程序流

Python 解釋器在其最簡單的級別，以類似的方式操作，即從程序的頂端開始，然后一行一行地順序執行程序語句。例如，清單 1 展示了幾個簡單的語句。當把它們鍵入 Python 解釋器中（或者將它們保存在一個文件中，并作為一個 Python 程序來執行）時，讀取語句的順序是從左到右。 當讀到一個行結束符（比如換行符）時，Python 解釋器就前進到下一行并繼續，直到沒有了代碼行。
清單 1. 一個簡單的 Python 程序

            
>>> i = 1
>>> type(i)

            
              
>>> l = [0, 1, 2, 3, 4]
>>> l * i
[0, 1, 2, 3, 4]


            
          

在本例中，語句以簡單的順序一個接一個。但是情況并不總是線性的。考慮一個個人的例子。您今天早上醒來，聽了交通或天氣報告（或者兩者都聽了）。根據交通報告，您可能選擇了一條不同的上班路線；或者類似地，根據天氣報告，您為周末計劃了不同的活動。您的對策并不簡單；根據您所獲得的信息，生活的自然順序迂回而曲折。

Python 像大多數編程語言一樣，通過使用流控制語句，也可以以這種方式操作。在 Python 中，有 3 種基本的流控制語句：

1. ??? if 語句，它基于測試表達式的結果執行一個特定的語句塊。
2. ??? while 循環，它當一個測試表達式為 true 時執行一個語句塊。
3. ??? for 循環，它對一個語句塊執行一定次數。

這個列表相當簡單，并且您可能從其他編程語言認識了這些流控制語句。但是您可能在想，語句塊 是什么意思呢。在清單 1 中，您看到了幾個簡單的語句，包括一個變量初始化、一個方法調用（type 方法）和一個乘法操作。這些語句執行一個簡單的操作，因此把它們叫做簡單語句。

Python 也具有復合語句，即相關語句形成的語句組，其中包括簡單和（可能）附加的復雜語句。例如，根據表達式的值（對個人來說，可能是對“今天的天氣晴朗嗎”之類問題的答案），一個復合語句可能執行不同的操作或者對一個操作重復多次。這一描述似乎有些類似于前一段的流控制描述。當然應該類似，因為流控制語句就是復合語句。

一個復合語句包括一個流控制指令，后跟一個冒號（:），然后再是一個程序語句塊。語句塊由一個或多個簡單語句和復合語句組成。清單 2 中提供了一個簡單的偽代碼例子。
清單 2. 一個偽代碼例子展示了簡單語句和復雜語句

            
simple statement one
compound statement one:
  simple statement two
  simple statement three
  compound statement two:
    simple statement four
simple statement five


          

該語法看起來既熟悉又陌生，并且兩種感覺來自相同的事情：縮進。在列大綱或步驟時，您可能會使用不同級別的縮進來分隔每一項，使得列出來的東西更加清晰可讀。Python 遵循這一模型，使用縮進來分隔代碼塊與程序的其余部分。其他編程語言使用特殊的字符來區分代碼塊，比如基于 C 的語言中的花括號（{ 和 }）。這些其他語言也鼓勵程序員使用縮進，以改善程序的可讀性。

另一方面，Python 需要縮進以指示代碼塊。如果沒有正確地縮進，Python 解釋器會拋出異常。可以使用制表符來標記縮進，但是一般推薦使用空格。（為了一致性，我總是使用 4 個空格來縮進代碼塊。）理由很簡單：空格字符只有一種解釋方式。另一方面，制表符可以有不同的解釋方式，根據所使用的平臺或工具，可以解釋為 2 個、4 個、6 個甚至 8 個空格。
增強程序可讀性

縮進要求可能是 Python 的一個基本指導原則 ―― Python 程序應該易于讀和理解 ―― 的最佳例子。但是這就跟工具一樣，頑固分子也可能會編寫晦澀的 Python 代碼。例如，螺絲起子是用來起螺絲的，但是有時您也可能用來打開油漆蓋子。

兩個其他特性有助于編寫易讀的 Python 程序，并且這兩者都遵循前面所用的書的比喻。首先，書中的行不會延伸到頁面外面，都有固定的長度。其次，書中的行不是以特殊符號（比如分號）結束。這兩個特性都貫穿于編寫 Python 程序的過程中。

如果某個程序行太長，可以在文件中的下一物理行繼續這一行。沒有硬性規定一個代碼行應該多長。但是一般限制為 80 個字符，這容易適合大多數顯示器的一個打印頁面。有幾種方式來擴展超過一行的代碼語句：

