for 循環(huán)

本系列前面 “探索 Python，第 5 部分：用 Python 編程” 一文討論了 if 語(yǔ)句和 while 循環(huán)，討論了復(fù)合語(yǔ)句以及適當(dāng)縮進(jìn) Python 語(yǔ)句來(lái)指示相關(guān) Python 代碼塊。該文的結(jié)尾介紹了 Python for 循環(huán)。但就其使用和功能來(lái)說(shuō)，for 循環(huán)更值得關(guān)注，所以本文單獨(dú)講述該循環(huán)。

for 循環(huán)有一個(gè)簡(jiǎn)單的語(yǔ)法，使您可以從容器對(duì)象中提取單個(gè)項(xiàng)目并對(duì)其進(jìn)行某些操作。簡(jiǎn)單地說(shuō)，使用 for 循環(huán)，可以迭代中對(duì)象集合的項(xiàng)目。對(duì)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(qiáng)大。metaphor 包括其他序列類型，如 dictionary 和 set，將來(lái)的文章中將對(duì)它們進(jìn)行討論。

但是請(qǐng)稍等！還有更多信息：for 循環(huán)可以用于迭代支持迭代 metaphor 的任何對(duì)象，這使 for 循環(huán)非常有用。

清單 1 中顯示了 for 循環(huán)的基本語(yǔ)法，還演示了如何在 for 循環(huán)中使用 continue 和 break 語(yǔ)句。
清單 1. for 循環(huán)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(jié)構(gòu)” 介紹了 Python tuple。如文中所述，tuple 類型是不可變的異構(gòu)容器。這主要是說(shuō) tuple 可以存放不同類型的對(duì)象，但是它一旦創(chuàng)建，就無(wú)法更改。清單 2 演示了如何使用 for 循環(huán)迭代 tuple 的元素。
清單 2. for 循環(huán)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(chuàng)建了名為 t 的 tuple，存放整數(shù) 0 至 9（包含 9）。第一個(gè) for 循環(huán)迭代此 tuple，在 count 變量中累計(jì) tuple 中數(shù)值的和。一旦代碼已經(jīng)迭代了 tuple 中的所有元素，它將進(jìn)入 for 循環(huán)的 else 子句，打印 count 變量的值。

清單 2 中顯示的第二個(gè) for 循環(huán)也迭代 tuple 中的所有元素。但是，它僅累計(jì)容器中能夠被 2 整除的那些項(xiàng)的值（請(qǐng)記住如果表達(dá)式為非零，if 語(yǔ)句將確定為真，num 不能被 2 整除時(shí)使用 % 運(yùn)算符會(huì)返回非零值）。此限制通過使用適當(dāng)?shù)?if 語(yǔ)句和 continue 語(yǔ)句來(lái)完成。如前面的文章中所述，continue 語(yǔ)句使包含它的循環(huán)開始下一次迭代。實(shí)現(xiàn)相同結(jié)果的另一種方法是測(cè)試 tuple 中的當(dāng)前項(xiàng)是否是偶數(shù)（使用 if not num % 2:），如果為真，那么將當(dāng)前項(xiàng)添加到運(yùn)行總和中。一旦代碼完成 tuple 中的迭代，將調(diào)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(jié)構(gòu)” 討論了 Python string。string 是不可變的同構(gòu)容器，這意味著它僅能存放字符且一旦建立將無(wú)法修改。清單 3 演示了如何使用 Python string 作為 for 循環(huán)的容器。
清單 3. for 循環(huán)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(gè)不同的 for 循環(huán)，它們都迭代同一 string。第一個(gè) for 循環(huán)迭代 string “Python Is A Great Programming Language!” 并一次打印 string 中的一個(gè)字符。在此例中，print 語(yǔ)句變量 c 后加了一個(gè)逗號(hào)。這使 print 語(yǔ)句打印字符值時(shí)后面跟著空格字符，而不是換行字符。如果沒有后面的逗號(hào)，字符將全部打印在單獨(dú)的行中，會(huì)很難讀。

