Цикл «for» в Python — универсальная управляющая конструкция
Циклы являются мощнейшим инструментом, предоставляемым высокоуровневыми языками программирования. Эти управляющие конструкции позволяют многократно выполнять требуемую последовательность инструкций. Циклы в языке Python представлены двумя основными конструкциями: while и for .
Применение циклов
Концепция циклов — это не просто очередная абстрактная выдумка программистов. Повторяющиеся раз за разом операции окружают нас и в реальной жизни:
🥣 добавление щепотки приправ в варящийся бульон и помешивание его до тех пор, пока пакетик специй не закончится.
— всё это циклы, и представить нормальную жизнь без них попросту невозможно.
Впрочем, то же касается и программирования. Представьте, что вам нужно последовательно напечатать числа от 1 до 9999999999. В отсутствии циклов, эту задачу пришлось бы выполнять ручками, что потребовало бы колоссального количества кода и огромных временных затрат:
print(1) print(2) print(3) # . # 9999999995 строк # . print(9999999998) print(9999999999)
Циклы же позволяют уместить такую многокилометровую запись в изящную и простую для понимания конструкцию, состоящую всего из двух строчек:
for i in range(1, 10000000000): print(i)
Смысл её крайне прост. В основе цикла for лежат последовательности, и в примере выше это последовательность чисел от 1 до 9999999999. for поэлементно её перебирает и выполняет код, который записан в теле цикла. В частности, для решения данной задачи туда была помещена инструкция, позволяющая выводить значение элемента последовательности на экран.
Итерации
- Итерация (Iteration) — это одно из повторений цикла (один шаг или один «виток» циклического процесса). К примеру цикл из 3-х повторений можно представить как 3 итерации.
- Итерируемый объект (Iterable) — объект, который можно повторять. Проще говоря это объект, который умеет отдавать по одному результату за каждую итерацию.
- Итератор (iterator) — итерируемый объект, в рамках которого реализован метод __next__, позволяющий получать следующий элемент.
👉 Чтобы выполнить итерацию, Python делает следующее:
- Вызывает у итерируемого объекта метод iter() , тем самым получая итератор.
- Вызывает метод next() , чтобы получить каждый элемент от итератора.
- Когда метод next возвращает исключение StopIteration , цикл останавливается.
Пример создания итерируемого объекта Для того чтобы создать собственный класс итерируемого объекта, нужно всего лишь внутри него реализовать два метода: __iter__() и __next__() :
- внутри метода __next__ () описывается процедура возврата следующего доступного элемента;
- метод __iter__() возвращает сам объект, что даёт возможность использовать его, например, в циклах с поэлементным перебором.
Создадим простой строковый итератор, который на каждой итерации, при получении следующего элемента (т.е. символа), приводит его к верхнему регистру:
class ToUpperCase: def __init__(self, string_obj, position=0): «»»сохраняем строку, полученную из конструктора, в поле string_obj и задаём начальный индекс»»» self.string_obj = string_obj self.position = position def __iter__(self): «»» возвращаем сам объект «»» return self def __next__(self): «»» метод возвращает следующий элемент, но уже приведенный к верхнему регистру «»» if self.position >= len(self.string_obj): # исключение StopIteration() сообщает циклу for о завершении raise StopIteration() position = self.position # инкрементируем индекс self.position += 1 # возвращаем символ в uppercase-e return self.string_obj[position].upper() low_python = «python» high_python = ToUpperCase(low_python) for ch in high_python: print(ch, end=»») > PYTHON
Синтаксис for
Как было замечено, цикл for python — есть средство для перебора последовательностей. С его помощью можно совершать обход строк, списков, кортежей и описанных выше итерируемых объектов.
В простейшем случае он выглядит так:
for item in collection: # do something
Если последовательность collection состоит, скажем, из 10 элементов, for будет поочерёдно обходить их, храня значение текущего элемента в переменной item .
Принцип работы for максимально схож с таковым у циклов foreach , применяемых во многих других высокоуровневых языках.
aliceQuote = «The best way to explain it is to do it.» # с помощью цикла for посчитаем количество символов (с пробелами) в строке # зададим счетчик count = 0 # будем посимвольно обходить весь текст for letter in aliceQuote: # на каждой новой итерации: # в переменной letter будет храниться следующий символ предложения; # увеличиваем счетчик на 1; count += 1 print(count) > 39
range() и enumerate()
Вы уже наверняка запомнили, что for работает с последовательностями. В программировании очень часто приходится повторять какую-то операцию фиксированное количество раз. А где упоминается «количество чего-то», существует и последовательность, числовая.
👉 Для того чтобы выполнить какую-либо инструкцию строго определенное число раз, воспользуемся функцией range() :
# скажем Миру привет целых пять раз! for i in range(5): print(«Hello World!») > Hello World! Hello World! Hello World! Hello World! Hello World!
range() можно представлять, как функцию, что возвращает последовательность чисел, регулируемую количеством переданных в неё аргументов. Их может быть 1, 2 или 3:
Здесь start — это первый элемент последовательности (включительно), stop — последний (не включительно), а step — разность между следующим и предыдущим членами последовательности.
# 0 — начальный элемент по умолчанию for a in range(3): print(a) > 0 1 2 # два аргумента for b in range(7, 10): print(b) > 7 8 9 # три аргумента for c in range(0, 13, 3): print(c) > 0 3 6 9 12
👉 Чрезвычайно полезная функция enumerate() определена на множестве итерируемых объектов и служит для создания кортежей на основании каждого из элементов объекта. Кортежи строятся по принципу (индекс элемента, элемент) , что бывает крайне удобно, когда помимо самих элементов требуется ещё и их индекс.
