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第 8 章 轉圈圈
對大多數人來說，反復地做同樣的事情很煩人，既然如此，為什麼不讓電腦來為我們做這些事情呢？電腦從來不會覺得煩，所以它們非常擅長去完成重複的任務。在這一章中我們就來看如何讓電腦做重複的事情。
電腦程式通常會周而復始地重複同樣的步驟，這稱為迴圈（looping）。主要有兩種類型的迴圈：
·
重複一定次數的迴圈，稱為計數迴圈（counting loop）；
· 重複直至發生某種情況時結束的迴圈，稱為條件迴圈（conditional loop），因為只要條件為真，這種迴圈會一直持續下去。
8.1 計數迴圈
第一種迴圈稱為計數迴圈。我們還聽過有人把它叫做 for 迴圈，因為很多語言（包括 Python）在程式中都使用 for 關鍵字來創建這種類型的迴圈。
下面就來嘗試使用計數迴圈的程式。在 IDLE 中使用 File（檔） > New（新建）命令打開一個新的文字編輯器視窗（就像寫第一個程式時一樣）。然後鍵入代碼清單 8-1 中的程式。
代碼清單 8-1 一個非常簡單的 for 迴圈
for
looper in [1, 2, 3, 4, 5]:
print "hello"
把它保存為 Loop1.py，運行這個程式（可以使用 Run（運行） > Run Module（運行模組）功能表，也可以用快速鍵 F5）。
你會看到這樣的結果：
>>>
================ RESTART ================
>>>
hello
hello
hello
hello
hello
嘿，是不是有重複？雖然這裡只有一個 print 語句，但程式顯示了 5 次“hello”。這是怎麼做到的？第一行（for looper
in [1, 2, 3, 4, 5]:）翻譯成我們的語言就表示。
1. 變數 looper 的值從 1 開始（所以 looper = 1）。
2. 對應列表中的每一個值，這個迴圈會把下一個指令塊中的所有工作完成一次。（列表就是中括弧中的那些數）。
3. 每次執行迴圈時，變數 looper 會賦為這個列表中的下一個值。
第二行（print "hello"）就是 Python 每次迴圈時要執行的代碼塊。for 迴圈需要一個代碼塊來告訴程式每次迴圈時做什麼。這個代碼塊（縮進的代碼部分）稱為循環體（body of the loop）。（還記得吧？上一章我們討論過縮進和代碼塊。）
術語箱
每次迴圈稱為一次反覆運算（iteration）。
下麵來試試別的。這一次不再是每次都列印相同的東西，下面讓它每次迴圈時列印不同的東西。代碼清單 8-2 就會做這個工作。
代碼清單 8-2 每次 for 迴圈做不同的事情
for
looper in [1, 2, 3, 4, 5]:
print looper
把這個程式保存為 Loop2.py，並運行。
結果應該類似於：
>>>
================ RESTART ================
>>>
1
2
3
4
5
這一次不再列印 5 次“hello”了，它會列印變數 looper 的值。每次迴圈時，looper 會取列表中的下一個值。
失控的迴圈
卡特，我也遇到過同樣的問題！每一個程式師都曾經遭遇過失控的迴圈（也叫做無限迴圈）。任何時刻（甚至在失控迴圈中）要停止一個 Python 程式，只需要按下 CTRL-C，即按下 CTRL 鍵的同時再按下 C 鍵。以後你會發現這非常方便！遊戲和圖形程式通常都在一個迴圈中運行。這些程式需要不斷從滑鼠、鍵盤或遊戲控制器得到輸入，然後處理這個輸入，並更新螢幕。開始寫這種程式時，我們會大量使用迴圈。所以你的某個程式很有可能會在某一點陷入迴圈，所以你要知道如何讓它脫身！
中括弧做什麼用
你可能已經注意到，迴圈值的列表包圍在中括弧裡。Python 就是利用中括弧以及數之間的逗號來建立列表（list）。稍後就會學習列表（準確地講，是在第 12 章）。不過對現在來說，只要知道列表就是一種“容器”，可以用來存放一堆東西。在這裡，這些東西就是數，也就是每次迴圈反覆運算時 looper 所取的值。
8.2 使用計數迴圈
現在利用迴圈做點有意義的事情。下面列印一個乘法表。這裡只對前面的程式做一個小小的修改。這個新版本的程式見代碼清單 8-3。
代碼清單 8-3 列印 8 的乘法表
for
