第3章
程序的控制结构




导学
本章主要介绍Python程序设计中的程序控制结构，通过本章的学习读者可以掌握Python程序设计的基本控制结构及程序设计技巧。
了解：  3种基本程序控制结构的流程图，以及程序设计的基本方法。
掌握：  3种基本程序控制结构，并能够进行具体程序的设计。


Python程序设计有3种基本程序控制结构：  顺序结构、分支结构和循环结构。程序设计通常以顺序结构为主框架，程序语句按先后顺序逐条命令执行。当程序中需要判断某些条件或多次重复处理某些事件时，可以使用分支结构或循环结构控制程序的执行流程。
3.1顺 序 结 构


图31顺序结构

的流程图


顺序结构是程序设计的基本架构结构，在一个没有分支结构和循环结构的程序中，它按程序文件中命令语句的先后顺序，逐条依次执行。顺序结构程序流程图如图31所示，在图中，有一个程序入口、一个程序出口，程序运行过程中依次执行语句1和语句2。

下面是一个顺序结构程序的例子。
【例31】BMI(Body Mass Index)指数，即体质指数，计算公式为体质指数(BMI)=体重(kg)÷身高2(m)，是目前国际上常用的衡量人体胖瘦程度以及是否健康的一个标准。编写一个求体质指数的程序，该程序为顺序结构设计。代码如下：   



w=float(input("请输入您的体重(kg):"))#输入体重值(以kg为单位)

h=float(input("请输入您的身高(m):"))      #输入身高值(以m为单位)

B=w/h**2                                     #计算BMI指数

print("您的BMI指数为",B)                    #输出BMI指数






上述代码的输出结果如图32所示。



图32例31运行结果



3.2分 支 结 构
分支结构就是按照设计好的条件，经过判断后有选择地执行程序中的某些特定语句序列，或使程序跳转到指定语句后继续运行。在Python程序设计中，分支结构包括单分支结构、双分支结构和多分支结构。
3.2.1if语句

if语句属于单分支结构，其语句格式如下：  



if 表达式:

语句序列






单分支结构程序功能：  程序运行到if语句时，判断条件表达式是否成立，如果条件表达式的值为True，则执行内嵌的语句序列；  如果条件表达式的值为False，则不做任何操作。单分支结构的流程图如图33所示。


图33单分支结构的流程图



下面是一个单分支结构程序的例子。
【例32】能被2整除的数是偶数。编写一个判断整数是否是偶数的程序，该程序为单分支结构设计。代码如下：  



x=int(input("请输入一个整数:"))#输入一个整数

if x%2==0:                           #判断x是否为偶数

print("这个数是偶数")            #条件表达式值为True，输出该数是偶数






提示：   在Python程序设计中，通过命令行的缩进标识语句序列的开始与结束。如例32中if语句所包含的语句序列为该程序中的第3条命令，该条命令起始位置比第2条命令的起始位置向右缩进4个空格。
上述代码的输出结果如图34所示。



图34例32运行结果


【例33】编写一个判断整数是否是奇数的程序。代码如下：  




x=int(input("请输入一个整数:"))#输入一个整数

if x%2!=0:                           #判断x是否为奇数

print("这个数是奇数")






提示：   
“!=”为比较两个对象是否不相等。

3.2.2if...else语句


if...else语句属于双分支结构，其语句格式如下：  



if 表达式:

语句序列1

else:

语句序列2






双分支结构程序功能：  程序运行到if语句时，判断条件表达式是否成立。如果条件表达式的值为True，则执行内嵌的语句序列1；  如果条件表达式的值为False，则执行else后面内嵌的语句序列2。双分支结构的流程图如图35所示。


图35双分支结构的流程图


下面是一个双分支结构程序的例子。
【例34】整数中，能被2整除的数是偶数，不能被2整除的数是奇数。编写一个判断整数是偶数还是奇数的程序，该程序为单分支结构设计。代码如下：  



x=int(input("请输入一个整数:"))#输入一个整数

if x%2==0:                           #判断x是否为偶数

print("这个数是偶数")            #条件表达式值为True，输出该数是偶数

else:

print("这个数是奇数")            #条件表达式值为False，输出该数是奇数






上述代码的输出结果如图36所示。




图36例34运行结果


例34程序也可以根据例32和例33设计为单分支结构。代码如下：  



x=int(input("请输入一个整数:"))#输入一个整数

if x%2==0:                           #判断x是否为偶数

print("这个数是偶数")            #条件表达式值为True，输出该数是偶数

if x%2!=0:                           #判断x是否为奇数

print("这个数是奇数")






