快乐学Python，Python基础之如何控制代码执行顺序？【分支结构和循环结构】

在上一篇文章中，我们所操作的所有代码都是顺序执行的。什么意思呢？就是我们在所有例子中的代码，计算机都是从第一句开始执行，执行完毕后执行第二句，以此类推，最终执行完整个代码块。

以下面代码为例：

print("First Line!")

print("Second Line!")

print("Third Line!")

输出结果：

First Line!

Second Line!

Third Line!

从结果可以看到，输出的内容顺序和我们写的代码顺序是一样的。像这种顺序执行的代码结构，称为顺序结构，是最普通的一种执行结构。在 Python 中，我们编写的代码默认以顺序结构执行。

顺序结构理解起来比较简单，但却不能满足所有场景的要求。

比如根据学生的考试成绩进行分析。

目前有以下两个任务。

• 考试成绩如果大于 80 分，则打印“优秀”；如果是 60 到 80 之间，则打印“及格”；小于 60 分，则打印“不及格”。

• 所有的学生的成绩，都需按 1 中所提到的方式打印出分级的结果。

上述的两个场景中，一个是需要选择性地执行部分代码，再一个是需要把同一段代码重复执行多次。这两个诉求，顺序结构无法满足。所以在 Python 中，会有分支结构和循环结构来处理类似上面的场景，这也是本篇文章内容-如何控制代码的执行顺序。

分支结构和循环结构，整个原理比较考验逻辑性，对于初次接触编程的人可能会有点不适应，不过不用担心，认认真真想几遍往往都能豁然开朗。从另一方面看，学 Python 还能提升自己的逻辑性和逻辑思维能力，不要太美。

1、分支结构

分支结构，简单来说就是如果满足某个条件，则执行某块代码，否则就不执行。

（1）if 语句

在 Python 中用 if 语句来实现分支结构，形式是这样的。

if 条件:

    代码块

我们来逐一剖析下上述代码块的关键要素。

• if，是 Python 语言的关键字，用来告诉系统，接下来是一个 if 语句。
• 条件，与 if 之间用空格隔开，一般就是一个布尔变量（比如 a > 3 ），或者结果为布尔类型的表达式（ True or False）。
• 冒号，在 Python 语言中，冒号非常常见，一般代表冒号前面的语句对冒号后面的有控制的关系。比如对于 if 语句来说，冒号后面的代码块是否会执行，这都取决于冒号前面的条件是否满足。
• 代码块，代码块是一行或者多于一行的简称。if 语句中的代码块在冒号后面，需要新增一行。当 if 语句的条件满足时（条件的结果为 True），则该代码块会被执行，否则就不会被执行。
• 代码块的缩进，这也是 Python 的语法规则。当代码块隶属于某个前面的结构时，需要在前方加上四个空格，这种在代码前面加空格的行为，一般叫作缩进。主流的缩进有四个空格或者两个空格，Python 一般使用 4 个空格作为缩进。

回顾一下我们前言面的问题，拿到一个学生的考试成绩：

• 如果大于 80 分，则打印“优秀”；
• 如果是 60 到 80 之间，则打印“及格”；
• 小于 60 分，则打印“不及格”。

我们现在用 if 语句，来实现第一部分：如果大于 80 分，则打印“优秀”。

打开 VSCode, 创建一个新的 Notebook，并输入以下代码。

a = 90

if a > 80 : 

    print("优秀")

print("code finished")

上述代码中，主要由三部分组成：

• 创建一个变量 a， 代表学生的成绩，这里我们假设这个同学的成绩是 90 分；
• 一个 if 语句，实现了上述的任务，如果成绩大于 80 ，则打印“优秀”；
• 打印 code finished， 打印这行没有实际意义，仅是作为代码执行完毕的标志。

上述代码输出结果如下：

优秀

code finished

为了测试在不满足条件时是否还会输出“优秀”，我们可以将 90 改为 75，再次运行程序。可以看到，这次的输出为 ：

code finished

（2）if-else 语句

if 语句有几种形式，刚才我们学习的是最基础的形式，只有一个代码块，表示的是“如果满足条件，那么就做这件事”。

如果要表达的是：“如果满足条件，那么就做这件事，否则就做那件事”。可以看出新的形式里有“两件事”，所以会有两个代码块。这种形式叫作 if-else 语句（else 就代表上面描述里面的 “否则”），其实回想我们的生活中，绝大多数选择都是 if-else 结构的。

