开源图书《Python完全自学教程》6.3.1循环语句初步应用

6.3 for 循环语句

for 循环语句普遍存在多种常见的高级编程语言，在 Python 中地位尤为重要，何以见得？学然后即知。

6.3.1 初步应用

很多编程语言都继承了 C 语言的 for 循环风格，例如 JavaScript 中这样实现（以下代码不需调试）：

var numbers = [1, 2, 3, 5, 7]; 
for (var i = 0; i < numbers.length; i += 1) {
    print(numbers[i]) }

像这样的还有 Java、PHP 等编程语言。如果把这种类型的称为“传统”风格的话，Python 中的 for 循环则显得特立独行，它不是 C 语言风格的，它是 Python 风格的——别具一格。

numbers = [1, 2, 3, 5, 7] 
for n in numbers:          # (1)
    print(n)

比较以上两段代码，后者是 Python 风格的 for 循环语句，与“传统”风格相比：

• 不需要创建索引变量、不需要对索引变量初始化，没有 var i = 0 ；
• 不需要边界检查，没有 i < numbers.length ；
• 不需要索引递增，没有 i += 1 。

Python 的 for 循环不仅形式上与 C 语言风格的不同，工作原理也不同，但下面还是先从形式上学习，原理内容留给以后探究。

下面以注释（1）为例，结合图6-3-1，说明 Python 的 for 循环基本用法：

• for ：发起 for 循环的关键词；
• n ：引用被循环对象中成员的变量，注释（1）中的变量 n 依次引用列表中的每个成员；
• in ：关键词，右侧的 numbers 变量引用了被循环对象。

如果将 for n in numbers 看做自然语言中的一句话，其字面含义即意味着 n 引用 numbers 中的成员。

图6-3-1 for 循环语句结构

将注释（1）的循环语句在交互模式中执行，效果如下：

>>> numbers = [1, 2, 3, 5, 7]
>>> for n in numbers:
...     print(n)
...
1
2
3
5
7

在 Python 中，只有可迭代对象才能够作为 for 循环语句中的被循环对象。关于可迭代对象，在第4章和第5章都有所介绍，第9章9.6节还会详细说明。

相传，高斯9岁时就证明了快速计算等差数列求和的技巧，即 1+2+3+\cdots+99+100 。这里我们用 Python 程序计算，并向大师致敬。

#coding:utf-8
'''
filename: sumhundred.py
'''
sum = 0
for i in range(1, 101):    # (2)
    sum += i               # (3)

print(f"the sum of 1 to 100 is: {sum}")

先看执行效果，再分析程序中的重点代码：

% python sumhundred.py
the sum of 1 to 100 is: 5050

此结果与高斯计算的结果相同——是不是充满了成就感。不过，此处的方法和高斯的明显不同，高斯使用了等差数列求和公式，这里是逐个做加法——方法虽笨，但有计算机这个好工具，所以速度很快。下面就分解这个“笨方法”，理解每一部分含义：

range() 是 Python 的内置函数，它的调用方式是 rang(stop) 或者 range(start, stop[, step]) ，参数均为整数，生成由整数组成的等差数列——返回的对象不是列表，是 range 类型对象，这种类型的对象是一种“类列表”的序列，可以用 list() 函数将其转换为列表。

>>> range(10)
range(0, 10)
>>> list(range(10))
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> list(range(1, 20, 2))
[1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19]
>>> 9 in range(10)
True

注释（2）中以 range(1, 101) 得到了由整数 1,2,\cdots, 100 作为成员的 range 对象，它是可迭代的，用于 for 循环。

变量 i 依次引用 range(1, 101) 中的每个整数，通过注释（3）实现“自增”计算（见6.1.1节），即完成 1+2+3+\cdots+99+100 计算。

利用 range() 函数，可以解决一些与等差数列有关的问题。例如，要求选出 50 以内能被 3 整除的非负整数，可以这样实现：

#coding:utf-8
"""
filename: divisibility.py
"""
lst = []
for i in range(50):
    if i % 3 == 0:
        lst.append(i)

print(f"numbers divisible by 3: {lst}")