looper in [1, 2, 3, 4, 5]:
print looper, "times 8 =", looper
* 8
把這個程式保存為 Loop3.py，然後運行。你會看到這樣的結果：
>>>
=================== RESTART ===================
>>>
1
times 8 = 8
2
times 8 = 16
3
times 8 = 24
4
times 8 = 32
5
times 8 = 40
現在我們終於見識了迴圈的威力。如果沒有迴圈，要得到同樣的結果必須編寫這樣一個程式：
print
"1 times 8 =", 1 * 8
print
"2 times 8 =", 2 * 8
print
"3 times 8 =", 3 * 8
print
"4 times 8 =", 4 * 8
print
"5 times 8 =", 5 * 8
要建立一個更長的乘法表（比如說，從 1 到 10 或者到 20），這個程式可能會更長，不過我們的迴圈程式幾乎不變（只不過清單中會有更多的數）。迴圈使問題簡單多了！
8.3 一條捷徑—— range()
在上面的例子中，我們只迴圈了 5 次：
for
looper in [1, 2, 3, 4, 5]:
如果希望迴圈運行 100 次或者 1000 次呢？這就得鍵入很多很多的數！
很幸運，這裡有一條捷徑。利用 range() 函數，你可以只輸入起始值和結束值，它就會為你創建這二者之間的所有值。range() 會創建一個列表，其中包含某個範圍內的數。
代碼清單 8-4 仍然使用我們在乘法表中用到的例子，不過這裡使用了 range() 函數。
代碼清單 8-4 使用 range() 的迴圈
for
looper in range (1, 5):
print looper, "times 8 =", looper
* 8
把這個程式保存為 Loop4.py 並運行（可以使用 Run（運行） > Run Module（運行模組）功能表，或者按下快速鍵 F5）。你會看到這樣的結果：
>>>
================= RESTART =================
>>>
1
times 8 = 8
2
times 8 = 16
3
times 8 = 24
4
times 8 = 32
基本上與第一個結果完全相同……不過少了最後一次迴圈！為什麼呢？
答案在於，range (1, 5) 給出的列表是 [1, 2, 3, 4]。你可以在交互模式中試試看：
>>>
print range(1, 5)
[1,
2, 3, 4]
為什麼沒有 5 呢？
嗯，這正是 range() 函數的做法。它會提供一個數字清單，從給定的第一個數開始，在給定的最後一個數之前結束。必須考慮到這一點，調整範圍來得到想要的迴圈次數。
Range
如果你在 Python 3 中這樣做，結果會有點不一樣：
>>>
print(range(1, 5))
range(1,5)
這是因為在 Python 3 中 range() 函數不會提供一個數位清單，而是會提供一個“可反覆運算”（iterable）的東西，你可以使用迴圈來遍歷它。（前文的“術語箱”中提到過的。）
如果在 for 迴圈中使用 range()，則其工作方式是完全一樣的，只是內部機制略有不同而已。
代碼清單 8-5 給出了修改後的程式，它會給出 8 的乘法表（從 1 到 10）。
代碼清單 8-5 使用 range() 列印 8 的乘法表（從 1 到 10）
for
looper in range(1, 11):
print looper, "times 8 =", looper
* 8
運行這個程式時會得到下面的結果：
>>>
================== RESTART ==================
>>>
1
times 8 = 8
2
times 8 = 16
3
times 8 = 24
4
times 8 = 32
5
times 8 = 40
6
times 8 = 48
7
times 8 = 56
8
times 8 = 64
9 times
8 = 72
10
times 8 = 80
在代碼清單 8-5 的程式中，range(1,
11) 給出從 1 到 10 的一個數字清單，對於清單中的每一個數會完成一次迴圈反覆運算。每次迴圈時，變數 looper 就取清單中的下一個值。
