wiki/FormalSciences/ComputerScience/ProgrammingLanguage/Python/1.基础入门/1.4-控制语句.md

title	description	keywords	tags	author	date
控制语句	Python 控制语句	Python 控制语句	Python/入门 技术/程序语言	7Wate	2023-08-03

Python 中的控制语句有条件语句，循环语句，异常处理，以及其他一些特殊的控制语句。

条件语句

Python 中的条件语句是通过一条或多条语句的执行结果（即 True 或 False）来决定执行的代码块。

判断的值可以分为：

• 假值 ：None、空列表、空集合、空字典，空元组、空字符串、0、False 等。
• 真值 ：非空列表、非空集合、非空字典，非空元组、非空字符串、非 0 数值、True 等。

If

在 Python 中，要构造分支结构可以使用 if、elif 和 else 关键字。elif 和 else 都是可选的，可以根据需要进行使用。

# 示例
>>> x = int(input("Please enter an integer: "))
Please enter an integer: 42
>>> if x < 0:
        x = 0
        print('Negative changed to zero')
    elif x == 0:
        print('Zero')
    elif x == 1:
        print('Single')
    else:
        print('More')

当然如果要构造出更多的分支，可以使用 if...elif...else... 结构或者嵌套的 if...else... 结构。

Match

Python 3.10 引入了新的 match 语句，它是模式匹配的一种形式。match 语句接受一个表达式并将它的值与一系列的模式进行比较。 每个模式都关联到一个代码块，当模式与表达式的值匹配时，该代码块将被执行。这在某种程度上类似于其他语言中的 switch 语句。

def http_error(status):
    match status:
        case 400:
            return "Bad request"
        case 404:
            return "Not found"
        case 418:
            return "I'm a teapot"
        #"变量名" `_` 被作为 通配符 并必定会匹配成功
        case _: 
            return "Something's wrong with the internet"

你可以使用 | （“ or ”）在一个模式中组合几个字面值:

case 401 | 403 | 404:
    return "Not allowed"

注意，match 语句和模式匹配的概念是 Python 3.10 中新增的特性，可能在更早版本的 Python 中无法使用。

循环语句

For

Python 的 for 语句用于遍历任何序列的项目，如列表或字符串。

Python 的 for 语句与 C 或 Pascal 中的不同。Python 的 for 语句不迭代算术递增数值（如 Pascal），或是给予用户定义迭代步骤和暂停条件的能力（如 C），而是迭代列表或字符串等任意序列，元素的迭代顺序与在序列中出现的顺序一致。

"""
用for循环实现1~100求和
"""

sum = 0
for x in range(101):
    sum += x
print(sum)

内置函数 range() 表示不可变的数字序列，通常用于在 for 循环中循环指定的次数。

在 Python 中，range() 是一个内置函数，用于生成一个不可变的数字序列。通常，这个函数在 for 循环中使用，用于指定循环的次数。range(101) 可以用来生成一个包含 0 到 100（不包含 101）的整数序列。

你也可以根据需要更改 range() 函数的参数，例如：

• range(1, 101)：生成一个包含 1 到 100（不包含 101）的整数序列。
• range(1, 101, 2)：生成一个包含 1 到 100 的奇数序列，其中 2 是步长。
• range(100, 0, -2)：生成一个包含 100 到 1 的偶数序列，其中 -2 是步长。

While

while 循环语句用于在条件满足的情况下重复执行一个代码块。条件表达式的结果为 True 时，继续循环；结果为 False 时，结束循环。

"""
猜数字游戏
"""
import random

answer = random.randint(1, 100)
counter = 0
while True:
    counter += 1
    number = int(input('请输入: '))
    if number < answer:
        print('大一点')
    elif number > answer:
        print('小一点')
    else:
        print('恭喜你猜对了!')
        break
print('你总共猜了%d次' % counter)
if counter > 7:
    print('你的智商余额明显不足')

Break

break 语句可以提前退出循环。具体来说，break 用于完全结束一个循环，并跳出该循环体。

Continue

continue 语句用于跳过当前循环的剩余语句，然后继续进行下一轮循环。

Else

在 Python 中，else 子句可以与 for 循环和 while 循环一起使用。当循环正常完成（即没有碰到 break 语句）时，else 块的内容会被执行。这个特性在很多其他语言中都没有，因此对于初学者来说可能会感到有些不熟悉。

# 使用 else 的 for 循环的示例
for i in range(5):
    if i == 10:
        break
else:
    print("循环正常完成")

在这个示例中，循环会正常完成，因为没有任何一个元素使得 i == 10 为 True，所以 break 语句不会被执行，else 块的内容会被打印出来。

如果我们修改 if 语句的条件使得 break 语句被执行，那么 else 块的内容就不会被打印出来：

for i in range(5):
    if i == 3:
        break
else:
    print("循环正常完成")

在这个示例中，当 i 等于 3 时，break 语句就会被执行，所以循环没有正常完成，else 块的内容不会被打印出来。

同样的，else 也可以与 while 循环一起使用，当 while 循环的条件变为 False 时，else 块的内容会被执行。

i = 0
while i < 5:
    if i == 3:
        break
    i += 1
else:
    print("循环正常完成")

在这个示例中，当 i 等于 3 时，break 语句就会被执行，所以循环没有正常完成，else 块的内容不会被打印出来。

异常语句

try、except、finally

graph TD
    A(开始)
    B[try 块]
    C[except 块1]
    D[except 块2]
    E[else 块]
    F[finally 块]
    G(结束)
    A --> B
    B -- 异常1 --> C
    B -- 异常2 --> D
    B -- 无异常 --> E
    C --> F
    D --> F
    E --> F
    F --> G

