五、流程控制专题
编辑日期: 2024-11-28 文章阅读: 次
五、流程控制专题
流程控制与代码的执行顺序息息相关，流程控制相关的关键字，如if,elif,for,while,break,continue,else,return,yield,pass等。
本专题详细总结与流程控制相关的基础和进阶用法，大纲如下：
- 1 if 用法
- 2 for 用法
- 3 while,break,continue
- 4 for 使用注意
- 5 range 序列
- 6 Python特色：循环与else
- 7 pass 与接口
- 8 return 和 yield
- 9 短路原则
专题的开始，先总结与流程控制相关的基础用法。
1 if 用法
if 对应逻辑控制的条件语句，它的基本结构可以表示为：如果满足某个条件，则怎么怎么样。
如下函数maxChunksToSort中，如果满足当前数组nums的索引i等于区间[0,i]的最大值，则[0,i]区间能被分割为一个Chunk.
def maxChunksToSort(nums):
maxn, count = nums[0], 0
for i,num in enumerate(nums):
maxn = max(maxn, num)
if i == maxn:
count += 1
return count
if后的语句指定了一个条件，若满足if则，:后的语句成立。
如果if不满足，再使用elif判断其他情况，可以一直写elif，若是最后一个判断条件，可使用else，其基本结构为：
if A:
print('condition A meets')
elif B:
print('condition B meets')
elif C:
print('condition C meets')
else:
print('other conditions meets')
2 for 用法
Python的for除了具备控制循环次数外，还能直接迭代容器中的元素。
控制循环次数：
for i in range(1, len(nums)):
print(i)
还能直接操作容器内的元素：
a = [1, [2, 4], [5, 7]]
for item in a:
print(item)
3 while,break,continue
while后面紧跟一个判断条件，若满足条件则会一直循环，直到不满足条件时退出。但这不是绝对的，如果while后的语句块内含有break，即便条件依然满足，但遇到break也会一样退出。
如下检测输入是否为整数，直到输入整数时，执行break退出while循环：
while True:
a = input('please input an Integer: ')
try:
ai = int(a)
print('输入了一个整数 %d ，input 结束' % (ai,))
break
except:
print("%s isn't a Integer" % (a,))
做如下测试：
please input an Integer: 1.2
1.2 isn't a Integer
please input an Integer: 1
输入了一个整数 1 ，input 结束
continue与最近的循环语句for或while组合，表示接下来循环体内的语句不执行，重新进入下一次遍历。
def f(nums):
for num in nums:
if num <= 0:
continue
print('得到一个大于0的数 %d' % (num,))
做如下测试：
得到一个大于0的数 2
得到一个大于0的数 4
基础用法保证我们能够应付日常遇到的基本的代码流程，不过要想进一步深入理解Python特色的、与顺序相关的执行功能，还需要理解下面的进阶用法。
4 for 使用注意
for 语句遍历容器类型或可迭代类型时，如果涉及到增加、删除元素，就需要小心。比如请先看下面的例子：
删除列表中的某个元素值，可能有重复，要求元素顺序不变，空间复杂度为O(1)，如果像下面这样写就会有问题：
def delItems(nums, target):
for item in nums:
if item == target:
nums.remove(item)
return nums
对于大多数情况，上面的代码无法暴露出bug。但是考虑下面输入(特点：被删除的值连续出现)：
r = delItems([2, 1, 3, 1, 1, 3], 1)
print(r)
打印结果为：[2,3,1,3]
对于刚接触编程的朋友对此很不解，为什么其中一个1未被remove.
不管是Python, Java, C++，列表或数组删除元素时，其后面的元素都会逐次前移1位，但是for依然会正常迭代，因此“成功”规避了相邻的后面元素1.
图形解释命中目标后的一系列动作：
上面的列表
命中目标
删除元素1
下步最关键：解释器自动前移删除位置后的所有元素
但是，等到下一次迭代时，迭代器不等待，正常移动到下一个位置：
这样元素3成功逃避是否与目标值相等的检查。
结论：命中目标处的后一个位置都逃避了是否与目标值相等的检查，所以一旦有连续目标值，必然就会漏掉，进而触发上面的bug.
