详解Python中for循环的使用

本系列前面 “探索 Python，第 5 部分：用 Python 编程” 一文讨论了 if 语句和 while 循环，讨论了复合语句以及适当缩进 Python 语句来指示相关 Python 代码块。该文的结尾介绍了 Python for 循环。但就其使用和功能来说，for 循环更值得关注，所以本文单独讲述该循环。

for 循环有一个简单的语法，使您可以从容器对象中提取单个项目并对其进行某些操作。简单地说，使用 for 循环，可以迭代中对象集合的项目。对象集合可以是任何 Python 容器类型，包括前面文章中讨论的 tuple、string 和 list 类型。但是容器 metaphor 的功能比这三种类型更强大。metaphor 包括其他序列类型，如 dictionary 和 set，将来的文章中将对它们进行讨论。

但是请稍等！还有更多信息：for 循环可以用于迭代支持迭代 metaphor 的任何对象，这使 for 循环非常有用。

清单 1 中显示了 for 循环的基本语法，还演示了如何在 for 循环中使用 continue 和 break 语句。
清单 1. for 循环的伪代码
    
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 类型的层次结构” 介绍了 Python tuple。如文中所述，tuple 类型是不可变的异构容器。这主要是说 tuple 可以存放不同类型的对象，但是它一旦创建，就无法更改。清单 2 演示了如何使用 for 循环迭代 tuple 的元素。
清单 2. for 循环和 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

本例首先创建了名为 t 的 tuple，存放整数 0 至 9（包含 9）。第一个 for 循环迭代此 tuple，在 count 变量中累计 tuple 中数值的和。一旦代码已经迭代了 tuple 中的所有元素，它将进入 for 循环的 else 子句，打印 count 变量的值。

清单 2 中显示的第二个 for 循环也迭代 tuple 中的所有元素。但是，它仅累计容器中能够被 2 整除的那些项的值（请记住如果表达式为非零，if 语句将确定为真，num 不能被 2 整除时使用 % 运算符会返回非零值）。此限制通过使用适当的 if 语句和 continue 语句来完成。如前面的文章中所述，continue 语句使包含它的循环开始下一次迭代。实现相同结果的另一种方法是测试 tuple 中的当前项是否是偶数（使用 if not num % 2:），如果为真，那么将当前项添加到运行总和中。一旦代码完成 tuple 中的迭代，将调用 else 子句，打印总和。

本系列中的第三篇文章 “探索 Python：第 3 部分：探索 Python 类型的层次结构” 讨论了 Python string。string 是不可变的同构容器，这意味着它仅能存放字符且一旦建立将无法修改。清单 3 演示了如何使用 Python string 作为 for 循环的容器。
清单 3. for 循环和 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

本例提供了三个不同的 for 循环，它们都迭代同一 string。第一个 for 循环迭代 string “Python Is A Great Programming Language!” 并一次打印 string 中的一个字符。在此例中，print 语句变量 c 后加了一个逗号。这使 print 语句打印字符值时后面跟着空格字符，而不是换行字符。如果没有后面的逗号，字符将全部打印在单独的行中，会很难读。

下两个 for 循环迭代该字符串并计算其包含多少个元音字母（“a”、“e”、“i”、“o” 或 “u”）。第二个 for 循环在迭代原始 string 时仅查找小写元音字母。第三个 for 循环迭代通过调用 string 对象的 lower 方法返回的临时 string。lower 方法将 string 中的所有字符转换为小写。因此，第三个 for 循环可找到另外两个元音字母。

本系列中的第四篇文章 “探索 Python，第 4 部分：探索 Python 类型的层次结构” 介绍了 Python list。list 是异构可变容器，这意味着它可以存放不同类型的对象且创建后可以修改。清单 4 演示了如何使用 list 和 for 循环。
清单 4. for 循环和 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 是很灵活的 Python 容器类型（您将在本系列其余的文章中多次看到它），本例看起来可能过于简单了。但是，这是一部分要点：使用 for 循环使处理容器中的每个项目非常简单，甚至处理包含各种不同对象的 list 也是如此。本例迭代 Python list 中的所有项目，并在单独的行中打印每一项及其相对应的 Python 类型。
迭代和可变容器

