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Python(for和while)循环嵌套及用法

Python 不仅支持 if 语句相互嵌套,while 和 for 循环结构也支持嵌套。所谓嵌套(Nest),就是一条语句里面还有另一条语句,例如 for 里面还有 for,while 里面还有 while,甚至 while 中有 for 或者 for 中有 while 也都是允许的。

当 2 个(甚至多个)循环结构相互嵌套时,位于外层的循环结构常简称为外层循环外循环,位于内层的循环结构常简称为内层循环内循环

循环嵌套结构的代码,Python 解释器执行的流程为:
  1. 当外层循环条件为 True 时,则执行外层循环结构中的循环体;
  2. 外层循环体中包含了普通程序和内循环,当内层循环的循环条件为 True 时会执行此循环中的循环体,直到内层循环条件为 False,跳出内循环;
  3. 如果此时外层循环的条件仍为 True,则返回第 2 步,继续执行外层循环体,直到外层循环的循环条件为 False;
  4. 当内层循环的循环条件为 False,且外层循环的循环条件也为 False,则整个嵌套循环才算执行完毕。

循环嵌套的执行流程图如图 1 所示:

循环嵌套的执行流程图
图 1 循环嵌套的执行流程图

下面程序演示了 while-for 嵌套结构:
i = 0
while i<10:
    for j in range(10):
        print("i=",i," j=",j)       
    i=i+1
由于程序输出结果篇幅太长,读者可自行拷贝代码并执行,观察其执行结果。
可以看到,此程序中运用了嵌套循环结构,其中外循环使用的是 while 语句,而内循环使用的是 for 语句。程序执行的流程是:
  • 一开始 i=0,循环条件 i<10 成立,进入 while 外循环执行其外层循环体;
  • 从 j=0 开始,由于 j <10 成立,因此进入 for 内循环执行内层循环体,直到 j=10 不满足循环条件,跳出 for 循环体,继续执行 while 外循环的循环体;
  • 执行 i=i+1 语句,如果 i<10 依旧成立,则从第 2 步继续执行。直到 i<10 不成立,则此循环嵌套结构才执行完毕。

根据上面的分析,此程序中外层循环将循环 9 次(从 i=1 到 i=9),而每次执行外层循环时,内层循环都从 j=0 循环执行到 j=9。因此,该嵌套循环结构将执行 9*10 = 90 次。

嵌套循环执行的总次数 = 外循环执行次数 * 内循环执行次数


事实上,if 语句和循环(while、for)结构之间,也可以相互嵌套,举个例子:
i = 0
if i<10:
    for j in range(5):
        print("i=",i," j=",j)       
程序执行结果为:

i= 0  j= 0
i= 0  j= 1
i= 0  j= 2
i= 0  j= 3
i= 0  j= 4


需要指明的是,上面程序演示的仅是 2 层嵌套结构,其实 if、while、for 之间完全支持多层( ≥3 )嵌套。例如:

if ...:
    while ...:
        for ...:
            if ...:
                ...

也就是说,只要场景需要,判断结构和循环结构之间完全可以相互嵌套,甚至可以多层嵌套。

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