for 循環
本系列前面 “探索 Python,第 5 部分:用 Python 編程” 一文討論了 if 語句和 while 循環,討論了復合語句以及適當縮進 Python 語句來指示相關 Python 代碼塊。該文的結尾介紹了 Python for 循環。但就其使用和功能來說,for 循環更值得關注,所以本文單獨講述該循環。
for 循環有一個簡單的語法,使您可以從容器對象中提取單個項目并對其進行某些操作。簡單地說,使用 for 循環,可以迭代中對象集合的項目。對象集合可以是任何 Python 容器類型,包括前面文章中討論的 tuple、string 和 list 類型。但是容器 metaphor 的功能比這三種類型更強大。metaphor 包括其他序列類型,如 dictionary 和 set,將來的文章中將對它們進行討論。
但是請稍等!還有更多信息:for 循環可以用于迭代支持迭代 metaphor 的任何對象,這使 for 循環非常有用。
清單 1 中顯示了 for 循環的基本語法,還演示了如何在 for 循環中使用 continue 和 break 語句。
清單 1. for 循環的偽代碼
for item in container: if conditionA: # Skip this item continue elif conditionB: # Done with loop break # action to repeat for each item in the container else: # action to take once we have finished the loop.
本系列中的第二篇文章 “探索 Python,第 2 部分:探索 Python 類型的層次結構” 介紹了 Python tuple。如文中所述,tuple 類型是不可變的異構容器。這主要是說 tuple 可以存放不同類型的對象,但是它一旦創建,就無法更改。清單 2 演示了如何使用 for 循環迭代 tuple 的元素。
清單 2. for 循環和 tuple
>>> t = (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) >>> count = 0 >>> for num in t: ... count += num ... else: ... print count ... 45 >>> count = 0 >>> for num in t: ... if num % 2: ... continue ... count += num ... else: ... print count ... 20
本例首先創建了名為 t 的 tuple,存放整數 0 至 9(包含 9)。第一個 for 循環迭代此 tuple,在 count 變量中累計 tuple 中數值的和。一旦代碼已經迭代了 tuple 中的所有元素,它將進入 for 循環的 else 子句,打印 count 變量的值。
清單 2 中顯示的第二個 for 循環也迭代 tuple 中的所有元素。但是,它僅累計容器中能夠被 2 整除的那些項的值(請記住如果表達式為非零,if 語句將確定為真,num 不能被 2 整除時使用 % 運算符會返回非零值)。此限制通過使用適當的 if 語句和 continue 語句來完成。如前面的文章中所述,continue 語句使包含它的循環開始下一次迭代。實現相同結果的另一種方法是測試 tuple 中的當前項是否是偶數(使用 if not num % 2:),如果為真,那么將當前項添加到運行總和中。一旦代碼完成 tuple 中的迭代,將調用 else 子句,打印總和。
本系列中的第三篇文章 “探索 Python:第 3 部分:探索 Python 類型的層次結構” 討論了 Python string。string 是不可變的同構容器,這意味著它僅能存放字符且一旦建立將無法修改。清單 3 演示了如何使用 Python string 作為 for 循環的容器。
清單 3. for 循環和 string
>>> st = "Python Is A Great Programming Language!" >>> for c in st: ... print c, ... P y t h o n I s A G r e a t P r o g r a m m i n g L a n g u a g e ! >>> count = 0 >>> for c in st: ... if c in "aeiou": ... count += 1 ... else: ... print count ... 10 >>> count = 0 >>> for c in st.lower(): ... if c in "aeiou": ... count += 1 ... else: ... print count ... 12
本例提供了三個不同的 for 循環,它們都迭代同一 string。第一個 for 循環迭代 string “Python Is A Great Programming Language!” 并一次打印 string 中的一個字符。在此例中,print 語句變量 c 后加了一個逗號。這使 print 語句打印字符值時后面跟著空格字符,而不是換行字符。如果沒有后面的逗號,字符將全部打印在單獨的行中,會很難讀。
下兩個 for 循環迭代該字符串并計算其包含多少個元音字母(“a”、“e”、“i”、“o” 或 “u”)。第二個 for 循環在迭代原始 string 時僅查找小寫元音字母。第三個 for 循環迭代通過調用 string 對象的 lower 方法返回的臨時 string。lower 方法將 string 中的所有字符轉換為小寫。因此,第三個 for 循環可找到另外兩個元音字母。
本系列中的第四篇文章 “探索 Python,第 4 部分:探索 Python 類型的層次結構” 介紹了 Python list。list 是異構可變容器,這意味著它可以存放不同類型的對象且創建后可以修改。清單 4 演示了如何使用 list 和 for 循環。
清單 4. for 循環和 list
>>> mylist = [1, 1.0, 1.0j, '1', (1,), [1]] >>> for item in mylist: ... print item, "\t", type(item)) ... 11.0 1j 1 (1,) [1]
既然 list 是很靈活的 Python 容器類型(您將在本系列其余的文章中多次看到它),本例看起來可能過于簡單了。但是,這是一部分要點:使用 for 循環使處理容器中的每個項目非常簡單,甚至處理包含各種不同對象的 list 也是如此。本例迭代 Python list 中的所有項目,并在單獨的行中打印每一項及其相對應的 Python 類型。
迭代和可變容器
Python list 是一個可變序列,提供了一種令人好奇的可能性:for 循環主體可以修改其正在迭代的 list。正如您可能認為的,這樣并不好,如果進行此操作,Python 解釋器將無法很好地工作,如清單 5 所示。
清單 5. 在 for 循環中修改容器
