 假 就計算 關係表示式 3 的值
  4. ……
  5. 如果 所有的關係表示式 結果都為 假，就執行 else 子句中的 語句體 n+1
  6. 繼續執行其它語句

if語句的多分支結構

num = int(input("請輸入一個數："))
if num > 10: 
    print("你輸入的數比10大") 
elif num < 10:
    print("你輸入的數比10小")
else:
    print("你輸入的數等於10")

  else 是一條包羅永珍的語句，只要不滿足任何 if 和 elif 中的條件測試，其中的程式碼就會執行。這可能引入無效甚至惡意的資料。如果知道最終要測試的條件，應考慮使用一個 elif 程式碼塊來代替 else 程式碼塊。這樣就可以肯定，僅當滿足相應的條件時，程式碼才會執行。

num = int(input("請輸入一個數："))
if num > 10: 
    print("你輸入的數比10大") 
elif num < 10:
    print("你輸入的數比10小")
elif num == 10:
    print("你輸入的數等於10")

else 結構是可選的；

if-elif-else 結構中最多隻會有一個程式碼塊會執行；

如果多個條件表示式之間是“互斥”關係，哪個判斷和執行語句宣告在上面還是下面，無所謂；

如果多個條件表示式之間有“交集”關係，需根據實際情況，考慮清除應該將哪個結構寫在上面；

如果多個條件表示式之間有 “包含”關係，通常情況下，需要 將範圍小的宣告在範圍大的上面。否則，範圍小的沒機會執行；

四、迴圈結構

  迴圈就是重複的做某件事情；它具有明確的開始和停止標誌；一組被重複執行的語句稱之為 迴圈體，能否繼續執行，取決於 迴圈的終止條件。在 Python 中迴圈分為 for迴圈、while迴圈；迴圈結構具有以下四個組成部分：

  1. 初始化部分（init_statement）
  2. 迴圈條件部分（test_exp）
  3. 迴圈體部分（body_statement）
  4. 迭代部分（alter_statement）

  通常情況下，迴圈結構都是因為②中迴圈條件返回false；

4.1、for迴圈

  for 迴圈時一個計次迴圈，通常適用於列舉或遍歷序列，以及迭代物件中的元素。一般應用在迴圈物件已知的情況下。

for 迭代變數 in 可迭代物件:
    語句塊
else:
    程式碼塊

  其中，迭代變數用於儲存讀取出的值；對可迭代物件可以是任何有序的序列物件，如列表、元組、字串等；

  執行流程：

  1. 判斷可迭代物件中是否還有項
    • 如果 沒有，則迴圈結束，繼續執行後面的其它語句
    • 如果 有，則 執行迴圈體語句
  2. 取 下一項
  3. 回到 ① 繼續執行 條件判斷語句
  4. 如果迴圈正常結束（即沒有被 break 打斷的情況下），則執行 else 中的程式碼塊

for迴圈的執行流程

for element in "Sakura":
    print(element,end="")
else:
    print("\n迴圈執行完畢")

print("\n其它語句開始執行")

  for 迴圈還可以和 range() 函式搭配使用，range() 可以用來生成一個自然數的序列，它有三個引數，第一個引數是 起始位置，可以省略，預設是 0，第二個引數是 結束位置，第三個引數是 步長，也可以省略，預設是 1。

for i in range(0,10,2):
    print(i)

  步長可以為負，用來實現倒數計時的效果。

for i in range(5,-1,-1):
    print(i)

4.2、while迴圈

①初始化條件
while ②迴圈條件:
    ③迴圈體
    ④迭代條件
else:
    程式碼塊

  執行流程：

  1. 執行 初始化語句
  2. 執行 條件判斷語句，看其結果是 真 還是 假
    • 如果是 假，迴圈結束，如果迴圈有 else ，則執行 else 裡面的程式碼塊，然後繼續執行後面的其它語句
    • 如果是 真，執行迴圈體語句
  3. 執行 條件控制語句
  4. 回到②繼續執行 條件判斷語句
  5. 如果迴圈正常結束（即沒有被 break 打斷的情況下），則執行 else 中的程式碼塊

while迴圈的執行流程

i = 0
while i < 10:
    print(i)
    i += 1
else:
    print("迴圈執行完畢")

print("其它語句執行了")

  在要求滿足很多條件才繼續執行的程式中，可定義一個變數，用於判斷整個程式是否處於活動狀態。這個變數稱為 標誌（flag），充當程式的交通訊號等。可以讓程式在標誌為 True 時繼續執行，並在任何時間導致標誌為 False 時讓程式停止執行。這樣，在 while 語句中就只需檢查一個條件：標誌的當前值是否為 True。然後將所有測試（是否應將標誌設定為 False 的事件）都放在其它地方，從而讓程式更整潔。

i = 0
flag = True

while flag:
    print(i)
    i += 1
  
    if i == 10:
        flag = False
else:
    print("迴圈執行完畢")

print("其它語句執行了")

4.4、無限迴圈

  while 迴圈的無限迴圈：

while True:
    迴圈體

4.5、巢狀迴圈

  將一個迴圈結構A宣告在另一個迴圈結構B的迴圈體，就構成了巢狀迴圈；

  • 外層迴圈：迴圈結構B，控制行數
  • 內層迴圈：迴圈結構A，控制列數

  內層結構遍歷一遍，相當於外層迴圈迴圈體執行一次；假設外層迴圈需要執行 m 次，內層迴圈需要執行 n 次。此時內層迴圈的迴圈體一共執行了 m*n 次；

i = 1
while i <= 9:
    j = 1
    while j <= i:
        print(j, "*", i,"=", i*j, end="\t")
        j += 1
    print()
    i += 1

4.6、跳轉語句

  • break：結束當前迴圈，後面不能直接寫執行語句，預設跳出包裹此關鍵字最近的一層迴圈；
  • continue：結束當次迴圈，後面不能直接寫執行語句，預設結束包裹此關鍵字最近的迴圈的一次；
i = 0
while(i < 5):
    i += 1
    if(i == 3):
        break
    print("i = ", i)
else:
    print("迴圈結束")

i = 0
while(i < 5):
    i += 1
    if(i == 3):
        continue
    print("i = ", i)
else:
    print("迴圈結束")

break 和 continue 語句只能配合迴圈語句使用，不能單獨和 if 使用；

break 和 continue 都是隻對離它最近的迴圈起作用；

五、pass空語句

  在 Python 中，還有一個 pass 語句，表示空語句，是為了保持程式結構的完整性。它不做任何事情，一般起到佔位的作用。在 Python 3 中，我們可以使用 ... 代替 pass 語句。

# 模組，透過模組可以對Python進行擴充套件
# 引入一個time模組，來統計程式執行時間
from time import *

# time()函式可以用來獲取當前的時間，返回的單位是秒
begin = time()
num = 100000

# 獲取num以內的所有質數
i = 2
while i <= num**0.5:
    flag = True
    j = 2
    while j < i:
        if i % j == 0:
            # 一旦進入判斷，則證明i一定不是質數
            flag = False
            # 此時內迴圈沒有繼續執行的必要
            # 使用break提前退出迴圈
            break
        j += 1
    if flag:
        pass
        # print(i)
    i += 1   

end  = time()
print("花費的時間：", end - begin, "秒")

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