Python控制结构详解:条件、循环与列表推导式实战
本文深入解析Python控制结构,涵盖代码块缩进规范、if/elif/else条件分支、while与for循环机制,以及break和continue控制流。重点讲解assert断言、水仙花数算法实现及九九乘法表案例,并详细介绍列表、字典推导式的语法与嵌套应用,帮助开发者掌握Python核心编程逻辑。
0. 学习目标
Python是一门简洁且易于学习的面向对象编程语言,不仅具备强大的原生数据类型,还提供了直观的控制语句。在《Python基础教程》系列中,前文已介绍内置原生数据类型及程序与用户交互的输入输出方式。本节旨在全面讲解Python的控制语句,为后续学习奠定坚实基础,完整覆盖数据结构与算法所需的Python基础知识及核心思想,并辅以实战示例与详细解析。
- 理解并掌握 Python 条件语句与循环语句
- 掌握 Python 条件语句与循环语句的复杂嵌套以及列表解析式
1. 代码块与缩进
代码块是一组执行语句,Python中所有控制结构定义代码块的语法一致,既可用于满足特定条件时执行(如if语句),也可用于重复执行代码(如循环)。Python通过缩进(空格或制表符)来界定代码块。使用冒号(:)标识后续为代码块,且同一代码块内各行缩进量必须保持一致(通常每级缩进4个空格):
if condition is True:
print('this is a block')
print('another line of this block')
print('escaped the previous block')
在定义函数体和类体时,同样遵循上述代码块缩进原则。
2. 条件语句
前述示例均为逐条执行,实际应用中需让程序根据条件选择执行特定语句块,此时布尔类型至关重要。
在布尔表达式中,标准值False、None、数值0以及空序列(如空字符串、空元组、空字典等)均被视为假(False),其余值均被视为真(True)。这意味着任何Python值均可解释为真值,但True和False是标准真值。与C语言中0表示假、1表示真不同,Python中True和False实际上是0和1的别名,作用完全相同:
>>> bool('')
False
>>> bool([0])
True
>>> bool('Hello world')
True
>>> True == 1
True
>>> True + 2
3
程序运行时,Python会自动将任意值转换为布尔值,无需显式转换:
# test_bool.py
string_test = 'Hello world'
if string_test:
print('Automatic conversion ')
上述脚本执行结果如下,表明Python执行了自动转换:
Automatic conversion
需要注意的是,虽然值转换为真值后可能相等,例如 bool({}) == bool([]) == False,但本身它们并不相等,即 {} != []:
>>> bool({}) == bool([])
True
>>> {} == []
False
2.1 if 语句
条件语句(也称if语句)能够有条件地执行代码。如果条件(if和冒号之间的表达式)为真,则执行后续代码块;如果条件为假,则不执行:
if flag == True:
flag = False
print(flag)
上述if语句称为单路分支结构。如果flag为True,则将其变为False,再打印flag值。另一种条件结构称为二元分支(也称if...else语句):
answer = input('Please enter your answer: ')
if answer == 'A':
print('Right!')
else:
print('Error!')
在上述例子中,Python会检查用户输入答案,如果输入为A,则打印“Right!”,否则,会执行else分支打印“Error!”。
要检查多个条件,可使用elif,elif是else if的缩写,可以将其理解为包含条件的else子句:
num = int(input('Please enter a number: '))
if num > 0:
print('The number is positive')
elif num < 0:
print('The number is negative')
else:
print('The number is zero')
需要注意的是,在使用elif时,最后的else是必需的,它用来在所有分支条件都不满足的情况下提供默认分支。
上述三种条件结构可以用以下流程图表示:

综上,我们可以总结出Python中,条件语句的最一般形式:
if first_condition:
first_block
elif second_condition:
second_block
elif third_condition:
third_block
else:
fourth_block
每个条件都是一个布尔表达式,每个代码块包含一个或多个满足条件时要执行的语句。如果第一个条件为真,则执行第一个代码块,而不会评估其他条件。如果第一个条件失败,则继续判断第二个条件,以此类推。if语句可以包括任意数量的elif子句(也可以为0个),最后一个else子句是可选的。
2.2 if 语句的嵌套
条件结构支持嵌套,即在if语句中调用任意数量的if语句:
if alcohol < 20:
print('Does not constitute drinking behavior!')
else:
if alcohol > 80:
print('Already meet drinking and driving standards!')
else:
print('Has reached the standard for drunk driving!')
上述程序所表达的逻辑可以用流程图表示:

2.3 断言
为了让程序在错误条件出现时立即中止,Python还提供了类似if语句的关键字:assert,使用此关键字可以要求某些条件必须得到满足。assert语句类似检查点,当我们知道程序的执行必须满足特定条件,才能正确地运行时,使用assert语句可以及时终止程序运行,类似网站注册时邮箱格式正确性的检查:
>>> mail_1 = 'test123456789@gmail.com'
>>> assert mail_1.endswith('.com')
>>> mail_2 = 'test123456789@gmail.con'
>>> assert mail_2.endswith('.com')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AssertionError
为了说明程序终止的原因,可以在assert语句后添加说明字符串:
>>> assert mail_2.endswith('.com'),' Email must end with .com '
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
AssertionError: Email must end with .com
3. 循环
我们已经学习了如何在条件为真(或假)时执行代码块,但如何重复操作代码块多次呢?例如,打印1—100内的所有的偶数。我们当然可以写出50行print语句,但如果是这样,我们就不需要Python了。
Python提供了两种不同的循环结构。while循环允许对布尔条件进行重复测试,直到条件不能得到满足。for循环提供了遍历序列的迭代(例如字符串的字符、列表的元素或给定范围内的数字等)。

