04. 流程控制

一、流程控制

  流程控制就是用来控制程序运行中各语句执行顺序的语句。基本的流程结构为：顺序结构，分支结构（或称选择结构），循环结构。

• 顺序结构：程序自上到下执行，中间没有任何判断和跳转；
• 分支结构：根据条件，选择性的执行某段代码，有 if……else 和 switch……case 两种分支语句；
• 循环结构：根据循环条件，重复性的执行某段代码，有 while、do……while、for 三种循环语句；

二、顺序结构

  顺序结构 是 Python 程序默认的执行流程，按照代码的先后顺序，从上到下依次执行，中间没有任何的判断和跳转。

print("你好，世界！")
print("Hello world!")

三、分支结构

  选择语句 也被称为 分支语句，它通过给定的条件进行判断，从而决定执行两个或者多个分支中哪一只。因此，在编写选择语句之前，应该首先明确判断条件是什么，并确定判断结果为“真”或“假”时应分别执行什么样的操作/算法。在 Python 语言中提供了if 语句用来实现分支结构。

3.1、if语句的单分支结构

  Python 中使用 if 关键字来组成选择语句。

if 关系表达式:
    代码块

  执行流程：

1. 首先计算 关系表达式 的值
2. 如果关系表达式的值为 真 就 执行语句体
3. 如果关系表达式的值为 假 就 不执行语句体
4. 继续执行后面的其它语句

  代码块中保存着一组代码，同一个代码块中的代码，要都执行要么都不执行。代码块就是一种为代码分组的机制。代码块以缩进开始，直到代码恢复到之前的缩进级别时结束。

num = int(input("请输入一个数："))
if num > 10: 
    print("你输入的数比10大") 
    print("你输入的数字大于10")
print("你输入的数字是：", num)

  使用 if 语句时，如果只有一条语句，语句块可以直接写到 “:” 的右侧。

num = int(input("请输入一个数："))
if num > 10: print("你输入的数比10大") 
print("你输入的数字是：", num)

  在 Python 中，if 语句可以使用逻辑运算符来连接多个条件，如果希望所有条件同时满足，则需要使用 and，如果希望只要有一个条件满足即可，则需要使用 or。

num = int(input("请输入一个数："))
if num < 10 or num > 20: 
    print("你输入的数不在10和20之间")
print("你输入的数字是：", num)
print()

num = int(input("请输入一个数："))
if 10 <= num <= 20: 
    print("你输入的数在10和20之间")
print("你输入的数字是：", num)

Python 对代码的缩进要求非常严格，同一级别的代码块的缩进量必须相同。如果不采用合理的代码缩进，将抛出 SyntaxError 异常；

在 if 结构里面还可以嵌套 if 结构，代码块是可以嵌套的，每增加一个缩进级别，代码块就低一级；

3.2、if语句的双分支结构

if 关系表达式:
    代码块1
else: 
    代码块2

  执行流程：

1. 首先计算 关系表达式 的值
2. 如果关系表达式的值为 真 就执行 语句体 1
3. 如果关系表达式的值为 假 就执行 语句体 2
4. 继续执行后面的其它语句

num = int(input("请输入一个数："))
if num > 10: 
    print("你输入的数比10大") 
else:
    print("你输入的数不大于10")
print("你输入的数字是：", num)

  if..else 语句可以使用关系表达式进行简化。

语句1 if 条件表达式 else 语句2

  它的执行流程如下：

• 条件运算符在执行时，会先对条件表达式进行求值判断
  • 如果判断结果为 True，则执行语句 1，并返回执行结果
  • 如果判断结果为 False，则执行语句 2，并返回执行结果

num = int(input("请输入一个数："))
print("你输入的数比10大") if num > 10 else print("你输入的数不大于10")

3.3、if语句的多分支结构

if 关系表达式1:
    代码块1;
elif 关系表达式2:
    代码块2;
……
else:
    代码块n+1;

  执行流程：

1. 首先计算 关系表达式 1 的值
2. 如果为 真 就执行 语句体 1；如果为 假 就计算 关系表达式 2 的值
3. 如果为 真 就执行 语句体 2；如果为 假 就计算 关系表达式 3 的值
4. ……
5. 如果 所有的关系表达式 结果都为 假，就执行 else 子句中的 语句体 n+1
6. 继续执行其它语句

num = int(input("请输入一个数："))
if num > 10: 
    print("你输入的数比10大") 
elif num < 10:
    print("你输入的数比10小")
else:
    print("你输入的数等于10")

  else 是一条包罗万象的语句，只要不满足任何 if 和 elif 中的条件测试，其中的代码就会执行。这可能引入无效甚至恶意的数据。如果知道最终要测试的条件，应考虑使用一个 elif 代码块来代替 else 代码块。这样就可以肯定，仅当满足相应的条件时，代码才会执行。

num = int(input("请输入一个数："))
if num > 10: 
    print("你输入的数比10大") 
elif num < 10:
    print("你输入的数比10小")
elif num == 10:
    print("你输入的数等于10")

else 结构是可选的；

if-elif-else 结构中最多只会有一个代码块会执行；

如果多个条件表达式之间是“互斥”关系，哪个判断和执行语句声明在上面还是下面，无所谓；

如果多个条件表达式之间有“交集”关系，需根据实际情况，考虑清除应该将哪个结构写在上面；

如果多个条件表达式之间有 “包含”关系，通常情况下，需要 将范围小的声明在范围大的上面。否则，范围小的没机会执行；

四、循环结构

  循环就是重复的做某件事情；它具有明确的开始和停止标志；一组被重复执行的语句称之为 循环体，能否继续执行，取决于 循环的终止条件。在 Python 中循环分为 for循环、while循环；循环结构具有以下四个组成部分：