順便說一句，我們把迴圈變數叫做 looper，不過也可以取你喜歡的任何名字。
8.4 風格問題——迴圈變數名
迴圈變數與其他變數一樣。它沒有任何特殊之處，只是對應一個值的名字而已。將這個變數用作迴圈計數器也是可以的。
之前我們說過，要使用能夠描述變數用途的變數名。正是這個原因，我們在前一個例子中選擇了 looper 這個名字。不過，有時可以有些例外，迴圈變數就屬於這種例外。這是因為，程式設計中有一個慣例（應該記得，慣例就是表示通用的做法），通常使用字母 i、j、k 等作為迴圈變數。
從前的美好時光
為什麼用 i、j 和 k 迴圈？
這是因為早先的程式師一直用程式來計算數學問題，而數中 a、b、c 和 x、y、z 已經有其他用途。另外，在當時一種流的程式設計語言中，變數 i、j 和 k 總是整數，不能把它們創建為何其他類型。由於迴圈計數器總是整數，所以程式師總是選 i、j 和 k 來作為迴圈計數器，這也成為了一種通用的做法。
由於很多人都使用 i、j、k 作為迴圈變數，程式師在程式中也習慣了這種做法。當然也可以用其他名字作為迴圈變數（就像前面的例子中一樣），不過，除了作為迴圈變數，i、j、k 不應當有其他用途。
如果採用這個慣例，程式就會像這樣：
for i
in range (1, 5):
print i, "times 8 =", i * 8
它的用法完全相同。（你可以試試看！）
為迴圈變數選擇什麼名字屬於風格問題。風格（style）就是你的程式看上去怎麼樣，而與程式能不能正常工作無關。不過，如果與其他程式師採用相同的風格，你的程式就會更易讀、更易於理解，也更易於調試。同時，你也會更加習慣這種風格，能夠更輕鬆地讀懂其他人的程式。
range() 簡寫
不一定非得為 range() 提供兩個數（像在代碼清單 8-5 中那樣），可以只提供一個數：
for i
in range (5):
這與寫作：
for i
in range (0, 5):
完全相同，同樣會提供以下數位清單：[0, 1, 2,
3, 4]。
實際上，大多數程式師都從 0 開始迴圈而不是從 1 開始。如果使用 range(5)，會得到迴圈的 5 次反覆運算，這很容易記住。只是需要知道，第一次迴圈時 i 將等於 0 而不是 1，而最後一次迴圈時，它將等於 4 而不是 5。
從前的美好時光
為什麼大多數程式師從 0 而不是 1 開始迴圈呢？
是這樣的，從前，有些人堅持從 1 開始，有些人則堅持從 0 開始。他們對於哪一種做法更好有過激烈的爭論。最終，堅持從 0 開始的人勝利了。
所以就出現了現在的情況，如今大多數人都從 0 開始迴圈，不過你可以根據自己的喜好選擇任何一種做法。只是要記住，需要調整上界來得到正確的反覆運算次數。
嗯，卡特，你已經發現字串的一些規律了。字串就像一個字元清單，我們已經學過：計數迴圈使用列表來完成反覆運算。這說明，也可以利用一個字串來迴圈。字串中的每個字元對應迴圈中的一次反覆運算。所以，如果列印迴圈變數（在這個例子中卡特把他的迴圈變數取名為 letter），就會列印出這個字串中的所有字母，一次列印一個字母。因為每個 print 語句都會換行，所以每個字母分別列印在單獨的一行上。
你可以像卡特一樣，多做一些嘗試，這是一種很好的學習方法！
8.5 按步長計數
到目前為止，我們的計數迴圈都是每次反覆運算時計數增 1。如果希望迴圈按步長為 2 來計數該怎麼做？或者步長為 5 呢？或者 10 呢？還有，如果想反向計數，又該怎麼做呢？
range() 函數可以有一個額外的參數，利用這個參數可以把步長從默認的 1 改為不同的值。
術語箱
參數（argument）就是使用類似 range() 的函數時放在括弧裡的值。我們說，向函數傳入了參數。有時也用形參（parameter）這個詞，如傳遞形參。我們將在第 13 章瞭解更多關於函數、參數和形參的內容。
我們想在交互模式中嘗試幾個迴圈。鍵入第一行時，由於末尾有冒號，IDLE 會自動為你縮進下一行，因為它知道 for 迴圈後面需要有一個代碼塊。完成這個代碼塊後，按兩次回車鍵。試試看：
>>>
for i in range(1, 10, 2):
print i
1
3
5
7
9
這裡向 range() 函數增加了第 3 個參數 2。現在迴圈按步長 2 計數。再來試一個：
>>>
for i in range(5, 26, 5):
print i
5
10
15
20
25
這是按步長 5 來迴圈的。反向計數呢？
