# 第 1-6 课：循环

## 一、本课目标

完成本课后，你应该能够：

1. 解释循环为什么能减少重复代码；
2. 使用 `for` 循环按照指定次数重复执行代码；
3. 使用 `range()` 生成整数序列；
4. 使用 `while` 在条件成立期间重复执行；
5. 使用计数器记录执行次数；
6. 使用累加器汇总一组数据；
7. 在循环中结合 `if` 进行判断；
8. 使用 `break` 提前结束循环；
9. 使用 `continue` 跳过本次循环；
10. 识别并避免常见的死循环。

## 二、前置知识

开始本课前，你应该已经掌握：

- 变量与基础数据类型；
- 数字计算和比较运算；
- `if...elif...else` 条件判断；
- `input()` 和类型转换；
- 代码块需要使用四个空格缩进。

## 三、为什么需要循环

如果要输出五次学习提醒，可以重复写五行：

```python
print("开始学习 Python")
print("开始学习 Python")
print("开始学习 Python")
print("开始学习 Python")
print("开始学习 Python")
```

这种写法存在明显问题：

- 重复代码很多；
- 修改文字时要修改多个位置；
- 执行次数较大时无法手工编写；
- 容易漏写或写错。

循环（Loop）可以让一段代码重复执行：

```python
for count in range(5):
    print("开始学习 Python")
```

循环的核心思想是：让计算机负责重复，人只需要描述重复规则。

## 四、`for` 循环

`for` 循环适合处理“已经知道重复次数”或“依次处理一组数据”的场景。

基本结构：

```python
for 循环变量 in 可迭代对象:
    重复执行的代码
```

第一次接触“可迭代对象”时，可以先把它理解为能够依次提供数据的对象。字符串、列表和 `range()` 都可以依次提供数据。

示例：

```python
for count in range(3):
    print("正在进行 Agent 学习打卡")
```

输出三次相同内容。

每次循环时，`range(3)` 会依次提供一个整数，并临时保存到循环变量 `count` 中。

## 五、认识 `range()`

`range()` 用于表示一个整数范围，经常与 `for` 配合。

### 5.1 `range(结束值)`

```python
for number in range(5):
    print(number)
```

输出：

```text
0
1
2
3
4
```

关键规则：从 `0` 开始，包含开始值，不包含结束值。

因此 `range(5)` 提供 5 个整数，但最后一个整数是 `4`。这种“不包含结束值”的规则在 Python 中非常常见。

### 5.2 `range(开始值, 结束值)`

```python
for day in range(1, 6):
    print(day)
```

输出 `1` 到 `5`。`6` 仍然不包含在范围中。

如果希望显示“第 1 次”到“第 5 次”，`range(1, 6)` 通常比 `range(5)` 更直观。

### 5.3 `range(开始值, 结束值, 步长)`

步长表示每次增加多少：

```python
for number in range(0, 11, 2):
    print(number)
```

输出：

```text
0
2
4
6
8
10
```

步长也可以是负数：

```python
for number in range(5, 0, -1):
    print(number)
```

输出从 `5` 到 `1`，可用于倒计时。

## 六、使用循环变量

循环变量会在每次循环时保存当前数据：

```python
for day in range(1, 4):
    print(f"第 {day} 天：完成 Python 学习")
```

输出：

```text
第 1 天：完成 Python 学习
第 2 天：完成 Python 学习
第 3 天：完成 Python 学习
```

循环变量应使用有意义的名称，例如 `day`、`task_number`，避免长期使用难以理解的 `a`、`x`。

## 七、遍历字符串

`for` 也能依次取得字符串中的每个字符：

```python
for character in "Agent":
    print(character)
```

输出：

```text
A
g
e
n
t
```

这种“从头到尾依次取出数据”的操作称为遍历（Traversal）。以后学习列表、字典和文件时，会经常使用遍历。

## 八、计数器

计数器（Counter）是用来记录次数的变量。

```python
completed_count = 0

for task_number in range(1, 6):
    completed_count += 1

print(f"已完成 {completed_count} 个任务")
```

执行过程：

1. 循环前把计数器初始化为 `0`；
2. 每次循环执行 `completed_count += 1`；
3. 循环五次后，计数器变为 `5`。

初始化必须写在循环外。如果写在循环内，每次都会重新变回 `0`。

## 九、累加器

累加器（Accumulator）用于把多次产生的数值汇总起来。

```python
total_hours = 0.0

for day in range(1, 6):
    daily_hours = float(input(f"请输入第 {day} 天的学习小时数："))
    total_hours += daily_hours

print(f"总学习时间：{total_hours} 小时")
```

`total_hours` 的变化过程可能是：

```text
初始值：0.0
第 1 天后：2.0
第 2 天后：3.5
第 3 天后：6.0
```

计数器通常每次增加固定值；累加器通常加入每次得到的实际数据。

## 十、循环与条件判断结合

循环中可以使用 `if`：

```python
passed_count = 0

for score in range(55, 101, 15):
    if score >= 60:
        passed_count += 1
        print(f"{score} 分：通过")
    else:
        print(f"{score} 分：未通过")

print(f"通过数量：{passed_count}")
```

注意缩进层级：

- `for` 内部缩进一级；
- `if` 内部再缩进一级；
- 回到循环外时取消全部循环缩进。

## 十一、`while` 循环

`while` 的中文含义是“当……时”。只要条件为 `True`，循环就会继续。

基本结构：

```python
while 条件:
    重复执行的代码
```

示例：

```python
current_day = 1

while current_day <= 3:
    print(f"完成第 {current_day} 天学习")
    current_day += 1
```