下兩個(gè) for 循環(huán)迭代該字符串并計(jì)算其包含多少個(gè)元音字母（“a”、“e”、“i”、“o” 或 “u”）。第二個(gè) for 循環(huán)在迭代原始 string 時(shí)僅查找小寫元音字母。第三個(gè) for 循環(huán)迭代通過調(diào)用 string 對(duì)象的 lower 方法返回的臨時(shí) string。lower 方法將 string 中的所有字符轉(zhuǎn)換為小寫。因此，第三個(gè) for 循環(huán)可找到另外兩個(gè)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(jié)構(gòu)” 介紹了 Python list。list 是異構(gòu)可變?nèi)萜?，這意味著它可以存放不同類型的對(duì)象且創(chuàng)建后可以修改。清單 4 演示了如何使用 list 和 for 循環(huán)。
清單 4. for 循環(huán)和 list

>>> mylist = [1, 1.0, 1.0j, '1', (1,), [1]]
>>> for item in mylist:
...   print item, "\t", type(item))
... 
1    <type 'int'>
1.0   <type 'float'>
1j   <type 'complex'>
1    <type 'str'>
(1,)  <type 'tuple'>
[1]   <type 'list'>

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(lái)可能過于簡(jiǎn)單了。但是，這是一部分要點(diǎn)：使用 for 循環(huán)使處理容器中的每個(gè)項(xiàng)目非常簡(jiǎn)單，甚至處理包含各種不同對(duì)象的 list 也是如此。本例迭代 Python list 中的所有項(xiàng)目，并在單獨(dú)的行中打印每一項(xiàng)及其相對(duì)應(yīng)的 Python 類型。
迭代和可變?nèi)萜?/p>

Python list 是一個(gè)可變序列，提供了一種令人好奇的可能性：for 循環(huán)主體可以修改其正在迭代的 list。正如您可能認(rèn)為的，這樣并不好，如果進(jìn)行此操作，Python 解釋器將無(wú)法很好地工作，如清單 5 所示。
清單 5. 在 for 循環(huán)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 "<stdin>", 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(gè) for 循環(huán)只要在原始 list 中發(fā)現(xiàn)奇數(shù)，它就在 list 的開始插入數(shù)值 100。當(dāng)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(gè)點(diǎn)的 Python 提示后按 Enter 鍵，Python 解釋器就處于無(wú)限循環(huán)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(lái)中斷進(jìn)程，然后會(huì)出現(xiàn) KeyboardInterrupt 異常。如果打印出修改的 list，將看到 mylist 現(xiàn)在包含大量的值為 100 的元素（新元素的準(zhǔn)確數(shù)量取決于您中斷循環(huán)的速度）。

本例中的第二個(gè) for 循環(huán)演示了如何避免此問題。使用切片運(yùn)算符創(chuàng)建原始 list 的副本?，F(xiàn)在 for 循環(huán)將迭代該副本，而對(duì)原始 list 進(jìn)行修改。最終的結(jié)果是修改后的原始 list，它現(xiàn)在以五個(gè)值為 100 的新元素開始。

for 循環(huán)和序列索引

如果您用過其他編程語(yǔ)言，Python for 循環(huán)可能看起來(lái)有點(diǎn)兒古怪。您可能認(rèn)為它更像 foreach 循環(huán)?；?C 的編程語(yǔ)言具有 for 循環(huán)，但它的設(shè)計(jì)目的是對(duì)一系列操作執(zhí)行特定次數(shù)。Python for 循環(huán)可以通過使用內(nèi)置的 range 和 xrange 方法來(lái)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)
<type 'list'>
>>> xr = xrange(10)
>>> print xr
xrange(10)
>>> type(xr)
<type 'xrange'>