例如：当你出门的时候，你女朋友跟你说，买个西瓜回来，如果没有，就买一个哈密瓜。用 if-else 的接过来理解的话就是：“如果有西瓜，那么就买西瓜，否则就买哈密瓜”。

if-else 语句形式，是这样的。

if 条件:

    代码块1

else:

    代码块2

相比 if 语句， if-else 语句的关键要素增加了以下部分：

• else，else 和 if 一样，也是 Python 的关键字，和 if 处于同一缩进层级；
• 冒号，由于 else 需要控制代码块 2，所以也需要在 else 的末尾增加一个冒号；
• 代码块 2，代表由 else 控制的代码块，当条件不满足的时候执行。

上述的例子中，我们实现了如果分数大于 80 则打印优秀，现在我们加一下需求：如果分数大于 80 则打印优秀，否则打印及格。

在刚才的 Notebook， 新建代码 Cell，输入以下代码：

a = 75

if a > 80 : 

    print("优秀")

else:

    print("及格")

print("code finished")

执行之后输出如下。

及格

code finished

可以看到，当条件不满足时(75 < 80)， if 控制的代码块没有执行，而 else 控制的代码块被执行了。

（3）if-elif-else 语句

接下来，我们再看 if 语句的最后一种形式，就是在 if-else 中间再加了一个 elif（其实就是 else if 的简写），它的语句形式是这样的。

if 条件1:

    代码块1

elif 条件2:

    代码块2

...

else:

    代码块N

从这个结构基本可以猜出来这个语句是做什么事情：如果满足条件 1，则执行代码块 1，否则看是否满足条件 2，满足则执行代码块 2，不满足则看是否满足条件 3,……如果所有条件都不满足，则执行最后由 else 控制的代码块。

if-elif-else 语句要关注以下几个关键点：

• elif 块可以任意多个；
• 整个执行过程会逐一查看条件满足的情况，执行第一个满足条件的对应代码块；
• 在执行的时候，会一个一个、从上到下的检查条件是否满足，当遇到满足的条件时，则执行该条件对应的代码块
• else 块不是必须出现的。

现在我们再次看一下，我们上面问题：拿到考试成绩，如果大于 80 分，则打印“优秀”；如果是 60 到 80 之间，则打印“及格”；小于 60 分，则打印“不及格”。

实操开始，新建 Cell，输入代表以上意思的代码，你先根据自己理解写，写完再看示例。哪怕暂时不知道怎么写，也要先想一下，这一步至关重要，先想一下能够大幅提升学习的效率。

a = 75

if a > 80:

    print("优秀")

elif a > 60:

    print("及格")

else:

    print("不及格")

print("code finished")

上述代码执行的逻辑是：

• 判断是否大于 80 ，如果大于则打印优秀，并跳过剩下的 elif、else 语句块，直接执行最后的：打印 code finished；
• 如果不大于 80，则判断是否大于 60，大于则打印及格，并跳过剩下的 else 块，直接执行最后的：打印 code finished；
• 如果还是不大于 60，则执行 else 块，打印不及格，并打印最后的 code finished。

这个例子还反映了一个 if 家族语句的重要特性：在一个 if-else 或者 if-elif-else 语句中，不管最后有多少个代码块，每次运行最终只会执行其中一个。 执行的是哪个呢？就是第一个符合条件的，拿上面的例子来说，a = 75，首先“是否大于 80”，明显是不满足的，所以继续看第二个条件：“是否大于 60”， 这里满足了。所以“是否大于 60”这个条件就是第一个符合条件的分支，所以其对应的代码块 print(“及格”)被执行。执行完毕后，便退出了整个 if 语句，下一步便执行了最后的打印 code finished 的语句。

为了验证我们的分支逻辑是否有效，我们给变量 a 分别赋值不同的分数值，比如 93、40、75 等，代码运行后，可以看到最终结果输出了对应的标签，比如以 75 分为例，结果输出为及格。

及格

code finished

至此，我们已经了解完了 Python 中实现分支结构的关键要素（if 家族语句）。

• if 语句： 判断一个条件是不是满足，满足的话就执行指定的代码块，不满足的话就什么都不做。
• if-else 语句： 判断一个条件是否满足，满足则执行 if 指定的代码块，不满足的话则执行 else 指定代码块。
• if-elif-else 语句： 从 if 的条件开始，依次从上到下判断条件是否满足，直到遇到第一个满足的条件，遇到时就执行这个满足条件对应的代码块，如果所有条件都不满足的话，就执行最后 else 对应的代码块。