执行过程：

1. `current_day` 初始为 `1`；
2. 判断 `current_day <= 3`，成立则执行循环；
3. 输出后把 `current_day` 增加 `1`；
4. 回到条件处重新判断；
5. 当 `current_day` 变为 `4` 时，条件为 `False`，循环结束。

## 十二、`for` 和 `while` 如何选择

通常可以这样判断：

- 已知需要重复多少次：优先考虑 `for`；
- 不知道次数，只知道结束条件：优先考虑 `while`。

示例场景：

```text
依次处理 7 天学习记录 → for
重复询问密码直到输入正确 → while
输出 1 到 100 → for
余额大于 0 时继续扣费 → while
```

两者有时可以互相改写，但应选择更能表达业务意图的方式。

## 十三、避免死循环

死循环（Infinite Loop）是无法自然结束的循环。

错误示例：

```text
current_day = 1

while current_day <= 3:
    print(current_day)
```

循环中没有修改 `current_day`，条件会一直为 `True`，程序不断输出 `1`。

编写 `while` 时必须检查：

1. 条件中的变量是否会发生变化；
2. 变化方向是否会逐渐接近结束条件；
3. 是否存在明确的退出方式。

如果程序意外进入死循环，可以在终端中按 `Ctrl + C` 尝试停止。

## 十四、使用 `break` 提前结束循环

`break` 表示立即结束当前循环：

```python
while True:
    command = input("请输入命令，输入 exit 结束：")

    if command == "exit":
        break

    print(f"正在处理命令：{command}")

print("程序已结束")
```

`while True` 本身会无限循环，但遇到 `break` 后可以退出。只有存在清晰退出条件时，才应使用这种结构。

`break` 只结束它所在的最近一层循环，不会直接结束整个 Python 程序。

## 十五、使用 `continue` 跳过本次循环

`continue` 表示跳过本次循环剩余代码，直接开始下一次循环：

```python
for day in range(1, 6):
    if day == 3:
        continue

    print(f"记录第 {day} 天学习数据")
```

第 3 天不会输出，其他天正常输出。

可以把两者简单区分为：

- `break`：整个循环到此结束；
- `continue`：只跳过当前这一次，循环还会继续。

## 十六、嵌套循环初步认识

循环内部还可以包含循环：

```python
for week in range(1, 3):
    for day in range(1, 4):
        print(f"第 {week} 周，第 {day} 天")
```

外层循环每执行一次，内层循环都会完整执行三次，因此一共输出 `2 × 3 = 6` 行。

嵌套循环容易增加理解和运行成本。本课只要求看懂简单结构，练习不强制使用。

## 十七、运行本课示例

在 PowerShell 中执行：

```powershell
cd D:\Code\Python\01_python基础\1_6_循环
python loops.py
```

示例会演示：

- `range()` 的三种常见形式；
- 计数和累加；
- 循环结合条件判断；
- `while` 的变量更新；
- `break` 和 `continue`。

示例不需要用户输入，可以直接运行并对照注释观察结果。

## 十八、常见错误

### 18.1 忘记冒号

`for` 和 `while` 行末都必须使用英文冒号 `:`。

### 18.2 循环体没有缩进

属于循环的代码必须统一缩进四个空格。

### 18.3 `range()` 结束值理解错误

`range(1, 5)` 提供 `1、2、3、4`，不包含 `5`。

### 18.4 把计数器初始化写在循环内

这样每次循环都会重置，无法正确累计。

### 18.5 `while` 忘记更新条件变量

这很可能造成死循环。

### 18.6 混淆 `break` 与 `continue`

`break` 结束循环，`continue` 只跳过当前一次。

### 18.7 循环变量命名没有含义

优先使用 `day`、`task_number` 等名称，帮助读者理解当前遍历的数据。

## 十九、课堂练习

打开 `practice.py`，完成“Agent 学习打卡统计器”。程序需要收集连续多天的学习时长，统计总时长、有效学习天数和达标情况。

运行命令：

```powershell
python practice.py
```

建议先使用以下数据测试：

```text
计划打卡天数：5
第 1 天：2
第 2 天：0
第 3 天：1.5
第 4 天：-1
第 5 天：3
```

约定：

- `-1` 表示本次数据无效，使用 `continue` 跳过；
- `0` 是有效记录，但不算完成学习；
- 大于 `0` 算一个有效学习日；
- 累计学习时长达到 `5` 小时视为总目标达标。

使用上述数据时，预期总时长为 `6.5` 小时，有效学习日为 `3` 天，无效记录为 `1` 条，总目标达标。

## 二十、思考题

1. `range(5)` 会提供哪些整数？
2. 为什么 `range(1, 6)` 可以表示第 1 到第 5 次？
3. 计数器与累加器有什么区别？
4. 哪些场景更适合使用 `while`？
5. `break` 和 `continue` 有什么区别？
6. `while` 循环为什么容易出现死循环？
7. 循环中的 `if` 为什么通常会比循环多一级缩进？

## 二十一、本课小结

- 循环用于重复执行代码；
- `for` 适合已知次数或依次处理数据的场景；
- `range()` 包含开始值，不包含结束值；
- 计数器记录次数，累加器汇总数值；
- `while` 在条件为真时持续执行；
- `while` 中必须确保条件最终能够变为假；
- `break` 提前结束循环；
- `continue` 跳过当前一次循环；
- 循环可以与条件判断结合，实现更真实的业务逻辑。

## 二十二、验收标准

- [ ] 能使用 `for` 和 `range()` 重复执行代码；
- [ ] 能解释 `range()` 为什么不包含结束值；
- [ ] 能使用计数器和累加器；
- [ ] 能在循环中使用条件判断；
- [ ] 能编写可以正常结束的 `while` 循环；
- [ ] 能区分 `break` 和 `continue`；
- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
- [ ] 能使用建议数据得到正确统计结果；
- [ ] 能回答七道思考题。