【基础】Python基础语法：控制流语句详解（if-else, for, while）

# 2.1 if-else语句

if-else语句是Python中最重要的控制流语句之一，用于根据条件执行不同的代码块。

### 2.1.1 if语句的基本用法

if语句的基本语法如下：

if condition:
    # 条件为真时执行的代码块

例如，以下代码使用if语句检查一个数字是否大于0：

num = 5
if num > 0:
    print("num is positive")

如果num大于0，则打印"num is positive"。否则，不会执行if语句中的代码块。

# 2. 控制流语句

控制流语句是 Python 中用于控制程序执行流程的语句。它们允许程序根据特定条件执行不同的代码块。控制流语句包括 if-else 语句、for 循环语句和 while 循环语句。

### 2.1 if-else 语句

if-else 语句用于根据条件执行不同的代码块。if 语句指定条件，如果条件为真，则执行 if 语句块中的代码。else 语句指定如果条件为假要执行的代码块。

#### 2.1.1 if 语句的基本用法

if condition:
    # 条件为真时执行的代码

例如：

if age >= 18:
    print("成年人")
else:
    print("未成年人")

#### 2.1.2 else 语句的应用

else 语句用于指定当条件为假时要执行的代码块。它可以与 if 语句一起使用，也可以单独使用。

例如：

if age >= 18:
    print("成年人")
else:
    print("未成年人")

# 等价于：
if age < 18:
    print("未成年人")

#### 2.1.3 elif 语句的嵌套使用

elif 语句用于指定当条件为假时要执行的另一个代码块。它可以与 if 语句一起使用，用于处理多个条件。

例如：

if age >= 18:
    print("成年人")
elif age >= 13:
    print("青少年")
else:
    print("儿童")

### 2.2 for 循环语句

for 循环语句用于遍历序列中的元素。它指定一个变量来存储序列中的元素，然后执行循环体中的代码。

#### 2.2.1 for 循环的基本语法

for variable in sequence:
    # 循环体

例如：

for name in ["John", "Mary", "Bob"]:
    print(name)

#### 2.2.2 for 循环的进阶用法

for 循环语句可以与 else 语句一起使用，用于处理循环结束后要执行的代码。

例如：

for name in ["John", "Mary", "Bob"]:
    print(name)
else:
    print("没有更多名字")

#### 2.2.3 for 循环的嵌套应用

for 循环语句可以嵌套使用，用于遍历多维序列。

例如：

for row in range(3):
    for col in range(4):
        print(row, col)

### 2.3 while 循环语句

while 循环语句用于根据条件执行代码块。它指定一个条件，如果条件为真，则执行 while 循环体中的代码。

#### 2.3.1 while 循环的基本语法

while condition:
    # 循环体

例如：

while age < 18:
    print("未成年人")
    age += 1

#### 2.3.2 while 循环的进阶用法

while 循环语句可以与 else 语句一起使用，用于处理循环结束后要执行的代码。

例如：

while age < 18:
    print("未成年人")
    age += 1
else:
    print("成年人")

#### 2.3.3 while 循环的嵌套应用

while 循环语句可以嵌套使用，用于处理复杂条件。

例如：

while outer_condition:
    while inner_condition:
        # 嵌套循环体

# 3. 控制流语句的实战应用

### 3.1 控制流语句在数据处理中的应用

#### 3.1.1 数据筛选和分类

**代码块：**

# 数据列表
data = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

# 筛选偶数
even_numbers = [number for number in data if number % 2 == 0]

# 筛选奇数
odd_numbers = [number for number in data if number % 2 != 0]

**逻辑分析：**

* `if number % 2 == 0`：判断数字是否为偶数，如果是则返回 `True`，否则返回 `False`。
* 列表推导式 `[number for number in data if number % 2 == 0]`：遍历 `data` 列表，对于满足条件的数字，将其添加到新列表中。

#### 3.1.2 数据统计和汇总

**代码块：**

# 数据列表
data = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

# 计算总和
total = sum(data)

# 计算平均值
average = total / len(data)

# 统计每个数字出现的次数
counts = {}
for number in data:
    if number not in counts:
        counts[number] = 0
    counts[number] += 1

**逻辑分析：**

* `sum(data)`：计算列表中所有数字的总和。
* `total / len(data)`：计算列表中所有数字的平均值。
* `if number not in counts`：检查字典中是否包含该数字，如果没有，则初始化为 0。
* `counts[number] += 1`：每遇到一个数字，就将字典中对应键的值加 1。

### 3.2 控制流语句在程序逻辑中的应用

#### 3.2.1 程序流程的控制

**代码块：**

# 用户输入
user_input = input("请输入一个数字：")

# 判断用户输入是否为数字
if user_input.isdigit():
    number = int(user_input)
else:
    print("输入无效，请输入数字")

**逻辑分析：**

* `user_input.isdigit()`：检查用户输入是否为数字字符串。
* `if user_input.isdigit()`：如果用户输入为数字字符串，则将其转换为整数。
* `else`：如果用户输入不是数字字符串，则打印错误消息。