>>> mylist = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] >>> for item in mylist: ... if item % 2: ... mylist.insert(0, 100) ... ^CTraceback (most recent call last): File "", line 3, in ? KeyboardInterrupt >>> print mylist [100, ...., 100, 100, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] # Many lines deleted for clarity >>> mylist = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] >>> for item in mylist[:]: ... if item % 2: ... mylist.insert(0, 100) ... >>> print mylist [100, 100, 100, 100, 100, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
本例中的第一個 for 循環只要在原始 list 中發現奇數,它就在 list 的開始插入數值 100。當然,這是一種演示此問題的不同尋常的方式,但卻非常好。一旦在三個點的 Python 提示后按 Enter 鍵,Python 解釋器就處于無限循環的混亂中。要停止這種混亂,必須通過按 Ctrl-C(其在 Python 輸出中顯示為 ^C)來中斷進程,然后會出現 KeyboardInterrupt 異常。如果打印出修改的 list,將看到 mylist 現在包含大量的值為 100 的元素(新元素的準確數量取決于您中斷循環的速度)。
本例中的第二個 for 循環演示了如何避免此問題。使用切片運算符創建原始 list 的副本?,F在 for 循環將迭代該副本,而對原始 list 進行修改。最終的結果是修改后的原始 list,它現在以五個值為 100 的新元素開始。
for 循環和序列索引
如果您用過其他編程語言,Python for 循環可能看起來有點兒古怪。您可能認為它更像 foreach 循環?;?C 的編程語言具有 for 循環,但它的設計目的是對一系列操作執行特定次數。Python for 循環可以通過使用內置的 range 和 xrange 方法來模擬該行為。清單 6 中演示了這兩種方法。
清單 6. range 和 xrange 方法
>>> r = range(10) >>> print r [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] >>> type(r)>>> xr = xrange(10) >>> print xr xrange(10) >>> type(xr)
本例首先演示了 range 方法,它創建一個包含一系列整數的新 list。調用 range 方法的一般形式是提供單個值,用作整數 list 的上限。零為起始值。因此,調用 range(10) 將創建包含整數 0 至 9(包含 9)的 list。range 方法接受起始索引以及步長。所以,調用 range(11,20) 將創建從 11 至 19(包含 19)的整數 list,而調用 range(12, 89, 2) 將創建從 12 至 88 的偶數 list。
由于 xrange 方法也創建整數 list(其使用相同參數),所以它與 range 方法非常相似。但是,xrange 方法僅在需要時才在 list 中創建整數。例如,在清單 6 中,嘗試打印出新創建的 xrange 時除了 xrange 的名稱,不會顯示任何數據。當需要迭代大量整數時,xrange 方法更適用,因為它不會創建極大的 list,那樣會消耗大量計算機內存。
清單 7 演示了如何在 for 循環內使用 range 方法來創建整數 1 至 10(包含 10)的乘法表。
清單 7. 創建乘法表
>>> for row in range(1, 11): ... for col in range(1, 11): ... print "%3d " % (row * col), ... print ... 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 7 14 21 28 35 42 49 56 63 70 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 9 18 27 36 45 54 63 72 81 90 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
本例使用兩個 for 循環,外面的 for 循環關注乘法表中的每一行,嵌套的 for 循環關注每行內的列。每個循環都迭代包含整數 1 至 10(包含 10)的 list。最里面的 print 語句使用了一個名為 字符串格式化 的新概念來創建格式設置精美的表。字符串格式化是一種非常有用的技術,用于以格式設置精美的布局創建由不同數據類型組成的 string?,F在詳細信息并不重要,將來的文章中將講述這些內容(了解 C 編程語言的 printf 方法的任何人都會很熟悉這些內容)。在本例中,字符串格式化指定將從整數創建新 string 且需要保留三個字符來存放該整數(如果該整數小于三個字符,將在左邊用空格填補,從而使數據排列整齊)。第二個 print 語句用于打印新行,從而使乘法表中的下一行被打印在新的行中。
range 方法還可用于迭代容器,通過使用適當的索引訪問序列中的每一項。要進行此操作,需要包含容器的允許范圍索引值的整數 list,這可以通過使用 range 方法和 len 方法來輕松實現,如清單 8 所示。
清單 8. 在 for 循環內索引容器
>>> st = "Python Is A Great Programming Language!" >>> for index in range(len(st)): ... print st[index], ... P y t h o n I s A G r e a t P r o g r a m m i n g L a n g u a g e ! >>> for item in st.split(' '): ... print item, len(item) ... Python 6 Is 2 A 1 Great 5 Programming 11 Language! 9
這個最后的示例演示了如何使用 len 方法作為 range 方法的參數,創建可用于單獨訪問 string 中每個字符的整數 list。第二個 for 循環還顯示了如何將 string 分割為子字符串的 list(使用空格字符來指示子字符串的邊界)。for 循環迭代子字符串 list,打印每個子字符串及其長度。
結束語
本文討論了 Python for 循環并演示了它的一些使用方式??梢詫?for 循環與提供迭代器的任何 Python 對象結合使用,這些對象包括 tuple、string 和 list 等內置序列類型。for 循環和 list 序列一起使用時具有強大的功能,您會發現自己在許多情況中都要使用它們。Python 提供了用于組合這兩個概念的簡單機制,稱為列表理解,將來的文章中將講述該內容。
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