本例首先演示了 range 方法，它創(chuàng)建一個(gè)包含一系列整數(shù)的新 list。調(diào)用 range 方法的一般形式是提供單個(gè)值，用作整數(shù) list 的上限。零為起始值。因此，調(diào)用 range(10) 將創(chuàng)建包含整數(shù) 0 至 9（包含 9）的 list。range 方法接受起始索引以及步長(zhǎng)。所以，調(diào)用 range(11,20) 將創(chuàng)建從 11 至 19（包含 19）的整數(shù) list，而調(diào)用 range(12, 89, 2) 將創(chuàng)建從 12 至 88 的偶數(shù) list。

由于 xrange 方法也創(chuàng)建整數(shù) list（其使用相同參數(shù)），所以它與 range 方法非常相似。但是，xrange 方法僅在需要時(shí)才在 list 中創(chuàng)建整數(shù)。例如，在清單 6 中，嘗試打印出新創(chuàng)建的 xrange 時(shí)除了 xrange 的名稱，不會(huì)顯示任何數(shù)據(jù)。當(dāng)需要迭代大量整數(shù)時(shí)，xrange 方法更適用，因?yàn)樗粫?huì)創(chuàng)建極大的 list，那樣會(huì)消耗大量計(jì)算機(jī)內(nèi)存。

清單 7 演示了如何在 for 循環(huán)內(nèi)使用 range 方法來(lái)創(chuàng)建整數(shù) 1 至 10（包含 10）的乘法表。
清單 7. 創(chuàng)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(gè) for 循環(huán)，外面的 for 循環(huán)關(guān)注乘法表中的每一行，嵌套的 for 循環(huán)關(guān)注每行內(nèi)的列。每個(gè)循環(huán)都迭代包含整數(shù) 1 至 10（包含 10）的 list。最里面的 print 語(yǔ)句使用了一個(gè)名為 字符串格式化 的新概念來(lái)創(chuàng)建格式設(shè)置精美的表。字符串格式化是一種非常有用的技術(shù)，用于以格式設(shè)置精美的布局創(chuàng)建由不同數(shù)據(jù)類型組成的 string?，F(xiàn)在詳細(xì)信息并不重要，將來(lái)的文章中將講述這些內(nèi)容（了解 C 編程語(yǔ)言的 printf 方法的任何人都會(huì)很熟悉這些內(nèi)容）。在本例中，字符串格式化指定將從整數(shù)創(chuàng)建新 string 且需要保留三個(gè)字符來(lái)存放該整數(shù)（如果該整數(shù)小于三個(gè)字符，將在左邊用空格填補(bǔ)，從而使數(shù)據(jù)排列整齊）。第二個(gè) print 語(yǔ)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(dāng)?shù)乃饕L問序列中的每一項(xiàng)。要進(jìn)行此操作，需要包含容器的允許范圍索引值的整數(shù) list，這可以通過使用 range 方法和 len 方法來(lái)輕松實(shí)現(xiàn)，如清單 8 所示。
清單 8. 在 for 循環(huán)內(nèi)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(gè)最后的示例演示了如何使用 len 方法作為 range 方法的參數(shù)，創(chuàng)建可用于單獨(dú)訪問 string 中每個(gè)字符的整數(shù) list。第二個(gè) for 循環(huán)還顯示了如何將 string 分割為子字符串的 list（使用空格字符來(lái)指示子字符串的邊界）。for 循環(huán)迭代子字符串 list，打印每個(gè)子字符串及其長(zhǎng)度。

結(jié)束語(yǔ)

本文討論了 Python for 循環(huán)并演示了它的一些使用方式。可以將 for 循環(huán)與提供迭代器的任何 Python 對(duì)象結(jié)合使用，這些對(duì)象包括 tuple、string 和 list 等內(nèi)置序列類型。for 循環(huán)和 list 序列一起使用時(shí)具有強(qiáng)大的功能，您會(huì)發(fā)現(xiàn)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(gè)概念的簡(jiǎn)單機(jī)制，稱為列表理解，將來(lái)的文章中將講述該內(nèi)容。