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第二章：Python 流程控制

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第二章：Python 流程控制

在学习 Python 编程的过程中，流程控制语句是非常重要的一环。无论是判断条件的分支结构，还是重复执行某段代码的循环结构，都离不开流程控制。本章主要内容包括：

2.1 条件语句: 通过 if、else 和 elif 语句实现分支选择，让程序可以根据不同的条件执行不同的代码块。
2.2 循环语句: 使用 for 和 while 循环结构，以及 break 和 continue 控制循环流程，实现代码的重复执行与中断。
2.3 代码块与缩进: 理解 Python 独特的代码结构 —— 依靠缩进来划分代码块，并掌握良好的缩进规范。
2.4 实战练习: 通过“猜数字游戏”和“九九乘法表”两个练习，将所学的流程控制知识应用到实际项目中，加深理解并锻炼编程能力。

接下来，我们将对以上内容进行详细介绍。

2.1 条件语句：if、else、elif

条件语句用于根据给定的条件判断执行不同的代码块。在 Python 中，主要使用 if 语句来判断条件是否成立，并通过 else 和 elif 进行分支延伸。基本语法结构如下：

if 条件表达式:
    # 条件为True时执行的代码块
    执行语句
elif 另一条件表达式:
    # 如果上面的条件不满足且此条件满足时执行的代码块
    执行语句
else:
    # 当以上所有条件均不满足时执行的代码块
    执行语句

示例讲解

假设我们想判断一个数是否为正数、负数或者零，可以这样写：

num = float(input("请输入一个数字: "))
if num > 0:
    print("这是一个正数")
elif num < 0:
    print("这是一个负数")
else:
    print("数字为零")

在上述代码中，我们通过用户输入获取一个数字，然后使用 if 判断该数字是否大于 0（即 $num > 0$），如果条件成立，则输出“这是一个正数”；如果不成立，再判断是否小于 0；最后，若两种情况均不满足，则说明数字为零。
这种结构使得程序能够根据不同情况执行不同逻辑，从而实现复杂的业务逻辑。

注意事项

条件表达式返回布尔值： Python 中的条件判断要求条件表达式返回 True 或 False。例如，表达式 $a == b$ 就会返回布尔值。
冒号和缩进： 每个条件语句结尾都必须加上冒号（:），并且随后的代码块必须正确缩进，否则会报语法错误。
多重条件判断： 当需要判断多个条件时，elif 语句非常有用，它可以使代码结构更加清晰易懂。

2.2 循环语句：for、while、break、continue

循环语句是实现代码重复执行的重要结构。Python 提供了两种主要的循环语句：for 循环和 while 循环。
此外，break 和 continue 关键字可以进一步控制循环流程，分别用于提前退出循环和跳过本次循环剩余代码进入下一次循环。

for 循环

for 循环通常用于遍历序列（如列表、元组、字符串等）或其他可迭代对象。基本语法如下：

for 变量 in 可迭代对象:
    # 循环体
    执行语句

示例：遍历列表

fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
for fruit in fruits:
    print("I like", fruit)

在这段代码中，for 循环依次取出列表 fruits 中的每个元素，并赋值给变量 fruit，然后打印输出。

while 循环

while 循环用于在满足一定条件下重复执行代码块。基本语法如下：

while 条件表达式:
    # 循环体
    执行语句

示例：计数器

count = 1
while count <= 5:
    print("计数：", count)
    count += 1

这段代码会一直循环，直到变量 count 超过 5 为止。

break 与 continue 的使用

break: 用于提前退出整个循环。例如，当在循环中遇到某个特殊条件时，使用 break 跳出循环。

for i in range(1, 10):
    if i == 5:
        break  # 当i等于5时，退出循环
    print(i)

continue: 用于跳过当前循环的剩余代码，直接进入下一次循环的判断。例如：

for i in range(1, 10):
    if i % 2 == 0:
        continue  # 当i为偶数时跳过打印
    print(i)

