通过图1,可以对条件语句的运行机制作有一个简单的了解。虚线框内是一个选择结构,此结构中包含一个判断条件和两条执行语句,以及连接各部分的流向线。根据判断条件(布尔表达式)返回值的情况,程序将选择执行语句1或语句2。
▲图1 条件语句结构
在Python中,实现选择结构最普遍的工具是if语句。此外,try语句专门用于异常处理,其内在逻辑也符合选择结构。
01 if、elif与else
if语句中包含3种条件判断句式,即if、elif和else。其中,if与elif部分都包含判断条件,当判断条件都不成立时,程序才能执行else部分的代码。
if语句最基础的形式是if-else,其基本语法格式如下。
if 条件表达式:
操作语句1
else:
操作语句2
if-else语句常用的参数及说明:
-
条件表达式:接收布尔表达式,表示判断条件是否成立。无默认值
-
操作语句:接收操作语句,表示执行一段代码。无默认值
if-else语句执行时,程序首先判断if部分条件表达式的真假。如果条件表达式返回真值,则执行操作语句1;如果返回假值,则执行操作语句2。
if-else语句的形式很简单,通过条件判断的结果即可决定下一步的执行方向,具有两条分支。以编写一个账户密码登录界面为例,介绍该语句的使用,如代码清单①所示。
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代码清单① if-else语句实现登录界面
In[1]: name = input (\'请输入用户名:\')
password = input (\'请输入密码:\')
if name == \"Lucy\" and password == \"123456\":
print (\'****登录成功,欢迎!*****\')
else:
print (\'-----您的输入有误,登录失败!-----\')
Out[1]: 请输入用户名:Lucy
请输入密码:123
-----您的输入有误,登录失败!-----
In[2]: name = input (\'请输入用户名:\')
password = input (\'请输入密码:\')
if name == \"Lucy\" and password == \"123456\":
print (\'****登录成功,欢迎!*****\')
else:
print (\'-----您的输入有误,登录失败!-----\')
Out[2]: 请输入用户名:Lucy
请输入密码:123456
****登录成功,欢迎!*****
在代码清单①中,使用input函数以支持交互式的输入,并在函数括号内插入文字进行了输入提示,增强了登录界面的人性化。在if部分的条件判断式中,使用and运算符进行且运算,只有账户和密码都输入正确才能成功登录,从而增加了安全性。
if-else语句可以缩减为单行形式,其基本语法格式如下。
操作语句1 if 条件表达式 else 操作语句2
if-else语句单行形式语法格式中的参数说明与图1一致。如果条件表达式返回的结果为真,则执行if前面的操作语句1,否则执行else后面的操作语句2。
if-else语句使用单行形式的目的主要在于增加代码的简洁性,其基本使用方法如代码清单②所示。
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代码清单② if-else语句的单行形式
In[3]: num1, num2 = 11, 90
print(\'num1加num2为百分数\') if 1000 > num1 + num2 >100 else
print(\'num1加num2不为百分数\')
Out[3]: num1加num2为百分数
if-else语句有明显的缺陷,即只能实现两条分支。实际工作中需要用到的条件分支数目可能难以想象,扩展if语句的分支需要用到elif句式。elif是“else if”的缩写,即“下一条件是否成立?”。
使用elif有简洁、减少过分缩排的效果。将elif代码块放在if和else之间,就组成了if-elif-else语句。理论上,if语句中的elif可以无限多。if-elif-else语句与if-else语句其实是等价的,后者相当于前者中elif个数为0或不执行的情况。由于if-elif-else语句能提供更多条件分支,因此被普遍使用,其基本语法格式如下。
if 条件表达式1:
操作语句1
elif 条件表达式2:
操作语句2
else:
操作语句3
if-elif-else语句语法格式中的参数与上文说明一致。该语句执行时,按照从上到下的顺序,依次检查每个条件表达式返回值的情况,任何一个条件表达式返回真值,就执行该表达式下面的操作语句。若所有条件表达式都返回假值,则执行else下面的操作语句。
if-elif-else语句相对于if-else语句优势明显,可以实现更为复杂的功能。使用if-elif-else语句实现年龄段的判断,如代码清单③所示。
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代码清单③ 使用if-elif-else语句实现年龄段的判断
In[4]: age = input(\'请输入您的年龄:\')
age = int(age)
if age < 18:
print(\'未成年人!\')
elif age >= 18 and age <= 25:
print(\'青年人!\')
elif age > 25 and age <= 60:
print(\'中年人!\')
else:
print(\'老年人!\')
Out[4]: 请输入您的年龄: 20
青年人!