2、循环结构

现在咱们来看看代码结构的另外一个重要分支：循环结构。顾名思义，循环结构实现的就是重复执行同一个代码块多次，在很多场景都非常重要。基本上所有统计逻辑：均值、方差等背后，都是通过循环结构来实现的。

比如写了一段分析单个用户下单习惯的数据分析代码，但你拿到的数据集里面有 10 万个用户，咱们肯定是不能一个个弄，横竖都弄不完，这里就需要一个强大的批量执行工具，也就是循环语句。

先从一个简单的场景开始思考，假设我们要打印三次：重要的事情说三遍。按照目前介绍到的语法，最直接的就是直接写三次 print 语句。

print("重要的事情说三遍")

print("重要的事情说三遍")

print("重要的事情说三遍")

输出结果如下：

重要的事情说三遍

重要的事情说三遍

重要的事情说三遍

代码不难理解，但也显得非常冗余，是否有更好的方式呢？

（1）for 循环

for 语句是 Python 实现循环的方式之一，也是最常用的方式，语句形式是这样的。

for 循环变量 in range(开始值，结束值，步长):

    代码块

结构看起来比较复杂，但其实形式比较固定，我们来看看其中的几个关键元素。

• for…in…: ，是 python 的语句，代表循环，因为需要控制一个代码块，所以和 if 语句一样，末尾需要加冒号。
• 循环变量、开始值、结束值、步长：用来控制循环的次数，循环变量的变量名没有特殊要求，和普通变量一样。步长是一个新概念，通俗理解就是“步子的长度”，在这里的意思就是循环变量每次增加的值，默认是 1。
• 代码块：每次循环时执行的代码块，它和由 if 语句控制的代码块一样，这个代码块由上面的 for 语句控制，所以也需要缩进。

这个结构做了一件什么样的事情呢？用白话来说就是，从循环变量=开始值开始，循环执行代码块，每次执行，循环变量的值都+步长，当循环变量的值大于或者等于结束值的时候，退出循环。

我们通过代码举例来理解。

for i in range(1,10,1):

    print(i)

在这个例子里，循环变量 = i，开始值 = 1， 结束值 = 10， 步长 = 1。

结合我们的上面的描述，这个循环的逻辑就是变量 i 从 1 开始循环，每次 +1， 当超过 10 时停止，所以循环一共会执行 9 次，每次循环的代码块都会打印变量 i 的值。

我们运行代码后可以看到这样的输出结果。

1

2

3

4

5

6

7

8

9

如果我们把步长改成 2 会怎么样呢？按照刚才的说明，则是变量从 1 开始，每次 +2， 当大于 10 的时候退出循环，听起来是不是会导致循环次数减半？我们来验证一下，代码如下。

for i in range(1,10,2):

    print(i)

输出结果确实如我们预期，只循环了五次，并且每次 i 都会 +2。

1

3

5

7

9

在我们日常写的代码中，最常用的步长就是 1，对于步长为 1 的循环，可以不写步长，因为 for 循环语句默认的步长就是 1，所以刚才第一个例子，我们也可以简写为这样。

for i in range(1,10):

    print(i)

了解了循环的语法后，我们来尝试计算一个经典问题，计算 1+2+3…+99+100。当初高斯通过取巧的方式快速计算出了结果，现在我们尝试使用 Python 来实现。

问题分析：我们需要计算 100 个数的和，这么多数显然是不能都写出来的，回过头看刚才我们循环打印的值，可以发现，其实我们通过循环，可以让一个变量从 1 循环到 100，每次 +1。然后我们只需要在循环的代码块中把循环变量都加起来，就可以得到结果。

另外，还有一点需要注意，因为需要加到 100，而我们判断是否退出循环的标准是：循环变量是否大于等于结束值，所以我们循环的结束值应该是 101。

新建 Cell，输入如下代码。注意在这个例子里，因为我们需要累加，所以需要声明一个新的变量，我们命名为 result。

result = 0

for i in range(1,101):

    result = result + i

print(result)