明白上面这个原因后，重新再改写一遍删除所有重复元素的代码，下面代码不再使用for直接遍历元素(再说一遍：增删元素原来迭代器发生改变，所以会导致异常行为），而是使用索引访问：
def delItems(nums, target):
i = 0
while i < len(nums):
if nums[i] == target:
del nums[i]
i -= 1
i += 1
return nums
r = delItems([2, 1, 3, 1, 1, 3], 1)
print(r) # [2,3,3]
如果元素等于target，从数组nums中删除nums[i]，删除后解释器自动将i后的元素都前移1位。据此，巧妙的控制i值，一旦命中立即i减去1，这样确保不漏检查。
5 range 序列
range在Python中经常用于生成一串数字序列，对刚入门Python的朋友想尝试打印其中的值：
In [3]: print(range(10))
range(0, 10)
要想看到每个值可与for结合：
In [21]: for i in range(10):
...: print(i,end=",")
...:
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,
那么有的朋友不禁要问range函数的返回值为什么能与for结合？
类型为Iterable的对象都可与for结合，下面确认range(10)返回值是否为Iterable:
In [13]: from collections.abc import Iterable
In [14]: isinstance(range(10),Iterable)
Out[14]: True # 它是 Iterable 类型
它为什么不是一次全部输出一个列表，就像下面这样：
In [23]: list(range(10))
Out[23]: [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
而是要一个一个的输出？
range函数为了高效节省内存，一次只返回一个值，而不是直接将构成序列的全部元素加载到内存。
Python里的range不支持创建浮点序列，所以为了更加清楚的展示range的原理，编写一个创建浮点数的序列frange：
def frange(start, stop, step):
i = start
while i < stop:
yield i
i += step
代码只有几行，yield作为控制流程的一个关键字，下面我们会详细说到。
使用frange：
fr = frange(0, 1.,0.2)
for i in fr:
print("{:.2f}".format(i),end=",")
打印结果如下，得到一个差值为0.2的等差数列：
0.00,0.20,0.40,0.60,0.80,
6 Python特色：循环与else
6.1 for能和else组对
Python一大特色：while,for能和else组对，不仅如此，try except和else也能组对，下面介绍它们存在的价值。
找出2到15的所有素数，如果不是素数打印出一对因子，实现代码如下：
for num in range(2, 16):
is_prime = True
for item in range(2, num):
if num % item == 0:
print('%d = %d*%d ' % (num, item, num // item))
is_prime = False
break
if is_prime:
print("%d is prime" % (num))
打印结果如下：
2 is prime
3 is prime
4 = 2*2
5 is prime
6 = 2*3
7 is prime
8 = 2*4
9 = 3*3
10 = 2*5
11 is prime
12 = 2*6
13 is prime
14 = 2*7
15 = 3*5
使用is_prime标志位判断是否找到num的一对因子，若都遍历完仍无发现则打印此数是素数。
这是我们比较熟悉的常规解决思路，但是如果使用for和else组对，它的价值便能体现出来：
for num in range(2, 16):
for item in range(2, num):
if num % item == 0:
print('%d = %d*%d ' % (num, item, num // item))
break
else:
print("%d is prime" % (num))
上面代码实现同样的功能，但代码相对更加简洁。通过前后代码对比，我们便能看出for和else组对的功能：for遍历完成后执行else，但是触发break后，else不执行。
大家平时多多使用，便能习惯以上用法。通过上面的对比，我们也能直观的感受到它们的价值。
6.2 try,except 和 else 组对
try 和 except 组对比较容易理解，触发异常执行 except 里的代码，否则不执行。
但是加上一个else实现怎样的作用呢？
首先看下面的例子：
In [9]: while True:
...: try:
...: a = int(input('请输入一个整数: '))
...: except ValueError:
...: print('input value is not a valid number')
...: else:
...: if a % 2 == 0:
...: print('输入的 %d 是偶数' %(a,))
...: else:
...: print('输入的 %d 是奇数' %(a,))
...: break
测试：
请输入一个整数: t
input value is not a valid number
请输入一个整数: 5
输入的 5 是奇数
try 保护的代码正常通过后，else才执行。
有的朋友会问，为什么不把else这块代码放到try里面？这还是有一定区别的：放到else中意味着这块代码不必受保护，因为它不可能触发ValueError这样的异常。
7 pass 与接口
Python中最特别的关键字之一便是pass，它放在类或函数里，表示类和函数暂不定义。
class PassClass:
pass
def PassFun():
pass
如上实现最精简的类和函数定义。
今天跟大家分享一个pass的特别有用的用法，尤其对Java语言的interface，implements等较熟悉的朋友，在Python中也能实现类似写法。
首先安装一个包:
pip install python-interface
下面是这个包的基本用法，首先创建一个接口类：
from interface import implements, Interface
class MyInterface(Interface):
def method1(self, x):
pass
def method2(self, x, y):
pass
下面实现接口：
class MyClass(implements(MyInterface)):
def method1(self, x):
return x * 2
def method2(self, x, y):
return x + y
这个包对熟悉Java语言的朋友还是非常实用，接口和实现类用法，可以平稳过渡到Python语言中。
8 return 和 yield
程序遇到 return 和 yield 都是立即中断返回。那么yield和return又有什么不同呢？
与return不同，yield中断返回后，下一次迭代会进入到yield后面的下一行代码，而不像return下一次执行还是从函数体的第一句开始执行。
用图解释一下：
遇到yield中断返回
第一次 yield 返回 1
第二次迭代，直接到位置2这句代码。
然后再走for ,再yield，重复下去，直到for结束。
以上就是理解yield的重要一个点，当然yield还会与from 连用，还能与send实现协程等，这些都放在后面的专题。
9 短路原则
最后以一个有意思的短路问题结束流程控制专题。
布尔运算符 and 和 or 也被称为短路运算符：它们的参数从左至右解析，一旦可以确定结果解析就会停止。
Python中的短路运算符常见的有两个：and , or
A and B : 如果 A 不成立，B 不会执行
A or B : 如过 A 成立，B不会执行
所以被称为短路运算符
举几个例子一看就明白，请看下面代码：
代码1：
a = ''
b = a and 'i will not execute'
print(b)
打印结果为空，因为and运算符从左到右检查，一旦a为空即为假，则结果已确定为假，'i will not execute'被短路。
代码2：
a = 'python'
b = a or 'i will not execute'
print(b)
打印结果为：python，因为or运算符从左到右检查，一旦a为真则结果已确定为真，所以'i will not execute'被短路。
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