代码清单③通过比较运算符实现了年龄段划分,并能区分年龄段界限,避免逻辑出错。input函数将接收的任何数据类型都默认为str,如果不在该代码中插入转换接收数据类型的语句,程序将无法执行。这是因为,接收的年龄数据会被用于和后续的年龄数值比较,而number与str是无法比较的。
需要说明,if语句还有一种形式是if-if-else,这一形式中的if可以有多个,从而实现多分支。与if-elif-else语句相比,差异不仅仅存在于形式上,性能上也同样有区别,使用多个if的效率更低,它实际上是多重if语句。
if语句支持嵌套,即在一个if语句中嵌入另一个if语句,从而构成不同层次的选择结构。嵌套的意义在于实现多层选择结构。使用嵌套对条件语句的功能有升华作用,这与elif是相似的,elif将有限的条件分支扩展,嵌套则提供了建立多层选择结构的工具,两者分别在不同的维度上提升了if语句的功能性。使用嵌套需要以不同的缩进长度划分代码结构的层次,因此嵌套时要特别注意缩进的规范性。
嵌套选择结构具有很广的应用场景,以下给出一个例子。假设系统中存储了5个用户的身份信息,分别是:来自英国的Tom,35岁;来自法国的Frank,35岁;来自德国的Bob,35岁;来自澳大利亚的Washington,51岁;来自南非的Jane,21岁。
设计一个程序,询问用户的部分信息,在对方不说出自己名字的情况下识别其身份,如代码清单④所示。
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代码清单④ 嵌套if-elif-else语句
In[5]: age = input(\'请输入你的年龄:\')
age = int(age)
if age == 35:
nation = input(\'请输入你的国籍:\')
if nation == \'英国\':
print(\'你是Tom! \')
elif (nation == \'法国\'):
print(\'你是Frank! \')
else:
print(\'你是Bob! \')
elif age == 21:
print(\'你是Jane,来自南非! \')
elif age == 51:
print(\'你是Washington,来自澳大利亚! \')
else:
print(\'请输入正确年龄值! \')
Out[5]: 请输入你的年龄:35
请输入你的国籍:法国
你是Frank!
从代码清单④可以看到,该程序具有两层选择结构。第1层用于询问年龄,程序通过接收的年龄,可以判断输入者是Jane、Washington或其他3个同龄人中的一个;若收到的值不在这5人年龄范围中,则提示输入出错;若收到的值是3个同龄人的岁数,则进入下一层选择结构,即询问国籍;通过询问国籍,程序可以准确报出输入者的信息。
使用if语句时,需要注意以下几点。
-
条件判断语句应尽量简单,若语句复杂则应当将运算先放到一个变量中。
-
Python的条件语句中允许常用的数值比较运算(==,!=,>,>=,<,<=)。
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Python允许无限次if语句嵌套,但实际编程中如果必须用到3级到4级嵌套,建议考虑用其他方法编写代码,嵌套超过两层会使程序的运行效率大打折扣。
02 try、except与else
如果运行途中发生错误事件,程序的执行将中断,并创建异常对象。异常是程序在正常流程控制以外采取的动作,当它被引发时,计算机将自动寻找异常处理程序,以帮助程序恢复正常运行。
要保证程序的正常运行,就需要排除错误,错误要么是语法上的,要么是逻辑上的。语法错误的出现表明程序在结构上出现了问题,可以在程序执行前加以纠正。逻辑错误可能是缺少输入或输入不正确,某些情况下,也可能是根据输入无法生成预期的结果。逻辑错误难以预防,必须使用异常处理程序来应对。
计算机语言针对可能出现的错误定义了异常类型,某种错误引发对应的异常时,异常处理程序将被启动,从而恢复程序的正常运行。Python中定义的异常类型大致分为数值计算错误、操作系统错误、无效数据查询、Unicode相关的错误和警告等几类,如下所示。
Python异常类:
-
BaseException:所有异常的基类
-
Exception:常规异常的基类
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StandardError:所有的内建标准异常的基类
-
ArithmeticError:所有数值计算异常的基类
-
FloatingPointError:浮点计算异常
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OverflowError:数值运算超出最大限制
-
ZeroDivisionError:除零
-
AssertionError:断言语句失败
-
AttributeError:对象不包含某个属性
-
EOFError:没有内建输入,到达EOF标记
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EnvironmentError:操作系统异常的基类
-
IOError:输入/输出操作失败
-
OSError:操作系统异常
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WindowsError:系统调用失败
-
ImportError:导入模块/对象失败
-
KeyboardInterrupt:用户中断执行
-
LookupError:无效数据查询的基类
-
IndexError:序列中没有此索引
-
KeyError:映射中没有这个键
-
MemoryError:内存溢出异常
-
NameError:未声明/初始化对象
-
UnboundLocalError:访问未初始化的本地变量
-
ReferenceError:弱引用试图访问已经垃圾回收了的对象
-
RuntimeError:一般的运行时异常
-
NotImplementedError:尚未实现的方法
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SyntaxError:语法错误导致的异常
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IndentationError:缩进错误导致的异常
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TabError:Tab和空格混用
-
SystemError:一般的解释器系统异常
-
TypeError:对类型无效的操作
-
ValueError:传入无效的参数
-
UnicodeError:Unicode相关的异常