输出如下：

5050

可以看到，我们用 Python 计算的结果和高斯计算的结果是一样的。

（2）while循环

Python 还有另一种实现循环的语句——while 语句，相比 if 语句形式上更简单，也更通用。它的语句形式是这样的。

while 循环条件：

    代码块

关键要素主要有这两个。

• 循环条件和 if 语句的条件一样，是一个布尔变量或者以布尔类型为结果的表达式，比如 "a > 3"“True” 等都可以作为条件。只是这里的条件是用来判断是否继续循环。
• 代码块，循环时候执行的代码块，受 while 语句控制，需要缩进。

while 语句的核心流程就是，当条件为真时，不断循环执行代码块，直到条件为假。这里的 while 其实翻译过来，就是 “当”的意思。

现在，我们尝试用 while 语句来实现一下刚才计算 1+2+3+…+100 的问题。

问题分析：刚刚我们用 for 循环来计算这个问题的实现方式，是用一个变量 result 来累加循环变量 i 的值，然后指定循环变量 i 从 1 循环到 100 即可。这样第一次循环，i 是 1，第二次循环 i 是 2，以此类推。

这次我们用 while，没有了循环变量，没有东西给我们累加到 result 上了，怎么办呢？我们可以自己声明一个普通的变量，这个变量随着循环的次数增加，值也相应增加。类似上面的 i，第一次循环是 1，第二次循环是 2…一直到第 100 次循环是 100，具体在 while 循环中实现这个过程，我们只要在代码块中每次给这个变量 +1，然后再把这个变量持续累加到 result 变量即可。

然后当循环变量超过 100 时，退出循环，那么我们可以用 上述变量 < 101 作为循环条件。

我们来实操下，新建 Cell ，输入如下代码：

i = 0

result = 0

while i < 101:

    result = result + i

    i = i + 1

print(result)

输出如下，可以看到，和 for 语句实现的版本是一致的。

5050

这个部分有点绕，不用着急，多看多想几次，再对比上面 for 循环的实现，就能理解。

（3）死循环

大家看到 while 语句的形式就会想到一个问题，如果条件一直都为 True，那循环不是永远退不出来了？确实存在这种现象，在 Python 中，我们把这种循环一直无法退出的现象称之为：死循环。

死循环会导致程序执行卡死，因为一直在执行循环无法退出。所以在日常编程中，我们都需要尽量避免死循环，保证每个循环的退出条件都是可以达到的。

要测试死循环很简单，新建 Cell，输入如下代码

while 1 < 2:

    print("dead loop")

因为 1 永远小于 2，所以这段代码执行之后会无限输出 dead loop，在 Notebook 中执行如下所示，（注意左边的执行标志一直是 * 号，代表一直未执行完毕）。

（4）循环语句中的 break 和 continue

从条件入手，保证写了合适的条件之外，有没有其他避免死循环的方式呢？答案是肯定的，Python 的循环中有两种特殊的语句，用于终止循环。一种是 break 语句，用来终止整个循环。一种是 continue 语句，用于跳过当次循环。

（1）break 语句：结束当前整个循环语句的执行，转而执行循环语句后面的代码

以下面的代码为例：

for i in range(1,10):

    print("Hello")

    print(i)

print("loop finished")

根据 for 语句的定义，我们不难知道这段代码将会循环 9 次，每次都打印 Hello 和对应的循环变量的值，并在循环结束之后打印 loop，如下所示。

Hello

1

Hello

2

Hello

3

Hello

4

Hello

5

Hello

6

Hello

7

Hello

8

Hello

9

loop finished

我们在两个打印中间插入一个 break 语句，将代码改成这样，会发生什么事情呢？

for i in range(1,10):

    print("Hello")

    break

    print(i)

print("loop finished")

从结果上看，代码只打印了一次 Hello 便打印了 loop finished，甚至一次都没有打印变量 i 的值。这说明在循环内的代码块中遇到 break 时，会马上结束整个循环语句的执行，转而执行循环语句后面的代码。在这个例子里面，也就是打印 loop finished。

（2）continue 语句：结束当次循环的执行，转而执行下一次循环。

注意 continue 和 break 的区别，break 是结束整个循环语句的执行，而 continue 只是结束当次循环的代码块，并不会退出循环语句。我们可以基于上述例子的代码来理解，如果将上面的代码的 break 换成 continue：

for i in range(1,10):

    print("Hello")

    continue

    print(i)

print("loop finished")

输出结果如下：

Hello

Hello

Hello

Hello

Hello

Hello

Hello

Hello

Hello

loop finished

可以看到，打印了 9 次 hello，之后打印了 loop finished，同样一次都没有打印变量 i。原因就是每次执行循环代码块，执行到 continue 时，退出了当前代码块的执行（也就是没有执行到打印变量 i 这一句），执行了下一次循环，所以还是正常循环了 9 次。

break 与 continue 语句在 for 循环和 while 循环中的作用都是一样的