# заменим каждый пятый символ предложения, начиная с 0-го, на * text = «Это не те дроиды, которых вы ищете» new_text = «» for char in enumerate(text): if char[0] % 5 == 0: new_text += ‘*’ else: new_text += char[1] print(new_text) > *то н* те *роид*, ко*орых*вы и*ете
break и continue
Два похожих оператора, которые можно встретить и в других языках программирования.
- break — прерывает цикл и выходит из него;
- continue — прерывает текущую итерацию и переходит к следующей.
Здесь видно, как цикл, дойдя до числа 45 и вернув истину в условном выражении, прерывается и заканчивает свою работу.
# continue for num in range(40, 51): if num == 45: continue print(num) > 40 41 42 43 44 46 47 48 49 50
В случае continue происходит похожая ситуация, только прерывается лишь одна итерация, а сам же цикл продолжается.
else
Если два предыдущих оператора можно часто встречать за пределами Python, то else , как составная часть цикла, куда более редкий зверь. Эта часть напрямую связана с оператором break и выполняется лишь тогда, когда выход из цикла был произведен НЕ через break .
group_of_students = [21, 18, 19, 21, 18] for age in group_of_students: if age < 18: break else: print('Всё в порядке, они совершеннолетние') >Всё в порядке, они совершеннолетние
Best practice
Цикл по списку
Перебрать list в цикле не составляет никакого труда, поскольку список — объект итерируемый:
# есть список entities_of_warp = [«Tzeench», «Slaanesh», «Khorne», «Nurgle»] # просто берём список, «загружаем» его в цикл и без всякой задней мысли делаем обход for entity in entities_of_warp: print(entity) > Tzeench Slaanesh Khorne Nurgle
Так как элементами списков могут быть другие итерируемые объекты, то стоит упомянуть и о вложенных циклах. Цикл внутри цикла вполне обыденное явление, и хоть количество уровней вложенности не имеет пределов, злоупотреблять этим не следует. Циклы свыше второго уровня вложенности крайне тяжело воспринимаются и читаются.
strange_phonebook = [ [«Alex», «Andrew», «Aya», «Azazel»], [«Barry», «Bill», «Brave», «Byanka»], [«Casey», «Chad», «Claire», «Cuddy»], [«Dana», «Ditrich», «Dmitry», «Donovan»] ] # это список списков, где каждый подсписок состоит из строк # следовательно можно (зачем-то) применить тройной for # для посимвольного чтения всех имён # и вывода их в одну строку for letter in strange_phonebook: for name in letter: for character in name: print(character, end=») > A l e x A n d r e w A y a A z a z e l B a r .
Цикл по словарю
Чуть более сложный пример связан с итерированием словарей. Обычно, при переборе словаря, нужно получать и ключ и значение. Для этого существует метод .items() , который создает представление в виде кортежа для каждого словарного элемента.
Цикл, в таком случае, будет выглядеть следующим образом:
# создадим словарь top_10_largest_lakes = < "Caspian Sea": "Saline", "Superior": "Freshwater", "Victoria": "Freshwater", "Huron": "Freshwater", ># обойдём его в цикле for и посчитаем количество озер с солёной водой и количество озёр с пресной salt = 0 fresh = 0 # пара «lake, water», в данном случае, есть распакованный кортеж, где lake — ключ словаря, а water — значение. # цикл, соответственно, обходит не сам словарь, а его представление в виде пар кортежей for lake, water in top_10_largest_lakes.items(): if water == ‘Freshwater’: fresh += 1 else: salt += 1 print(«Amount of saline lakes in top10: «, salt) print(«Amount of freshwater lakes in top10: «, fresh) > Amount of saline lakes in top10: 1 > Amount of freshwater lakes in top10: 3
Цикл по строке
Строки, по сути своей — весьма простые последовательности, состоящие из символов. Поэтому обходить их в цикле тоже совсем несложно.
word = ‘Alabama’ for w in word: print(w, end=» «) > A l a b a m a
Как сделать цикл for с шагом
Цикл for с шагом создается при помощи уже известной нам функции range , куда, в качестве третьего по счету аргумента, нужно передать размер шага:
# выведем числа от 100 до 1000 с шагом 150 for nums in range(100, 1000, 150): print(nums) > 100 250 400 550 700 850
Обратный цикл for
Если вы еще не убедились в том, что range() полезна, то вот ещё пример: благодаря этой функции можно взять и обойти последовательность в обратном направлении.
# выведем числа от 40 до 50 по убыванию # для этого установим step -1 for nums in range(50, 39, -1): print(nums) > 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40
for в одну строку
Крутая питоновская фишка, основанная на так называемых list comprehensions или, по-русски, генераторов. Их запись, быть может, несколько сложнее для понимания, зато очевидно короче и, по некоторым данным, она работает заметно быстрее на больших массивах данных.
В общем виде генератор выглядит так:
[результирующее выражение | цикл | опциональное условие]Приведем пример, в котором продублируем каждый символ строки inputString :
# здесь letter * 2 — результирующее выражение; for letter in inputString — цикл, а необязательное условие опущено double_letter = [letter * 2 for letter in «Banana»] print(double_letter) > [‘BB’, ‘aa’, ‘nn’, ‘aa’, ‘nn’, ‘aa’]
Другой пример, но теперь уже с условием:
# создадим список, что будет состоять из четных чисел от нуля до тридцати # здесь if x % 2 == 0 — необязательное условие even_nums = [x for x in range(30) if x % 2 == 0] print(even_nums) [0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28]