#### 3.2.2 错误处理和异常捕获

**代码块：**

try:
    # 打开文件
    with open("data.txt", "r") as file:
        # 读取文件内容
        data = file.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在")
except Exception as e:
    print("发生未知错误：", e)

**逻辑分析：**

* `try`：尝试执行代码块。
* `with open("data.txt", "r") as file`：打开文件并将其分配给变量 `file`。
* `file.read()`：读取文件内容并将其分配给变量 `data`。
* `except FileNotFoundError`：如果文件不存在，则捕获 `FileNotFoundError` 异常并打印错误消息。
* `except Exception as e`：捕获所有其他异常并打印错误消息和异常信息。

# 4.1 控制流语句的组合使用

### 4.1.1 if-else和for循环的结合

**描述：**

if-else语句和for循环可以结合使用，实现更复杂的程序逻辑。例如，可以根据特定条件对循环中的每个元素进行不同的操作。

**代码示例：**

# 遍历列表，打印每个元素的类型
for item in ['a', 1, True, None]:
    if isinstance(item, str):
        print("字符串")
    elif isinstance(item, int):
        print("整数")
    elif isinstance(item, bool):
        print("布尔值")
    else:
        print("其他类型")

**逻辑分析：**

这段代码使用for循环遍历列表中的每个元素。对于每个元素，它使用isinstance()函数检查元素的类型。如果元素是字符串，则打印"字符串"；如果是整数，则打印"整数"；如果是布尔值，则打印"布尔值"；否则，打印"其他类型"。

### 4.1.2 while循环和for循环的嵌套

**描述：**

while循环和for循环可以嵌套使用，实现更复杂的循环逻辑。例如，可以根据特定条件对嵌套循环中的每个元素进行不同的操作。

**代码示例：**

# 遍历列表，打印每个元素的平方
i = 0
while i < len(numbers):
    for number in numbers:
        print(number ** 2)
    i += 1

**逻辑分析：**

这段代码使用while循环遍历列表中的每个元素。对于每个元素，它使用for循环打印列表中所有元素的平方。

## 4.2 控制流语句的优化

### 4.2.1 循环语句的优化

**描述：**

可以通过减少循环次数或使用更快的循环结构来优化循环语句。

**优化技巧：**

- **减少循环次数：**仅在必要时执行循环。例如，如果已知列表中包含特定元素，则可以使用break语句提前退出循环。
- **使用更快的循环结构：**如果可能，使用更快的循环结构，例如C语言中的for-range循环或Python中的range()函数。

**代码示例：**

# 优化后的循环语句
for number in range(len(numbers)):
    print(numbers[number] ** 2)

**逻辑分析：**

这段代码使用range()函数创建了一个更快的循环结构。它遍历列表中的每个元素，并打印元素的平方。

### 4.2.2 分支语句的优化

**描述：**

可以通过减少分支次数或使用更快的分支结构来优化分支语句。

**优化技巧：**

- **减少分支次数：**仅在必要时执行分支。例如，如果已知条件为真，则可以使用if语句直接执行代码，而无需使用else语句。
- **使用更快的分支结构：**如果可能，使用更快的分支结构，例如C语言中的switch-case语句或Python中的match-case语句。

**代码示例：**

# 优化后的分支语句
match item:
    case str():
        print("字符串")
    case int():
        print("整数")
    case bool():
        print("布尔值")
    case _:
        print("其他类型")

**逻辑分析：**

这段代码使用match-case语句创建了一个更快的分支结构。它根据元素的类型执行不同的操作。

# 5.1 控制流语句的逻辑错误

### 5.1.1 循环条件不正确

循环条件不正确会导致循环无法正常执行或执行错误。常见的情况有：

- **循环条件为常量：**如果循环条件为常量（如 `True` 或 `False`），则循环将无限执行或不执行。
- **循环条件与循环体逻辑不符：**如果循环条件与循环体内的逻辑不符，则循环可能会执行错误的结果。例如，如果循环条件是检查列表中是否存在某个元素，但循环体却对列表进行修改，则可能会导致循环陷入死循环或产生错误结果。

### 5.1.2 分支条件不全面

分支条件不全面会导致程序无法处理所有可能的情况，从而导致错误或不期望的结果。常见的情况有：

- **缺少 `else` 分支：**如果 `if-else` 语句中缺少 `else` 分支，则程序无法处理不满足 `if` 条件的情况。
- **分支条件重叠：**如果 `if-elif-else` 语句中分支条件重叠，则程序可能会执行错误的分支。
- **分支条件遗漏：**如果 `if-elif-else` 语句中遗漏了某个分支条件，则程序无法处理该情况。