>>>
for i in range(10, 1, -1):
print i
10
9
8
7
6
5
4
3
2
range() 函數中的第 3 個參數是負數時，迴圈會向下計數，而不是向上計數。應該記得，迴圈會從一個數開始，向上（或向下）直到（但不包括）第二個數，所以在最後一個例子中，我們只向下計數到 2，而不是 1。
可以利用這一點來建立一個倒計時的計時器程式。只需要再增加兩行代碼。在 IDLE 中打開一個新的編輯器視窗，鍵入代碼清單 8-6 中的程式。試著運行這個程式。
代碼清單 8-6 準備好了嗎？
先不用擔心這個程式裡還沒有講到的內容，比如說 import、time 和 sleep。所有這些內容都會在後面的章節中講清楚。你只需要試著運行代碼清單 8-6 中的程式，看看它是怎麼工作的。這裡的關鍵是 range(10,0,-1) 部分，它會讓迴圈從 10 反向計數到 1。
8.6 沒有數字的計數
在所有前面的例子中，迴圈變數都是一個數。按程式設計術語來講，可以這麼說：迴圈反覆運算處理一個數位清單。但是清單不一定非得是數字清單。從卡特的試驗我們看到，它也可以是字元清單（一個字串），還可以是一個字串清單，或者是其他列表。
要瞭解它如何工作，最好的辦法就是舉個例子來說明。試著運行代碼清單 8-7 中的程式，看看會發生什麼。
代碼清單 8-7 誰最酷 ?
for
cool_guy in ["Spongebob", "Spiderman", "Justin
Timberlake", "My Dad"]:
print cool_guy, "is the coolest guy
ever!"
現在，我們不再是迴圈處理一個數字清單，這裡會迴圈處理一個字串清單。而且不再將 i 作為迴圈變數，我使用的是 cool_guy。每次迴圈時，迴圈變數 cool_guy 會取清單中一個不同的值。這仍然是一種計數迴圈，因為儘管清單不是數字清單，Python 也要統計列表中有多少項來確定迴圈多少次。（這一次我沒有顯示輸出，你可以自己運行程式來看看結果。）
不過，如果我們無法提前知道需要多少次反覆運算呢？如果沒有可用的值列表呢？別著急，接下來就會講到！
8.7 關於這個問題……
我們剛才學習了第一種的迴圈，也就是 for 迴圈或計數迴圈。第二種迴圈稱為 while 迴圈或條件迴圈。
如果你能提前知道希望迴圈運行多少次，那麼 for 迴圈很合適。不過，有時你可能希望迴圈一直運行，直到發生某種情況時才結束，而且你不知道發生這種情況之前會有多少次反覆運算。這就可以使用 while 迴圈來實現。
上一章中，我們瞭解了條件和測試，還學習了 if 語句。while 迴圈並不統計運行多少次迴圈，它會使用一個測試來確定什麼時候停止迴圈。while 迴圈也稱為條件迴圈（conditional loop）。條件迴圈會在滿足某個條件時一直保持迴圈。
基本說來，while 迴圈會一直問“完了嗎？……完了嗎？……完了嗎？……”，直到完成。它會在條件不再為真時完成。
while 迴圈使用 Python 關鍵字 while。代碼清單 8-8 給出了一個例子。你可以鍵入這個程式，試著運行，看看它是如何工作的。（要記住，一定要先保存再運行。）
代碼清單 8-8 條件或 while 迴圈
這個程式不斷向使用者請求輸入。當輸入等於 3 時，條件為 true，迴圈繼續運行。正是這個原因，這種條件迴圈也稱為 while 迴圈，它使用了 Python 的 while 關鍵字。輸入不等於 3 時，條件為 false，迴圈停止。
8.8 跳出迴圈————break 和 continue
有時可能希望在中間離開迴圈，也就是 for 迴圈結束計數之前，或者 while 迴圈找到結束條件之前。有兩種方法來做到：可以用 continue 直接跳到迴圈的下一次反覆運算，或者用 break 完全中止迴圈。下面會更詳細地說明。
提前跳轉——continue
如果希望停止執行迴圈的當前反覆運算，提前跳到下一次反覆運算，你需要的就是一條 continue 語句。要說明這一點，最好的辦法就是看一個例子，請看代碼清單 8-9。
代碼清單 8-9 迴圈中使用 continue
for i
in range (1, 6):
print
print 'i =', i,
print 'Hello, how',
if i == 3:
continue
print 'are you today?'
