Python 流程控制之 while 循环
一、引言
在编程中，我们经常会遇到需要重复执行某段代码的情况。例如，我们要计算从 1 到 100 的整数之和，或者需要不断地从用户那里获取输入直到用户输入特定的指令。Python 中的 while 循环就是为解决这类问题而设计的一种流程控制结构。while 循环允许程序在满足特定条件的情况下，重复执行一段代码块，直到条件不再满足为止。本文将详细介绍 Python 中 while 循环的使用方法、原理以及一些常见的应用场景。
二、while 循环的基本语法
2.1 语法结构
while 循环的基本语法结构如下：
python
# 当条件为 True 时，执行循环体中的代码
while condition:
# 循环体，包含需要重复执行的代码
statement1
statement2
# 可以有更多的语句这里的 condition 是一个布尔表达式，它会被计算出一个布尔值（True 或 False）。如果 condition 的值为 True，则会执行循环体中的代码；执行完循环体后，会再次检查 condition 的值，如果仍然为 True，则继续执行循环体，如此反复，直到 condition 的值变为 False，此时循环结束，程序继续执行循环后面的代码。
2.2 示例代码
下面是一个简单的 while 循环示例，用于打印从 1 到 5 的整数：
python
# 初始化一个变量 i，用于控制循环次数
i = 1
# 当 i 小于等于 5 时，执行循环体
while i <= 5:
# 打印当前 i 的值
print(i)
# 将 i 的值加 1，以便下次循环时检查不同的条件
i = i + 1在这个示例中，首先将变量 i 初始化为 1。然后进入 while 循环，检查 i <= 5 这个条件，由于此时 i 的值为 1，条件为 True，所以会执行循环体中的代码，即打印 i 的值并将 i 的值加 1。接着再次检查条件，此时 i 的值为 2，条件仍然为 True，继续执行循环体。这个过程会一直重复，直到 i 的值变为 6，此时 i <= 5 这个条件为 False，循环结束。
三、while 循环的执行流程
3.1 详细步骤
while 循环的执行流程可以分为以下几个步骤：
- 条件判断 ：程序首先会计算
while后面的条件表达式的值。如果条件为True，则进入步骤 2；如果条件为False，则跳过循环体，直接执行循环后面的代码。 - 执行循环体 ：如果条件为
True，则会执行循环体中的代码。循环体可以包含一条或多条语句，这些语句会按照顺序依次执行。 - 再次条件判断 ：循环体执行完毕后，程序会再次计算条件表达式的值。如果条件仍然为
True，则回到步骤 2，继续执行循环体；如果条件变为False，则循环结束，程序继续执行循环后面的代码。
3.2 流程图
plaintext
开始
|
|-- 计算条件表达式的值
| |-- 条件为 True
| | |-- 执行循环体
| | |-- 再次计算条件表达式的值
| | | |-- 条件为 True
| | | | |-- 回到执行循环体
| | | |-- 条件为 False
| | | |-- 循环结束，执行后续代码
| |-- 条件为 False
| |-- 循环结束，执行后续代码
结束3.3 示例代码分析
python
# 初始化变量 num，用于存储当前数字
num = 0
# 当 num 小于 3 时，执行循环体
while num < 3:
# 打印当前 num 的值
print("当前数字是:", num)
# 将 num 的值加 1
num = num + 1
# 循环结束后，打印提示信息
print("循环结束")在这个示例中，程序首先初始化变量 num 为 0。然后进入 while 循环，计算 num < 3 这个条件，由于 num 的值为 0，条件为 True，所以执行循环体，打印当前 num 的值并将 num 的值加 1。接着再次计算条件，此时 num 的值为 1，条件仍然为 True，继续执行循环体。当 num 的值变为 3 时，num < 3 这个条件为 False，循环结束，程序执行循环后面的代码，打印"循环结束"。
四、while 循环的应用场景
4.1 计数循环
while 循环可以用于实现计数循环，即重复执行某段代码指定的次数。下面是一个计算 1 到 10 的整数之和的示例：
python
# 初始化变量 sum，用于存储累加的结果
sum = 0
# 初始化变量 i，用于控制循环次数
i = 1
# 当 i 小于等于 10 时，执行循环体
while i <= 10:
# 将当前 i 的值累加到 sum 中
sum = sum + i
# 将 i 的值加 1
i = i + 1
# 打印累加的结果
print("1 到 10 的整数之和是:", sum)在这个示例中，使用 while 循环从 1 到 10 进行计数，每次循环将当前的数字累加到 sum 中，最终得到 1 到 10 的整数之和。
4.2 用户输入验证
while 循环可以用于验证用户输入，直到用户输入符合要求的内容为止。下面是一个简单的示例，要求用户输入一个大于 0 的整数：
python
# 初始化变量 valid_input 为 False，表示输入尚未验证通过
valid_input = False
# 当 valid_input 为 False 时，执行循环体
while not valid_input:
try:
# 获取用户输入
num = int(input("请输入一个大于 0 的整数: "))
# 检查用户输入的数字是否大于 0
if num > 0:
# 如果大于 0，将 valid_input 设为 True，表示输入验证通过
valid_input = True
# 打印用户输入的数字
print("你输入的有效数字是:", num)
else:
# 如果小于等于 0，提示用户重新输入
print("输入无效，请输入一个大于 0 的整数。")
except ValueError:
# 如果用户输入的不是有效的整数，提示用户重新输入
print("输入无效，请输入一个有效的整数。")在这个示例中，使用 while 循环不断获取用户输入，直到用户输入一个大于 0 的整数为止。如果用户输入的不是有效的整数或者输入的整数不大于 0，会提示用户重新输入。
4.3 模拟游戏循环
在游戏开发中，while 循环可以用于模拟游戏的主循环，不断更新游戏状态、处理用户输入和绘制游戏画面，直到游戏结束。下面是一个简单的猜数字游戏示例：