Python list 是一个可变序列，提供了一种令人好奇的可能性：for 循环主体可以修改其正在迭代的 list。正如您可能认为的，这样并不好，如果进行此操作，Python 解释器将无法很好地工作，如清单 5 所示。
清单 5. 在 for 循环中修改容器    
>>> 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]

本例中的第一个 for 循环只要在原始 list 中发现奇数，它就在 list 的开始插入数值 100。当然，这是一种演示此问题的不同寻常的方式，但却非常好。一旦在三个点的 Python 提示后按 Enter 键，Python 解释器就处于无限循环的混乱中。要停止这种混乱，必须通过按 Ctrl-C（其在 Python 输出中显示为 ^C）来中断进程，然后会出现 KeyboardInterrupt 异常。如果打印出修改的 list，将看到 mylist 现在包含大量的值为 100 的元素（新元素的准确数量取决于您中断循环的速度）。

本例中的第二个 for 循环演示了如何避免此问题。使用切片运算符创建原始 list 的副本。现在 for 循环将迭代该副本，而对原始 list 进行修改。最终的结果是修改后的原始 list，它现在以五个值为 100 的新元素开始。

for 循环和序列索引

如果您用过其他编程语言，Python for 循环可能看起来有点儿古怪。您可能认为它更像 foreach 循环。基于 C 的编程语言具有 for 循环，但它的设计目的是对一系列操作执行特定次数。Python for 循环可以通过使用内置的 range 和 xrange 方法来模拟该行为。清单 6 中演示了这两种方法。
清单 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，它创建一个包含一系列整数的新 list。调用 range 方法的一般形式是提供单个值，用作整数 list 的上限。零为起始值。因此，调用 range(10) 将创建包含整数 0 至 9（包含 9）的 list。range 方法接受起始索引以及步长。所以，调用 range(11,20) 将创建从 11 至 19（包含 19）的整数 list，而调用 range(12, 89, 2) 将创建从 12 至 88 的偶数 list。

由于 xrange 方法也创建整数 list（其使用相同参数），所以它与 range 方法非常相似。但是，xrange 方法仅在需要时才在 list 中创建整数。例如，在清单 6 中，尝试打印出新创建的 xrange 时除了 xrange 的名称，不会显示任何数据。当需要迭代大量整数时，xrange 方法更适用，因为它不会创建极大的 list，那样会消耗大量计算机内存。

清单 7 演示了如何在 for 循环内使用 range 方法来创建整数 1 至 10（包含 10）的乘法表。
清单 7. 创建乘法表    
>>> 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

本例使用两个 for 循环，外面的 for 循环关注乘法表中的每一行，嵌套的 for 循环关注每行内的列。每个循环都迭代包含整数 1 至 10（包含 10）的 list。最里面的 print 语句使用了一个名为 字符串格式化 的新概念来创建格式设置精美的表。字符串格式化是一种非常有用的技术，用于以格式设置精美的布局创建由不同数据类型组成的 string。现在详细信息并不重要，将来的文章中将讲述这些内容（了解 C 编程语言的 printf 方法的任何人都会很熟悉这些内容）。在本例中，字符串格式化指定将从整数创建新 string 且需要保留三个字符来存放该整数（如果该整数小于三个字符，将在左边用空格填补，从而使数据排列整齐）。第二个 print 语句用于打印新行，从而使乘法表中的下一行被打印在新的行中。

range 方法还可用于迭代容器，通过使用适当的索引访问序列中的每一项。要进行此操作，需要包含容器的允许范围索引值的整数 list，这可以通过使用 range 方法和 len 方法来轻松实现，如清单 8 所示。
清单 8. 在 for 循环内索引容器
    
>>> 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

这个最后的示例演示了如何使用 len 方法作为 range 方法的参数，创建可用于单独访问 string 中每个字符的整数 list。第二个 for 循环还显示了如何将 string 分割为子字符串的 list（使用空格字符来指示子字符串的边界）。for 循环迭代子字符串 list，打印每个子字符串及其长度。

结束语

本文讨论了 Python for 循环并演示了它的一些使用方式。可以将 for 循环与提供迭代器的任何 Python 对象结合使用，这些对象包括 tuple、string 和 list 等内置序列类型。for 循环和 list 序列一起使用时具有强大的功能，您会发现自己在许多情况中都要使用它们。Python 提供了用于组合这两个概念的简单机制，称为列表理解，将来的文章中将讲述该内容。