3.1 while 循环
while语句会在给定条件为真时重复执行代码块。例如,在下面的示例中,变量number被初始化为0,并且在while循环中,它每迭代一次就递增1,每次执行循环体前,首先进行条件判断,因此直到number等于5时结束循环:
number = 0
while number < 5:
print('A total of {} time(s)'.format(number))
number += 1
程序运行结果如下:
A total of 0 time(s)
A total of 1 time(s)
A total of 2 time(s)
A total of 3 time(s)
A total of 4 time(s)
3.2 for 循环
while语句可用于在条件为真时反复执行代码块,但有时候我们可能需要为序列中每个元素执行代码块。
为了介绍for循环,我们首先要了解可迭代对象,可迭代对象是可使用for循环进行遍历的对象,对于现阶段,我们可以只需将可迭代对象视为序列即可。 for语句可以用于遍历一个序列中的每个元素:
fruits = ['apple', 'orange', 'banana', 'lemon']
for fruit in fruits:
print(fruit)
for语句将列表fruits中的每一个值依次赋给变量fruit。然后,代码块就会被执行。for语句的常见用法是在一定的值范围内进行有限次数的迭代。
我们已经在介绍数据类型list时,简单的介绍过内置函数range用于创建范围,range语法类似于切片,包含起始位置,但不包含结束位置。实际上,如果只提供了一个位置,将把这个位置视为结束位置,而起始位置为0。同时也可以为range函数提供步长参数,在范围内每隔若个元素提取一个元素:
for i in range(0, 10, 2):
print('The square of {} equals {}'.format(i, i**2))
程序的输出结果如下:
The square of 0 equals 0
The square of 2 equals 4
The square of 4 equals 16
The square of 6 equals 36
The square of 8 equals 64
使用for循环还可以遍历字典,默认情况下,是遍历字典的键,如果需要遍历所有的值或键-值对,就需要用到字典的values和items方法了:
fruits = {'apple': 5.0, 'orange': 3.5, 'banana': 4.0}
for k in fruits:
print(k, 'corresponds to', fruits[k])
上示代码等价于:
fruits = {'apple': 5.0, 'orange': 3.5, 'banana': 4.0}
for k, v in fruits.items():
print(k, 'corresponds to', v)
3.3 中断循环
通常,循环会不断地执行代码块,直到条件为假或迭代完序列中的所有元素。但有时,我们可能需要开始新迭代(跳到下一次迭代开头,并不结束循环)或直接结束循环。
🔍 break
要结束循环,可使用break,假设要找到最大的三位水仙花数(每个位上的数字的3次幂之和等于它本身的三位数),可以从999开始向下迭代,找到一个水仙花数后,无需继续迭代,直接跳出循环:
for i in range(999, 99, -1):
b = i % 10
t = (i // 10) % 10
h = i // 100
if b ** 3 + t ** 3 + h ** 3 == i:
print(i)
break
运行此程序,将在打印407后结束,在上述示例中,可以看到通过将range的步长设置为负数,让range反向迭代。
常规的while循环会在循环开头时进行判断用来结束循环,但有时我们想要循环在循环体中结束,这时就需要用到while True/break语法了,使用while True可以使循环永不结束,然后在循环体内使用if语句,当if语句的条件得到满足时调用break结束循环,例如在登陆界面中,只有用户输入了正确的用户名才能进行下一步操作:
users = ['root', 'admin', 'user_1']
while True:
user = input('Please enter your name: ')
if user in users:
break
print('User does not exist!')
print('The user name is correct!')
🔍 continue
当指定语句continue时,它结束当前迭代,并跳到下一次迭代开头。这基本上意味着跳过循环体中余下的语句,但不结束循环,例如计算所有水仙花数,如果使用语句continue,则可以写为:
for i in range(100, 1000):
b = i % 10
t = (i // 10) % 10
h = i // 100
if b ** 3 + t ** 3 + h ** 3 != i:
continue
print(i)
程序输出结果如下:
153
370
371
407
4. 控制语句综合嵌套
控制语句可以进行复杂的综合嵌套,可以通过打印九九乘法表来综合使用控制语句:
for i in range(1, 10):
for j in range(1, 10):
if i > j:
print('{} * {} = {}'.format(i, j, i*j), end = '\t')
elif i == j:
print('{} * {} = {}'.format(i, j, i*j))
else:
continue
5. 列表解析式
列表推导是利用列表创建新列表的方式,列表推导的工作原理类似于for循环:
>>> [i**2 for i in range(10)]
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
在列表推导中也可以进行嵌套,例如添加更多的for循环和if语句:
>>> [[i, j] for i in range(10) for j in range(10) if i % 3 == 0 and j % 4 == 0]
[[0, 0], [0, 4], [0, 8], [3, 0], [3, 4], [3, 8], [6, 0], [6, 4], [6, 8], [9, 0], [9, 4], [9, 8]]
等价于:
new_list = []
for i in range(10):
for j in range(1):
if i % 3 == 0 and j % 4 == 0:
new_list.append([i, j])
除了列表推导式外,还可以使用花括号来执行字典推导:
>>> print({i: i**3 for i in range(10)})
{0: 0, 1: 1, 2: 8, 3: 27, 4: 64, 5: 125, 6: 216, 7: 343, 8: 512, 9: 729}
注意:
1、循环也是以冒号(:)结尾
2、条件为各种算术表达式,
a) 当为真时,循环体语句组 1,重复执行
b) 当为假是,循环体语句组 2,停止执行
3、如果循环体忘记累计,条件判断一直为真,则为死循环。循环体一直实行。
a) 死循环有时候经常被用来构建无限循环
b) 可以使用 ctrl+c 终止,或者停止 IDE
总结
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