1. 初始化部分（init_statement）
2. 循环条件部分（test_exp）
3. 循环体部分（body_statement）
4. 迭代部分（alter_statement）

  通常情况下，循环结构都是因为②中循环条件返回false；

4.1、for循环

  for 循环时一个计次循环，通常适用于枚举或遍历序列，以及迭代对象中的元素。一般应用在循环对象已知的情况下。

for 迭代变量 in 可迭代对象:
    语句块
else:
    代码块

  其中，迭代变量用于保存读取出的值；对可迭代对象可以是任何有序的序列对象，如列表、元组、字符串等；

  执行流程：

1. 判断可迭代对象中是否还有项
   • 如果 没有，则循环结束，继续执行后面的其它语句
   • 如果 有，则 执行循环体语句
2. 取 下一项
3. 回到 ① 继续执行 条件判断语句
4. 如果循环正常结束（即没有被 break 打断的情况下），则执行 else 中的代码块

for element in "Sakura":
    print(element,end="")
else:
    print("\n循环执行完毕")

print("\n其它语句开始执行")

  for 循环还可以和 range() 函数搭配使用，range() 可以用来生成一个自然数的序列，它有三个参数，第一个参数是 起始位置，可以省略，默认是 0，第二个参数是 结束位置，第三个参数是 步长，也可以省略，默认是 1。

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

  步长可以为负，用来实现倒计时的效果。

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

4.2、while循环

①初始化条件
while ②循环条件:
    ③循环体
    ④迭代条件
else:
    代码块

  执行流程：

1. 执行 初始化语句
2. 执行 条件判断语句，看其结果是 真 还是 假
   • 如果是 假，循环结束，如果循环有 else ，则执行 else 里面的代码块，然后继续执行后面的其它语句
   • 如果是 真，执行循环体语句
3. 执行 条件控制语句
4. 回到②继续执行 条件判断语句
5. 如果循环正常结束（即没有被 break 打断的情况下），则执行 else 中的代码块

i = 0
while i < 10:
    print(i)
    i += 1
else:
    print("循环执行完毕")

print("其它语句执行了")

  在要求满足很多条件才继续运行的程序中，可定义一个变量，用于判断整个程序是否处于活动状态。这个变量称为 标志（flag），充当程序的交通信号等。可以让程序在标志为 True 时继续运行，并在任何时间导致标志为 False 时让程序停止运行。这样，在 while 语句中就只需检查一个条件：标志的当前值是否为 True。然后将所有测试（是否应将标志设置为 False 的事件）都放在其它地方，从而让程序更整洁。

i = 0
flag = True

while flag:
    print(i)
    i += 1
  
    if i == 10:
        flag = False
else:
    print("循环执行完毕")

print("其它语句执行了")

4.4、无限循环

  while 循环的无限循环：

while True:
    循环体

4.5、嵌套循环

  将一个循环结构A声明在另一个循环结构B的循环体，就构成了嵌套循环；

• 外层循环：循环结构B，控制行数
• 内层循环：循环结构A，控制列数

  内层结构遍历一遍，相当于外层循环循环体执行一次；假设外层循环需要执行 m 次，内层循环需要执行 n 次。此时内层循环的循环体一共执行了 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、跳转语句

• break：结束当前循环，后面不能直接写执行语句，默认跳出包裹此关键字最近的一层循环；
• continue：结束当次循环，后面不能直接写执行语句，默认结束包裹此关键字最近的循环的一次；

i = 0
while(i < 5):
    i += 1
    if(i == 3):
        break
    print("i = ", i)
else:
    print("循环结束")

i = 0
while(i < 5):
    i += 1
    if(i == 3):
        continue
    print("i = ", i)
else:
    print("循环结束")

break 和 continue 语句只能配合循环语句使用，不能单独和 if 使用；

break 和 continue 都是只对离它最近的循环起作用；

五、pass空语句

  在 Python 中，还有一个 pass 语句，表示空语句，是为了保持程序结构的完整性。它不做任何事情，一般起到占位的作用。在 Python 3 中，我们可以使用 ... 代替 pass 语句。

# 模块，通过模块可以对Python进行扩展
# 引入一个time模块，来统计程序执行时间
from time import *

# time()函数可以用来获取当前的时间，返回的单位是秒
begin = time()
num = 100000

# 获取num以内的所有质数
i = 2
while i <= num**0.5:
    flag = True
    j = 2
    while j < i:
        if i % j == 0:
            # 一旦进入判断，则证明i一定不是质数
            flag = False
            # 此时内循环没有继续执行的必要
            # 使用break提前退出循环
            break
        j += 1
    if flag:
        pass
        # print(i)
    i += 1   

end  = time()
print("花费的时间：", end - begin, "秒")