1. 确定需要的异常处理结构：在开始编写异常处理结构时，首先确定你需要 try, except, else 和/或 finally 语句块。要记住的是，except 和 finally 块至少需要一个，否则 try 将失去其意义。
2. 编写 try 语句块：将可能抛出异常的代码放入 try 块。如果在 try 块中发生异常，Python 将停止执行 try 块的其余部分，并转到 except 块。
3. 编写 except 语句块：为每种可能抛出的异常类型编写一个 except 块。Python 会按照它们在代码中出现的顺序来检查这些 except 块。如果匹配到异常，Python 将执行相应的 except 块并停止查找。
4. 处理多个异常：你可以将多个异常类型放入一个元组中，然后使用一个 except 块来处理它们。例如：except (TypeError, ValueError):。
5. 处理所有异常：如果 except 块后面没有指定异常类型，那么这个 except 块将处理所有异常。你可以通过 logging 或 sys 模块获取异常的详细信息。
6. 重新抛出异常：如果你在 except 块中捕获了一个异常，然后想要再次抛出它，你可以使用 raise 语句而不需要附加任何参数或信息。
7. 编写 else 语句块：else 块中的代码只有在 try 块没有发生任何异常时才会被执行。
8. 编写 finally 语句块：无论是否发生异常，finally 块中的代码总是会被执行。这对于清理（例如关闭文件或网络连接）非常有用。
9. 重构代码：考虑使用 with 语句或 getattr() 方法等内置的异常处理语句，而不是 try/except。此外，如果可能，尽量避免在同一个 except 块中捕获和抛出相同的异常。最后，除非你确定需要处理所有可能的异常，否则不应该捕获所有异常，因为这可能会隐藏严重的问题。

# 示例
try:
    # 这里可能会抛出异常的代码
    do_something()
except SomeException as e:
    # 当捕获到SomeException时的处理代码
    handle_exception(e)

# 实例
def div(a, b):
    try:
        print(a / b)
    except ZeroDivisionError:
        print("错误：b 不应为 0 !!")
    except Exception as e:
        print("意外错误：{}".format(e))
    else:
        print('只有当一切正常时，才会运行 else')
    finally:
        print('始终运行 finally 块。')

# 测试
div(2, 0)
div(2, '错误的类型')
div(1, 2)


# 在一行中捕获多个异常
try:
    print(a / b)
except (ZeroDivisionError, TypeError) as e:
    print(e)


# 当存在 finally 时，except 是可选的
try:
    open(database)
finally:
    close(database)

# 捕获所有错误并记录下来
try:
    do_work()
except:    
    # 从 logging 模块获取详细信息
    logging.exception('捕获到异常!')
    
    # 从 sys.exc_info() 方法获取详细信息
    error_type, error_value, trace_back = sys.exc_info()
    print(error_value)
    raise

With

Python 的 with 语句支持通过上下文管理器所定义的运行时上下文这一概念。

with 语句是一种处理上下文管理器的语句，上下文管理器通常包含 __enter__ 和 __exit__ 这两个方法。在 with 语句的代码块被执行前，会首先执行 __enter__ 方法，在执行完毕后，会调用 __exit__ 方法。这在你需要管理资源，如文件，网络连接或锁定等情况非常有用，因为它可以保证在任何情况下都会执行必要的清理操作。

# 在这里，文件已经被关闭，无需再次手动关闭
with open("file.txt", "r") as file:
    for line in file:
        print(line)

# 基本思想是 with 所求值的对象必须有一个 enter() 方法，一个 exit() 方法。
# 紧跟 with 后面的语句被求值后，返回对象的 enter() 方法被调用，并将返回值赋值给 as 后面的变量。
# 当 with 的代码块全部被执行完之后，将调用前面返回对象的 exit() 方法。

class ManagedFile:
    def __init__(self, filename):
        self.filename = filename

    def __enter__(self):
        self.file = open(self.filename, 'r')
        return self.file

    def __exit__(self, exc_type, exc_val, exc_tb):
        if self.file:
            self.file.close()

# 使用自定义的上下文管理器
with ManagedFile("file.txt") as file:
    print(file.read())

Raise

raise 语句用于引发特定的异常。你可以定义异常类型并附加一个错误消息：

raise ValueError("这是一个无效的值！")

如果你在 except 块中使用 raise 语句，而不提供任何参数，它将默认重新引发最近的异常。

try:
    print(5/0)
except ZeroDivisionError as e:
    print("发生了一个错误！")
    raise  # 重新引发最近的异常

其他语句

Assert

assert 语句用于断言某个条件为真，如果条件为假，则会抛出 AssertionError 异常。它常常用于调试代码，确认代码的某些方面满足预期，例如：

x = 1
assert x == 1  # 条件为真，没有问题

# 条件为假，抛出 AssertionError，并附带错误信息
assert x == 2, "x should be 2 but is actually " + str(x)  

注意，assert 语句在优化模式下（使用 -O 参数启动 Python 时）会被全局禁用。

Pass

pass 语句是 Python 中的空语句，用于在需要语句的地方保持语法的完整性，但是实际上不做任何事情。通常，我们使用它作为未完成代码的占位符：

def my_function():
    pass  # TODO: implement this function

class MyEmptyClass:
    pass

Return

return 语句用于从函数返回一个值。所有函数都会返回一个值：如果函数执行到结尾而没有遇到 return 语句，它将返回特殊值 None：

def add(a, b):
    return a + b

print(add(1, 2))  # 输出：3