python
import random
# 生成一个 1 到 100 之间的随机整数
secret_number = random.randint(1, 100)
# 初始化变量 guess，用于存储用户的猜测
guess = 0
# 初始化变量 attempts，用于记录用户的猜测次数
attempts = 0
# 当用户的猜测不等于秘密数字时，执行循环体
while guess != secret_number:
try:
# 获取用户的猜测
guess = int(input("猜一个 1 到 100 之间的整数: "))
# 猜测次数加 1
attempts = attempts + 1
# 检查用户的猜测与秘密数字的大小关系
if guess < secret_number:
# 如果猜测的数字小于秘密数字，提示用户猜大一点
print("猜小了，再试一次。")
elif guess > secret_number:
# 如果猜测的数字大于秘密数字，提示用户猜小一点
print("猜大了，再试一次。")
except ValueError:
# 如果用户输入的不是有效的整数，提示用户重新输入
print("输入无效，请输入一个有效的整数。")
# 当用户猜对时，打印恭喜信息和猜测次数
print(f"恭喜你，猜对了！你一共用了 {attempts} 次尝试。")在这个示例中，使用 while 循环不断获取用户的猜测，根据用户的猜测与秘密数字的大小关系给出提示，直到用户猜对为止。同时，记录用户的猜测次数，最后打印恭喜信息和猜测次数。
五、while 循环中的 break 和 continue 语句
5.1 break 语句
break 语句用于在循环体中提前终止循环，即使循环条件仍然为 True。下面是一个示例，当找到第一个能被 5 整除的数字时，就终止循环：
python
# 初始化变量 i，用于控制循环次数
i = 1
# 当 i 小于等于 10 时，执行循环体
while i <= 10:
# 检查 i 是否能被 5 整除
if i % 5 == 0:
# 如果能被 5 整除，打印当前数字并使用 break 语句终止循环
print("找到第一个能被 5 整除的数字:", i)
break
# 将 i 的值加 1
i = i + 1
# 循环结束后，打印提示信息
print("循环结束")在这个示例中，当 i 的值为 5 时，i % 5 == 0 这个条件为 True，执行 break 语句，循环立即终止，程序继续执行循环后面的代码，打印"循环结束"。
5.2 continue 语句
continue 语句用于跳过当前循环体中剩余的代码，直接进入下一次循环的条件判断。下面是一个示例，打印 1 到 10 之间不能被 3 整除的数字：
python
# 初始化变量 i，用于控制循环次数
i = 1
# 当 i 小于等于 10 时，执行循环体
while i <= 10:
# 检查 i 是否能被 3 整除
if i % 3 == 0:
# 如果能被 3 整除，使用 continue 语句跳过当前循环体中剩余的代码，直接进入下一次循环
i = i + 1
continue
# 打印当前 i 的值
print(i)
# 将 i 的值加 1
i = i + 1在这个示例中，当 i 的值能被 3 整除时，执行 continue 语句，跳过 print(i) 语句，直接进入下一次循环的条件判断。
六、while 循环与 else 子句
6.1 基本语法
在 Python 中，while 循环可以带有一个可选的 else 子句，其基本语法如下：
python
# 当条件为 True 时，执行循环体中的代码
while condition:
# 循环体，包含需要重复执行的代码
statement1
statement2
# 可以有更多的语句
else:
# 当循环正常结束（即不是通过 break 语句终止）时，执行这里的代码
statement3
statement4
# 可以有更多的语句else 子句中的代码会在循环正常结束（即循环条件变为 False）时执行，但如果循环是通过 break 语句终止的，则不会执行 else 子句中的代码。
6.2 示例代码
python
# 初始化变量 i，用于控制循环次数
i = 1
# 当 i 小于等于 5 时，执行循环体
while i <= 5:
# 打印当前 i 的值
print(i)
# 将 i 的值加 1
i = i + 1
else:
# 当循环正常结束时，打印提示信息
print("循环正常结束")在这个示例中，循环会正常结束，因为 i 的值会逐渐增加，直到 i <= 5 这个条件变为 False。所以循环结束后，会执行 else 子句中的代码，打印"循环正常结束"。
下面是一个包含 break 语句的示例：
python
# 初始化变量 i，用于控制循环次数
i = 1
# 当 i 小于等于 5 时，执行循环体
while i <= 5:
# 检查 i 是否等于 3
if i == 3:
# 如果 i 等于 3，使用 break 语句终止循环
break
# 打印当前 i 的值
print(i)
# 将 i 的值加 1
i = i + 1
else:
# 由于循环是通过 break 语句终止的，所以不会执行这里的代码
print("循环正常结束")在这个示例中，当 i 的值为 3 时，执行 break 语句，循环终止，不会执行 else 子句中的代码。
七、总结与展望
7.1 总结
Python 中的 while 循环是一种强大的流程控制结构，它允许程序在满足特定条件的情况下，重复执行一段代码块。通过合理使用 while 循环，我们可以实现计数循环、用户输入验证、模拟游戏循环等多种功能。同时，break 和 continue 语句可以让我们在循环体中灵活控制循环的执行流程，else 子句则为循环正常结束时提供了额外的执行代码的机会。
7.2 展望
在后续的 Python 学习中，while 循环将与其他的流程控制语句（如 if 判断语句、for 循环等）以及函数、类等结合使用，构建出更加复杂和强大的程序。例如，在处理文件读写、网络通信等任务时，while 循环可以用于不断读取数据或接收消息，直到满足特定的条件为止。随着对 Python 编程的深入学习，我们还会遇到更多复杂的应用场景，需要不断提升运用 while 循环的能力，以实现高效、准确的程序功能。