運行這個程式時，輸出如下：
>>>
================== RESTART ==================
>>>
i = 1
Hello, how are you today?
i = 2
Hello, how are you today?
i = 3
Hello, how
i = 4
Hello, how are you today?
i = 5
Hello, how are you today?
注意，第 3 次迴圈時（i ==
3），循環體沒有完成，它提前跳到了下一次反覆運算（i ==
4）。這就是 continue 語句在起作用。在 while 迴圈中，continue 的作用也是一樣的。
跳出——break
如果我們想完全跳出迴圈——不再完成計數，或者放棄等待結束條件，該怎麼做呢？這個工作由 break 語句完成。
下面只改變代碼清單 8-9 中的第 6 行，把 continue 換成 break，再運行這個程式看看會發生什麼。
>>>
================== RESTART ==================
>>>
i = 1
Hello how are you today?
i = 2
Hello how are you today?
i = 3
Hello how
這一次，迴圈不只是跳過第 3 次反覆運算的其餘部分，它會完全停止迴圈。這正是 break 的作用。在 while 迴圈中，break 的作用也一樣。
要指出的是，有些人認為使用 break 和 continue 並不好。就我個人來講，我不認為這樣不好，不過我自己確實很少使用這兩個語句。我想還是應該告訴你一些關於 break 和 continue 的內容，沒准以後你會用到。
你學到了什麼
在這一章，你學到了以下內容。
·
for 迴圈（也稱為計數迴圈）。
·
range() 函數——計數迴圈的一個捷徑。
·
range() 的不同步長大小。
·
while 迴圈（也稱為條件迴圈）。
·
用 continue 跳到下一次反覆運算。
·
用 break 跳出迴圈。
測試題
1. 下面的迴圈會運行多少次？
for i
in range (1, 6):
print 'Hi, Warren'
2. 下面的迴圈會運行多少次？每次迴圈時 i 的值是什麼？
for i
in range (1, 6, 2):
print 'Hi, Warren'
3. range(1,
8) 會給出一個怎樣的數字清單？
4. range(8) 會給出一個怎樣的數字清單？
5. range(2,
9, 2) 會給出一個怎樣的數字清單？
6. range(10,
0, -2) 會給出一個怎樣的數字清單？
7. 使用哪個關鍵字停止迴圈的當前反覆運算，提前跳到下一次反覆運算？
8. while 迴圈什麼時候結束？
動手試一試
1. 編寫一個程式，顯示一個乘法表。開始時要詢問使用者顯示哪個數的乘法表。輸出應該如下所示：
Which
multiplication table would you like?
5
Here's
your table:
5 x 1
= 5
5 x 2
= 10
5 x 3
= 15
5 x 4
= 20
5 x 5
= 25
5 x 6
= 30
5 x 7
= 35
5 x 8
= 40
5 x 9
= 45
5 x
10 = 50
2. 完成第 1 題的程式時你可能使用了 for 迴圈。大多數人都會這麼做。不過，可以再做個練習，試著用 while 迴圈完成同樣的工作。或者如果你在第 1 題中使用了 while 迴圈，現在可以試著用 for 迴圈來完成。
3. 向乘法表程式中再加點東西。詢問用戶想要的乘法表之後，再問問用戶希望最大乘到幾。輸出應當如下所示：
Which
multiplication table would you like?
7
How
high do you want to go?
12
Here's
your table:
7 x 1
= 7
7 x 2
= 14
7 x 3
= 21
7 x 4
= 28
7 x 5
= 35
7 x 6
= 42
7 x 7
= 49
7 x 8
= 56
7 x 9
= 63
7 x
10 = 70
7 x
11 = 77
7 x
12 = 84
可以用 for 迴圈或者 while 迴圈的版本來完成，或者兩種做法都試試看。
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