3.2.3if...elif...else语句


if...elif...else语句属于多分支结构，其语句格式如下：  



if 表达式1:

语句序列1

elif  表达式2:

语句序列2

…

elif  表达式n:

语句序列n

else

语句序列n+1






多分支结构程序功能：  程序运行到if语句时，判断条件表达式1是否成立。如果条件表达式的值为True，则执行内嵌的语句序列1；  如果条件表达式的值为False，则依次判断每个elif条件表达式是否成立，如果表达式值为True，则运行其下面的语句序列，如果所有的条件表达式都不成立，则执行else后面的语句序列。多分支结构的流程图如图37所示。


图37多分支结构的流程图


下面是一个多分支程序结构程序的例子。
【例35】例31中用Python实现了BMI指数的计算，成年人BMI数值的划分标准如下：  BMI低于18.5，体重过轻；  BMI位于18.5~23.9，体重正常；  BMI位于24~27，体重过重；  BMI位于28~32，肥胖；  BMI高于32，非常肥胖。编写一个根据BMI指数判断体重情况的程序，该程序为多分支结构设计。代码如下：  



B=float(input("请输入您的BMI指数:"))#输入BMI指数

 #通过多分支结构判断体重等级

if B>32:                               # BMI高于32，非常肥胖

print("您的体重评定等级是非常肥胖")          

elif B<=32 and B>=28:                  # BMI位于28~32之间，肥胖

print("您的体重评定等级是肥胖")

elif B<=27 and B>=24:                  # BMI位于24~27之间，体重过重

print("您的体重评定等级是过重")

elif B<=23.9 and B>=18.5:              # BMI位于18.5~23.9之间，体重正常

print("您的体重评定等级是正常") 

else:                                  # BMI低于18.5，体重过轻

print("您的体重评定等级是过轻")






上述代码的输出结果如图38所示。


图38例35运行结果


上面的程序也可以通过分支结构嵌套实现，代码如下：  



B=input("请输入您的BMI指数： ")#输入BMI指数

 #通过分支语句嵌套判断体重等级

if B>32:                                  # BMI高于32，非常肥胖

print("您的体重评定等级是非常肥胖")          

if B>=28:                             # BMI位于28~32之间，肥胖

print("您的体重评定等级是肥胖")

if B>=24:                         # BMI位于24~27之间，体重过重

print("您的体重评定等级是过重")

if B>=18.5:                   # BMI位于18.5~23.9之间，体重正常

print("您的体重评定等级是正常") 

elif:                  # BMI低于18.5，体重过轻

print("您的体重评定等级是过轻")






3.2.4pass语句
在Python程序设计中，pass语句的作用相当于空语句，当暂时没有确定如何实现功能时，可以使用pass语句来进行“占位”。例如以下程序：  



x=0

a=input("输入a的值")

b=input("输入b的值")

if a<b:

pass#如果a的值小于b的值，那么执行pass语句

else:

x=a               #如果a的值大于等于b的值，那么将a的值赋给x

print(x)






3.2.5try...except语句
在Python程序设计中，try...except语句可以用来进行对程序运行异常的检测与处理。
try...except语句格式如下：  



try:

被检测的语句序列

except<异常名>:

异常处理语句序列






例如以下程序：  



try:

x=1/0

except ZeroDivisionError:#除数为0异常

print("除数为0")






3.3循 环 结 构
循环结构是指程序在执行的过程中，其中的某段语句序列被重复执行若干次。Python程序设计提供了for循环和while循环。
3.3.1while语句


while语句即while循环，其语句格式如下：  



while 表达式:

语句序列






while循环程序结构程序功能：  程序每次运行到“while 表达式：  ”语句时，判断条件表达式是否成立。如果条件表达式的值为True，则反复执行循环体内的语句序列；  如果条件表达式的值为False，则循环结束。while循环结构的流程图如图39所示。
下面是一个while循环程序结构程序的例子。
【例36】编写一个计算1+2+3+…+100的程序，该程序用while循环结构设计。代码如下：  



total=0#变量total用来保存最终的和

number=1                          #变量number用来保存1~100的整数

while number<=100:                #求1~100的和

total=total+number

number=number+1

print("1到100之和为:",total)