• ??? 三引號字符串可以擴展到多個行。
• ??? 括號中的表達式可以擴展到多個行。
• ??? 可以使用繼續字符（\）來在多行分割語句。

在 Python 中，不需要使用特殊字符（或符號）來指示語句的結束。這與有些語言不同。例如，基于 C 的語言使用分號（;）來指示代碼行的結束。然而，有時候需要在一行放多個程序語句，例如初始化變量時。在這樣的情況下，可以使用分號來分隔單個語句。

清單 3 中演示了這兩種技術。
清單 3. 演示 Python 的可讀性技術

            
>>> i1 = 10 ; i2 = 20 ; i3 = 30
>>>
>>> b = ((i1 < 20) and
...   (i2 < 30) and
...   (i3 < 40))
>>> b
True
>>>
>>> b = (i1 < 20) and \
...   (i2 < 30) and \
...   (i3 < 40)
>>> 
>>> b
True


          

注意清單 3 中擴展到多個行的程序語句是如何縮進以改善可讀性的。在本例中，縮進不是強制性的，就跟一個復合語句一樣。但是正如您所見，縮進改善了程序的外觀，因而強烈推薦進行縮進。

if 語句

最簡單的流控制語句是 if 語句，它的基本語法在清單 4 中的偽代碼中演示了。if 語句在一個布爾表達式計算為 True 時執行一個程序語句塊。if 語句支持一個可選的 else 子句，指示當布爾表達式計算為 False 時應該處理的程序語句塊。
清單 4. if 語句的基本語法

            
if(expression one):
  # Action to take if expression one evaluates True
else:
  # Action to take if all expression one evaluates False


          

如果您使用過其他編程語言，那么該語法看起來可能既熟悉又陌生。相似之處在于 if 語句的一般格式、名稱、用于確定如何分支語句執行流的表達式的計算，以及用于處理當表達式計算為 False 時的情況的 else 子句。但是有兩個方面是完全特定于 Python 的：帶有冒號字符的 if 和 else 語句的終止，以及 if 和 else 塊中語句的縮進。正如所提到的，這兩個特征是 Python 中流控制語句所必需的。

在清單 5 中，一個簡單的 if/else 條件測試一個給定的數字是奇數還是偶數，并打印出結果。
清單 5. 一個簡單的 if 語句例子

            
>>> i = 8
>>> if(i % 2):
...   print "Odd Number"
... else:
...   print "Even Number"
... 
Even Number


          

一個似乎有些混亂的地方是 if 語句后面每一行前面的三個點（...）。當鍵入 if 語句和終止的冒號，并按鍵盤上的回車鍵時，Python 解釋器就知道您輸入了一個復合語句。因此，它就將提示符從三個大于符號（>>>）改為三個點（...）。因為 Python 需要縮進以錯開當表達式計算為 True 或 False 時應該執行的語句塊，所以兩個 print 語句都縮進了 4 個空格。

if 語句（以及本文后面討論的 elif 子句和 while 循環）中的表達式可以很復雜。它可以包括多個使用 Python 中支持的不同關系運算符的子表達式。而子表達式又可使用 and、or 和 not 邏輯運算符組合起來。本系列的第一篇文章“探索 Python，第 1 部分：Python 的內置數值類型”，包含更多關于布爾表達式和 Python 中不同關系和邏輯運算符的信息。

至此，已經看到了 if 語句可以如何用于根據一個特定布爾表達式的值，來執行兩個程序語句塊中的其中一個。然而在有些情況下，可能需要更多的選擇。幸運的是，Python 提供了 if 語句的一個簡單擴展。提供的解決方案非常簡單：給 else 子句添加一個額外的 if 語句。結果是一個 else if 語句，簡寫為 elif，如清單 6 所示。
清單 6. 使用 elif 語句

            
>>> i = -8
>>> if(i > 0):
...   print "Positive Integer"
... elif(i < 0):
...   print "Negative Integer"
... else:
...   print "Zero"
... 
Negative Integer


          

本例只包含一個 elif 語句，而實際中可根據程序需要包含任意多個。盡管它不是最優的解決方案，但是多個 elif 語句可以用于模擬其他一些語言中的 switch case 語句。

while 循環

Python 中的第二種流控制語句是 while 循環，它在一個表達式計算為 True 時執行一個程序語句塊。while 循環與 if 語句一樣，支持一個可選的 else 子句，其中包含一個當表達式計算為 False 時執行的程序語句塊。但是對于 while 循環，這意味著在循環終止后，else 子句中的代碼被執行一次（參見清單 7 中的偽代碼）。
清單 7. while 循環的偽代碼

            
while (expression):
  # statements to execute while loop expression is True
else:
  # statements to execute when loop expression is False


