Программы, которые мы пишем, становятся всё сложнее и объемнее. Они все ещё очень далеки от реальных программ, где количество строк кода измеряется десятками и сотнями тысяч (а иногда и миллионами), но текущая сложность уже способна заставить напрячься людей без опыта. Начиная с этого урока, мы переходим к одной из самых сложных базовых тем в программировании – циклам.
Любые прикладные программы служат очень прагматичным целям. Они помогают управлять сотрудниками, финансами, развлекают в конце концов. Несмотря на различия, все эти программы выполняют заложенные в них алгоритмы, которые очень похожи между собой. Что это такое? Алгоритм — это последовательность действий (инструкций), которая приводит нас к некоему ожидаемому результату. В принципе, это описание подходит под любую программу, но под алгоритмами обычно понимается что-то более специфичное.
Представьте себе, что у нас есть книга и мы хотим найти внутри неё какую-то конкретную фразу. Саму фразу мы помним, но не знаем, на какой она странице. Как найти нужную страницу? Самый простой (и долгий) способ — последовательно просматривать страницы до тех пор, пока мы не найдем нужную. В худшем случае придется просмотреть все страницы, но результат мы всё равно получим. Именно этот процесс и называется алгоритмом. Он включает в себя логические проверки (нашли ли фразу) и перебор страниц. Количество страниц, которое придется посмотреть, заранее не известно, но сам процесс просмотра повторяется из раза в раз совершенно одинаковым образом. Для выполнения повторяющихся действий как раз и нужны циклы. Каждый повтор, в таком случае, называется итерацией.
Напишем функцию с простым циклом, который будет n
раз выводить на экран строку 'Hello!'
:
def print_hello(n):
counter = 0
while counter < n:
print('Hello!')
counter = counter + 1
print_hello(2)
# => Hello!
# => Hello!
Теперь подробно проанализируем пример функции с циклом, который выводит на экран числа от 1 до числа-аргумента:
print_numbers(3)
# => 1
# => 2
# => 3
Эту функцию невозможно реализовать уже изученными средствами, так как количество выводов на экран заранее не известно. А с циклами это не составит никаких проблем:
def print_numbers(last_number):
# i сокращение от index (порядковый номер)
# используется по общему соглашению во множестве языков
# как счетчик цикла
i = 1
while i <= last_number:
print(i)
i = i + 1
print('finished!')
print_numbers(3)
# => 1
# => 2
# => 3
# => finished!
Цикл while
состоит из трёх элементов:
while
.while
. Это условие вычисляется на каждой итерации.Каждое выполнение тела называется итерацией. В нашем примере вызов print_numbers(3)
породил три итерации, на каждой из которых была выведена на экран переменная i
. Конструкция читается так: «делать то, что указано в теле цикла пока истинно условие (предикат) i <= last_number
». Разберём работу этого кода для вызова print_numbers(3)
:
# Инициализируется i
i = 1
# Предикат возвращает true, поэтому выполняется тело цикла
while 1 <= 3
# print(1)
# i = 1 + 1
# Закончилось тело цикла, поэтому происходит возврат в начало
while 2 <= 3
# print(2)
# i = 2 + 1
# Закончилось тело цикла, поэтому происходит возврат в начало
while 3 <= 3
# print(3)
# i = 3 + 1
# Предикат возвращает false, поэтому выполнение переходит за цикл
while 4 <= 3
# print('finished!');
# На этом этапе i равен 4, но он нам уже не нужен
# функция завершается
Самое главное в цикле — завершение (выход). Процесс, который порождает цикл, должен в конце концов остановиться. Ответственность за остановку полностью лежит на программисте. Обычно задача сводится к введению переменной, называемой «счётчиком цикла». Сначала он инициализируется, то есть ему задаётся начальное значение. В нашем примере это строчка i = 1
. Затем в условии цикла проверяется, не достиг ли счётчик своего предельного значения.
В нашем примере предельное значение определяется аргументом функции. Если условие цикла не выполнено, то тело не выполняется и интерпретатор двигается дальше, выполняя инструкции после цикла. Но если условие цикла истинно, то выполняется тело, в котором находится ключевой элемент остановки — изменение счетчика. Обычно его делают в конце тела, и это изменение — одно из редких мест, где невозможно обойтись без переменной. В нашем примере за изменение отвечает строчка i = i + 1
.
На этом моменте новички делают больше всего ошибок. Например, случайно забытое увеличение счётчика или неправильная проверка в предикате способны привести к зацикливанию. Это ситуация, при которой цикл работает бесконечно и программа никогда не останавливается. В таком случае приходится её завершать принудительно (кто знает, может быть когда зависают реальные программы, в этот момент внутри них выполняется бесконечный цикл).
def print_numbers(last_number):
i = 1
# Этот цикл никогда не остановится
# и будет печатать всегда одно значение
while i <= last_number:
print(i)
print('finished!')
В некоторых случаях бесконечные циклы полезны. Здесь мы такие случаи не рассматриваем, но полезно видеть как выглядит этот код:
while True:
# Что-то делаем
Подводя итог. Когда всё же нужны циклы, а когда можно обойтись без них? Физически невозможно обойтись без циклов тогда, когда алгоритм решения задачи требует повторения каких-то действий, как в примере с книгой, и количество этих операций заранее неизвестно.
Подобные конструкции index = index + 1
в Python используются довольно часто, поэтому создатели языка добавили сокращённый вариант записи: index += 1
.
Важно понимать, что отличия исключительно в способе записи. Интерпретатор превращает сокращённую конструкцию в развёрнутую.
Такие сокращения принято называть синтаксическим сахаром, потому что они делают процесс написания кода немного проще и приятнее, «подслащивая» его :)
Существуют сокращённые формы для всех арифметических операций и для конкатенации строк:
a = a + 1
→ a += 1
a = a - 1
→ a -= 1
a = a * 2
→ a *= 2
a = a / 1
→ a /= 1
Вам ответят команда поддержки Хекслета или другие студенты.
Выделите текст, нажмите ctrl + enter и отправьте его нам. В течение нескольких дней мы исправим ошибку или улучшим формулировку.
Загляните в раздел «Обсуждение»:
Статья «Ловушки обучения»
Вебинар «Как самостоятельно учиться»
Курсы программирования для новичков и опытных разработчиков. Начните обучение бесплатно.
Наши выпускники работают в компаниях:
С нуля до разработчика. Возвращаем деньги, если не удалось найти работу.
Зарегистрируйтесь или войдите в свой аккаунт