执行结果是：

% python divisibility.py 
numbers divisible by 3: [0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 45, 48]

其实，如果读者认真阅读 range() 官方文档，还会找到另外一种更直接的方法：

>>> list(range(0, 50, 3))
[0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 33, 36, 39, 42, 45, 48]

在慨叹其简洁之余，更要认识到阅读官方文档的重要性。

再来看一个将字符串作为 for 循环的示例。在这个示例中，要统计一个单词中每个字母的出现次数。

#coding:utf-8
'''
filename: countchar.py
'''
word = input('please input an english word:')
result = {}                        # (4)
for e in word:                     # (5)
    if e in result:                # (6)
        result[e] += 1
    else:
        result[e] = 1
print(f'the word is: {word}')
print(f'count letter: {result}')

先看执行结果，再分析代码。

% python countletter.py 
please input an english word:zoom
the word is: zoom
count letter: {'z': 1, 'o': 2, 'm': 1}

按照“用户的输入都不可信”原则，上述程序还有待优化。但是，这里我们要将注意力放在 for 循环语句，姑且认为“人之初，性本善”的假设是成立的。

要统计单词中每个字母出现的次数，显然要建立字母与出现次数的对应关系——立刻想到了“键值对”，最适合的就是用字典类型的对象保存统计结果，于是注释（4）创建一个空字典。

注释（5）循环单词（字符串对象）中的每个成员——字母，然后在循环体（注释（6）开始的语句块）内，判断该字母是否已经是 result 的键：如果是，说明此前已经对该字母计数，所以让它对应的值“自增” 1 ；否则，在 result 中增加一个以该字母为键的键值对，并设置初始的值为 1 。

这样，就实现了记录对象出现次数的统计，这种方法在后续示例中还会用到。

列表和字符串都是序列，也都是可迭代对象，此外，字典虽然不是序列，但是可迭代对象，故也可以作为 for 循环语句中的被循环对象。

>>> d = dict([("website", "www.itdiffer.com"), ("lang", "python"), ("author", "laoqi")])
>>> for k in d: print(k)    # (7)
...
website
lang
author

注释（7）是一种“偷懒”的写法，在冒号 : 后面跟一个空格，然后写循环体的语句。这种写法仅适用于循环体的语句块中只有一条语句的情况。当然，将 print(t) 写在下一行（前面有四个空格）依然可行，且效果相同。

从代码的运行结果可知，注释（7）中的变量 k 依次引用了字典 d 的键值对的键（key）。

>>> for k in d.keys(): print(k)
...
website
lang
author

这段代码中使用了字典的方法 keys() （参阅第5章5.1.3节），与注释（7）等效，不过常用的还是注释（7）。

若要通过循环得到键值对中的值（value），不难想到字典的另外一个方法 values() 。

>>> for v in d.values(): print(v)
...
www.itdiffer.com
python
laoqi

自然还会想到字典的 items() 方法返回值也可以用于被循环对象，但是要注意，d.items() 返回值有点特别。

>>> d.items()
dict_items([('website', 'www.itdiffer.com'), ('lang', 'python'), ('author', 'laoqi')])

循环此种形式的对象，得到每组键值对的键和值：

>>> for k, v in d.items():    # (8)
...     print(f'key:{k} --> value:{v}')
...
key:website --> value:www.itdiffer.com
key:lang --> value:python
key:author --> value:laoqi

注释（8）中 (k, v) 与 d.items() 返回值的每个成员依次循环对应引用，即 k 引用键值对的键，v 引用键值对的值。

此外，用注释（7）的循环方式，也能实现注释（8）的结果：

>>> for k in d:
...     print(f'key:{k} --> value:{d[k]}')
...
key:website --> value:www.itdiffer.com
key:lang --> value:python
key:author --> value:laoqi

以上初步了解了 for 循环的基本应用。为了让 for 循环用得更妙，Python 中的两个内置函数必须要了解。