在上面的代码中，continue 会使程序跳过本次循环中 print(i) 的执行，从而只打印奇数。

2.3 代码块与缩进：Python 的代码结构

与许多其他编程语言不同，Python 使用缩进来表示代码块的层次结构。这种设计使得代码更具可读性，但同时也要求我们在编写代码时严格遵守缩进规则。

为什么使用缩进？

代码结构清晰: 通过缩进来划分代码块，使得程序结构一目了然，易于阅读和维护。
避免冗余符号: 不需要使用大括号 {} 来标识代码块，从而减少了符号的冗余，提高了代码简洁性。

缩进规则

统一缩进: 一般推荐使用 4 个空格作为一个缩进层次。注意，不要混用空格和制表符（Tab）。
嵌套结构: 在编写嵌套代码（如 if 语句中的内部语句，或循环中的代码块）时，每个嵌套层次都要相对于外层增加一个缩进单位。

示例讲解

以下是一个包含条件判断和循环的代码示例，展示了如何使用缩进划分代码块：

for i in range(1, 6):
    if i % 2 == 0:
        print(i, "是偶数")
    else:
        print(i, "是奇数")

在这段代码中，for 循环体内包含一个 if-else 条件判断。由于缩进的存在，Python 能够清楚地知道哪些代码是属于循环体、哪些代码是属于条件判断体。

常见错误

缩进不一致: 如果在同一代码块中混用了不同数量的空格或混用 Tab 和空格，解释器会报错。
缺少缩进: 某些代码块未按要求缩进，也会导致语法错误。

养成良好的代码缩进习惯，对于编写整洁、易维护的 Python 程序至关重要。

2.4 实战练习

理论知识只有通过实践才能真正掌握，下面我们通过两个练习来加深对流程控制的理解：

2.4.1 猜数字游戏

猜数字游戏是一个经典的编程练习，通过生成随机数，让用户猜测，并根据用户输入提供提示，直到用户猜中正确数字为止。这个项目将综合使用条件判断、循环、break 等关键语句。

完整代码示例

import random

def guess_number_game():
    print("欢迎来到猜数字游戏！")
    # 生成一个1到100之间的随机整数
    target = random.randint(1, 100)
    attempts = 0
    
    while True:
        try:
            guess = int(input("请输入你猜的数字 (1-100): "))
        except ValueError:
            print("请输入有效的整数！")
            continue
        
        attempts += 1
        
        if guess == target:
            print(f"恭喜你！猜对了，答案正是 {target}。你总共猜了 {attempts} 次。")
            break
        elif guess < target:
            print("你猜的数字太小了，请再试一次。")
        else:
            print("你猜的数字太大了，请再试一次。")
            
if __name__ == "__main__":
    guess_number_game()

代码讲解：

使用 random.randint(1, 100) 生成 1 到 100 之间的随机数作为目标数字。
通过 while True 循环不断提示用户输入猜测数字。
使用 try-except 捕获用户输入非整数的异常，保证程序健壮性。
利用 if、elif 和 else 判断用户猜测数字与目标数字的大小关系，并给出相应提示。
当用户猜中数字时，使用 break 退出循环，并输出猜测次数。

2.4.2 九九乘法表

九九乘法表是编程初学者常见的练习项目，通过嵌套循环生成乘法表，可以帮助大家熟悉 for 循环的嵌套使用及代码块的结构。

程序思路

使用两个嵌套的 for 循环，外层循环控制行数，内层循环控制列数。
对于每一行，输出相应乘法表达式，并通过制表符 \t 保持整齐格式。

完整代码示例

def multiplication_table():
    # 外层循环控制行（从1到9）
    for i in range(1, 10):
        # 内层循环控制列（从1到i）
        for j in range(1, i+1):
            # 打印乘法表达式，注意不换行
            print(f"{j}*{i}={i*j}", end="\t")
        # 每行结束后换行
        print()

if __name__ == "__main__":
    print("九九乘法表如下：")
    multiplication_table()

代码讲解：