-
UnicodeDecodeError:Unicode解码时的异常
-
UnicodeEncodeError:Unicode编码错误导致的异常
-
UnicodeTranslateError:Unicode转换错误导致的异常
-
Warning:警告的基类
-
DeprecationWarning:关于被弃用的特征的警告
-
FutureWarning:关于构造将来语义会有改变的警告
-
UserWarning:用户代码生成的警告
-
PendingDeprecationWarning:关于特性将会被废弃的警告
-
RuntimeWarning:可疑的运行时行为(runtime behavior)的警告
-
SyntaxWarning:可疑语法的警告
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ImportWarning:用于在导入模块过程中触发的警告
-
UnicodeWarning:与Unicode相关的警告
-
BytesWarning:与字节或字节码相关的警告
-
ResourceWarning:与资源使用相关的警告
异常体系内部有层次关系,即某些异常属于某个异常的子类,该异常又可能是另一异常的子类。较低层次、更具细节的异常是某些异常的子类,这些高层次的异常则称为基类,子类和基类是相对的。Python异常体系中的部分关系如图2所示。
▲图2 Python常见异常体系
在图2中,越下面的异常,其层次越低,细节更明显,它们总有更高层次的基类。
Python使用try语句处理异常,该语句一般包括try、except和else三个句式,组成try-except-else的形式。try部分包含一个尝试执行的代码块,except部分是特定异常的处理对策,else部分则在程序运行正常时执行。
try语句可以视为一种条件分支,与if语句的区别是try语句并不包含条件判断式,执行的流向也不取决于条件表达式,而依赖于代码块能否执行。但其内在逻辑和运行流程与if语句是相似的,符合条件分支的特征,其基本语法格式如下。
try:
操作语句1
except 错误类型1:
操作语句2
except 错误类型2:
操作语句3
else:
操作语句4
try语句常用的语法格式及其参数说明如下所示。
try-except-else语句常用的语法格式及其参数说明:
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错误类型:接收Python异常名,表示符合该异常则执行下面语句。无默认值
-
操作语句:接收操作语句,表示执行一段代码。无默认值
运行try-except-else语句时,程序首先执行try代码块,即可能出错的试探性语句,这可能导致致命性错误使得程序无法继续执行;如果try代码块确实无法执行,就可能执行某个except代码块。
执行一个except代码块的条件是,系统捕捉的异常类型和该代码块标识的类型相符合;如果try代码块的语句正常执行,就接着执行else代码块的语句。
如果try部分无法执行,也没有找到相应的except代码块,就将异常消息发送给程序调用端,如Python Shell,Python Shell对异常消息的默认处理则是终止程序的执行并打印具体的出错信息。这也是在Python Shell中执行程序错误后所出现的出错打印信息的由来。
在try语句中,except与else代码块都是可选的。except代码块可以有0或多个;else代码块可以有0或1个。但要注意,else语句的存在必须以except语句的存在为前提,在没有except语句的try语句中使用else语句,会引发语法错误。
try语句中没有else时,就构成try-except语句,如代码清单⑤所示。
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代码清单⑤ try语句处理除零异常
In[6]: number = 0
# 以变量number作被除数,尝试运行除法操作
try:
print(\'1.0 / number =\', 1.0 / number)
# 如果异常是除零异常,输出提示信息
except ZeroDivisionError:
print(\'***除数为0***\')
Out[6]: ***除数为0***
在代码清单⑤中,由于0不能做除数,因此引发了除零异常。except代码块由于给出了ZeroDivisionError的解决方案,因此被执行,程序得以完整地运行。
代码清单⑤所展示的异常之间的层次差别是有意义的,这在程序执行过程中可以体现,如代码清单⑥所示。
-
代码清单⑥ Python异常层次差异
In[7]: dict1={\'a\': 1, \'b\': 2, \'v\': 22}
# 尝试索引赋值dict中不存在的值
try:
x = dict1[\'y\']
except LookupError:
print(\'查询错误\')
except KeyError:
print(\'键错误\')
else:
print(x)
Out[7]: 查询错误
In[8]: # 调换LookupError和KeyError处理代码块的顺序
dict2={\'a\': 1, \'b\': 2, \'v\': 22}
# 尝试索引赋值dict中不存在的值
try:
x = dict2[\'y\']
except KeyError:
print(\'键错误\')
except LookupError:
print(\'查询错误\')
else:
print(x)
Out[8]: 键错误
代码清单⑥展示的try-except-else语句尝试查询不在dict中的键值对,从而引发了异常。这一异常准确地说应属于KeyError,但由于KeyError是LookupError的子类,且在代码清单⑥中将LookupError置于KeyError之前,因此程序优先执行该except代码块。所以,使用多个except代码块时,必须坚持对其规范排序,要从最具针对性的异常到最通用的异常。
除自然发生的异常外,Python中的raise语句可用于故意引发异常。使用该语句引发异常时,只需在raise后输入异常名即可,如代码清单⑦所示。
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代码清单⑦ raise语句
In[9]: # 尝试引发IndexError
try:
raise IndexError
except KeyError:
print (\'in KeyError except\')
except IndexError:
print(\'in IndexError except\')
else:
print(\'no exception\')
Out[9]: in IndexError except