          

理解了 if 語句之后，while 循環理解起來就相當簡單了。但是一定要知道，循環一直要執行到表達式計算為 False。這意味著循環體中執行的程序語句必須要改變表達式的值，否則循環將無法結束。如清單 8 所示。
清單 8. while 循環的一個簡單例子

            
>>> i = 0 ; x = 10
>>> while(x > 0):
...   i+=1 ; x -= 1
... else:
...   print i, x
... 
10 0


          

該例演示了幾件事情。首先，它在一行中組合了變量初始化和變量修改：在本例中是 i 和 x 變量。其次，分別使用縮寫形式的運算符 += 和 -= 來遞增 i 的值和遞減 x 的值。在本例中，循環開始時 x 的值為 10。每通過一次循環，x 的值就遞減 1。最后，x 的值為 0，此時循環退出，并執行 else 子句中的代碼，打印出兩個變量的值。

while 循環（與本文后面介紹的 for 循環一樣）支持三種附加語句：

1. ??? continue
2. ??? break
3. ??? pass

continue 和 break 語句分別用于在 while 循環中繼續下一次循環或中斷循環。這兩個語句通常放在 if 語句體中，以便由一個特殊的條件觸發 continue 或 break 操作。break 語句的一個特殊特性是，它完全中斷循環，并跳轉到循環下面的任一個 else 子句。

pass 語句什么都不做。它用作一個占位符，即在需要一個語句，但是程序邏輯不需要操作時使用。清單 9 中演示了這三種語句。
清單 9. 使用 continue、break 和 pass 語句

            
>>> i = 1
>>> while(i < 1000):
...   i *= 5
...   if(i % 25):
...     continue
...   if not (i % 125): 
...     break
...   if not (i % 1000):
...     pass
... else:
...   print i
... 
>>> print i
125


          

這個虛構的例子一直循環到變量 i 大于或等于 1,000。在循環中，將 i 乘以 5，然后測試 i 是否被 25 整除。記住，您只在表達式為 True 時執行 if 語句體。該表達式在當變量 i 不能被 25 整除時計算為 True。（在 Python 表達式中，非零數被計算為布爾值 True。）

循環體中的下一個語句是第二個 if 語句，它測試變量 i 是否能被 125 整除，但是該表達式前面加了一個 not 運算符。因此，當變量 i 的值能被 125 整除時執行第二個 if 語句體。此時，break 語句導致程序執行中斷 while 循環，跳轉到 else 子句。

最后一個 if 語句永遠不會執行，只是用于演示如何在程序中編寫 pass 語句。在后續文章中，將會介紹 pass 語句更相關的一些情況。

通過跟蹤程序的邏輯流可以看到，第一次通過循環后，變量 i 的值變為 5。第一個 if 語句計算為 True，因為 5 不能被 25 整除。這就會第二次進入 while 循環，這次變量 i 變成了 25。現在第一個 if 語句計算為 False，因為 25 能被 25 整除。第二個和第三個 if 語句也計算為 False，意味著第三次進入循環。這次變量 i 變成了 125，并且第一個 if 語句計算為 False。

但是第二個 if 語句計算為 True，因為變量 i 能被 125 整除（并且 not 運算符將結果 0 轉換成布爾值 True）。這導致執行 break 語句，中斷循環。else 子句永遠不被執行，所以直到顯式使用 print 語句之前不會輸出任何東西。

for 循環

Python 中的 for 循環很特殊，與 Python 編程語言中內置的容器數據類型緊密相關。當您在現實生活中有一個容器對象（比如書包）時，您通常想要看它所包含的東西。在編寫 Python 程序時也是這樣的。當需要對某件事情做一定的次數時（就像針對容器中的每一項一樣），可使用 for 循環。清單 10 中的偽代碼格式演示了 for 循環。
清單 10. for 循環的偽代碼

            
for item in container:
  # action to repeat for each item in the container
else:
  # action to take once we have finished the loop.


          

由于 Python 容器類型的豐富特性，for 循環非常強大。本質上，for 循環涉及到一個迭代器（iterator），用于在集合中逐項移動。本系列的下一篇文章將更加詳細地介紹 for 循環，以及如何正確地將它與不同容器類型一起使用。

控制流

本文介紹了三種 Python 程序語句：if 語句、while 循環和 for 循環。這三種語句通過選擇執行哪些語句，或者通過多次執行一組語句，讓您可以改變程序流。在后續文章中將大量用到這些語句。復合語句的特性引入了 Python 程序中的適當縮進特性，這使得 Python 程序易于讀和理解。