上述代码的输出结果如图310所示。


图39while循环结构的流程图




图310例36运行结果


注意：   
如果程序每次运行到while语句时，表达式的值都为真，则该程序为死循环，程序运行将无法结束。例如以下程序：  



total=0                           

number=1                         








#由于number始终等于1，表达式"number<=100"始终为真，该循环为死循环

while number<=100:               

total=total+number

print("1到100之和为:",total)






3.3.2for语句


for语句即for循环，其语句格式如下：  



for 变量 in 序列:

语句序列






for循环程序结构程序的功能：  变量遍历序列中的每个值。每取一个值，如果这个值在序列中，则执行语句序列，返回后，再取下一个值，再判断，直到遍历完成，退出循环。序列可以是列表、元组或字符串。
下面是一个for循环结构程序的例子。
【例37】编写一个计算1+2+3+…+10和的程序，该程序用for循环结构设计。代码如下：  



total=0#变量total用来保存最终的和

for x in ［1,2,3,4,5,6,7,8,9,10］:     #变量x用来循环控制

total=total+x

print("1到10之和为:",total)






上述代码的输出结果如图311所示。


图311例37运行结果


例37程序也可以根据range()函数来设计(关于函数见第4章)。代码如下：  



total=0#变量total用来保存最终的和

for x in range(1,11):     #变量x用来循环控制

total=total+x

print("1到10之和为:",total)






提示：  
范围函数range(start,stop［,step］)所表示的计数范围从start开始，到stop-1结束，step为计数变化的步长值，默认为1。例如：  上面程序中的range(1,10)的步长值为1，表示1~10的整数。

3.3.3循环嵌套结构
Python程序设计允许在一个循环体中嵌入另一个循环体，对于while循环和for循环，两种循环语句可以自身嵌套，也可以相互嵌套，嵌套的层次没有限制。循环嵌套执行时，每执行一次外层循环，其内层循环必须在循环执行结束后，才能进入到外层循环的下一次循环中。在设计嵌套程序时，注意在一个循环体内包含另一个完整的循环结构。
【例38】编写一个输出由“*”组成的直角三角形(9行)的程序，该程序为循环嵌套结构设计。代码如下：  



for i in range(1,10):#range(1,10)表示1~9的整数

for j in rang(1,i+1):      #range(1,i+1)表示1~i的整数

print("*",end="＼t")    #行中每个值以"＼t"隔开，"＼t"为制表符

print()                    #换行






【例39】参照例38，可以编写一个输出“9×9乘法表”的程序。代码如下：  



for i in range(1,10):#range(1,10)表示1~9的整数

for j in rang(1,i+1):      #range(1,i+1)表示1~i的整数

print(i*j,end="＼t")    #行中每个值以"＼t"隔开，"＼t"为制表符

print()                    #换行






上述代码的输出结果如图312所示。




图312例39运行结果


提示：  例39也可以用while循环嵌套来实现。代码如下：  



i=1

while i<=9:#外层循环

j=1

while j<=i:              #内层循环的终点是一个变化的量

print(i*j,end="＼t")

j=j+1                #内层循环变量的变化

i=i+1                    #外层循环变量的变化

print()






3.3.4break和continue语句
break语句和continue语句都可以放在循环体内，通常放在循环体内的分支语句结构中。break语句的作用是结束当前循环，使得整个循环提前结束；  continue语句的作用是忽略continue之后的语句，提前回到下一次循环。具体的流程变化如图313所示。


图313break语句和continue语句流程示意图


break语句和continue语句的用法如下：  



i=1

while i<10:

i=i+1

if i%2!=0:#奇数时跳过输出

continue

print(i)        #偶数时输出

i=1

while 1:            #循环条件为真

print(i)

i=i+1

if i>10:        #当i值大于10时，循环结束

break






注意：   
当程序设计为死循环,然后中途判断用break退出循环时，称为半路循环。例如以下程序：  



a=-1

while 1:

a +=1

if a==10:

break






本 章 小 结
本章主要介绍了Python程序设计中的顺序结构、分支结构和循环结构3种控制结构，以及3种结构中可以用到的pass语句、break语句和continue语句。通过对本章的学习，能够掌握Python程序设计的基本语法和基本思路，为后续章节的学习打下良好的基础。