第7章用户输入和 While 循环

学习目标

使用 input() 来让用户提供信息
处理文本和数的输入，使用while循环让程序按用户要求运行
多种控制while循环流程的方式
使用while循环在列表间移动元素，以及从列表中删除所有包含特定值的元素
while循环和字典的结合使用

input()函数的工作原理

input() 函数让程序暂停运行，等待用户输入一些文本。获取用户输入后，Python 将其赋给一个变量，以便使用。例如，下面的程序让用户输入一些文本，再将这些文本呈现给用户：

message = input("Tell me something, and I will repeat it back to you: ")
print(message)
>>>
Tell me something, and I will repeat it back to you: Hello Python!
Hello Python!

input() 函数接受一个参数，即要向用户显示的提示（prompt），让用户知道该输入什么样的信息。在这个示例中，当 Python 运行第一行代码时，用户将看到提示“Tell me something, and I will repeat it back to you:”。程序等待用户输入，并在用户按回车键后继续运行。用户的输入被赋给变量 message，接下来的 print(message) 将输入呈现给用户。

注意：有些文本编辑器不能运行提示用户输入的程序。你可使用这些文本编辑器编写提示用户输入的程序，但必须从终端运行它们。

7.1.1 编写清晰的提示

每当使用 input() 函数时，都应指定清晰易懂的提示，准确地指出希望用户提供什么样的信息——能指出用户应该输入什么信息的任何提示都行，如下所示：

name = input("Please enter your name: ")
print(f"\\\\nHello, {name}!")
>>>
Please enter your name: Eric
Hello, Eric!

通过在提示末尾（这里是冒号后面）添加一个空格，可将提示与用户输入分开，让用户清楚地知道其输入始于何处。

有时候，提示可能超过一行。

例如，你可能需要指出获取特定输入的原因。在这种情况下，可先将提示赋给一个变量，再将这个变量传递给input() 函数。这样，即便提示超过一行，input() 语句也会非常清晰。

prompt = "If you share your name, we can personalize the messages you see."
prompt += "\\\\nWhat is your first name? "
name = input(prompt)
print(f"\\\\nHello, {name}!")
>>>
If you share your name, we can personalize the messages you see.
What is your first name? Eric

Hello, Eric!

这个示例演示了一种创建多行字符串的方式。第一行将消息的前半部分赋给变量 prompt。在第二行中，运算符 += 在赋给变量 prompt 的字符串末尾追加一个字符串。最终的提示占两行，且问号后面有一个空格，这也是为了使其更加清晰。

7.1.2 使用 int() 来获取数值输入

在使用 input() 函数时，Python 会将用户输入解读为字符串。请看下面让用户输入年龄的解释器会话：

>>> age = input("How old are you? ")
How old are you? 21
>>> age
'21'

用户输入的是数 21，但当我们请求 Python 提供变量 age 的值时，它返回的是 '21'——用户输入数值的字符串表示。我们怎么知道 Python 将输入解读成了字符串呢？因为这个数是用引号引起来的。如果只想打印输入，这一点⼉问题都没有；但如果试图将输入作为数来使用，就会引发错误：

>>> age = input("How old are you? ")
How old are you? 21
>>> age >= 18
Traceback (most recent call last):
	File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: '>=' not supported between instances of 'str' and 'int'

当试图将该输入用于数值比较时，Python 会报错，因为它无法将字符串和整数进行比较：不能将赋给 age 的字符串'21'与数值18进行比较。为了解决这个问题，可使用函数 int()将输入的字符串转换为数值，确保能够成功地执行比较操作：

>>> age = input("How old are you? ")
How old are you? 21
>>> age = int(age)
>>> age >= 18
True

在这个示例中，当用户根据提示输入21后，Python 将这个数解读为字符串，但随后int()将这个字符串转换成了数值表示。这样 Python 就能运行条件测试了：将变量 age（它现在表示的是数值21）同18进行比较，看它是否大于或等于18。测试结果为 True。

如何在实际程序中使用 int()函数呢？请看下面的程序，它判断一个人是否满足坐过⼭车的⾝高要求1：

height = input("How tall are you, in inches? ")
height = int(height)
if height >= 48:
		print("\\\\nYou're tall enough to ride!")
else:
		print("\\\\nYou'll be able to ride when you're a little older.")
>>>
How tall are you, in inches? 71
You're tall enough to ride!

在这个程序中，为何可以将height与48进行比较呢？因为在比较前，height = int(height)将输入转换成了数值表示。如果输入的数大于或等于48，就指出用户满足⾝高条件。

在将数值输入用于计算和比较前，务必将其转换为数值表示。

7.1.3 求模运算符

在处理数值信息时，求模运算符（%）是个很有用的工具，它将两个数相除并返回余数：

>>> 4 % 3
1
>>> 5 % 3
2
>>> 6 % 3
0
>>> 7 % 3
1

求模运算符不会指出一个数是另一个数的多少倍，只指出余数是多少。

如果一个数可被另一个数整除，余数就为0，因此求模运算将返回0。可利用这一点来判断一个数是奇数还是偶数：

number = input("Enter a number, and I'll tell you if it's even or odd: ")
number = int(number)
if number % 2 == 0:
		print(f"\\\\nThe number {number} is even.")
else:
		print(f"\\\\nThe number {number} is odd.")
>>>
Enter a number, and I'll tell you if it's even or odd: 42
The number 42 is even.

偶数都能被 2 整除。如果对一个数和 2 执行求模运算的结果为 0，即number % 2 == 0，那么这个数就是偶数；否则是奇数。

7.2 While 循环简介

for 循环用于针对集合中的每个元素执行一个代码块，而 while 循环则不断地运行，直到指定的条件不再满足为止。

使用 while 循环

可以使用 while 循环来数数。例如，while 循环从 1 数到 5：只要满足条件 current_number <= 5，Python 就持续运行这个循环。

1 小于 5，所以 Python 打印 1 并将 current_number 加 1，使其为 2；因为 2 小于 5，所以 Python 打印 2 并将 current_number 加 1，使其为3；依此类推。一旦current_number 大于 5，循环就将停止，整个程序也将结束。

你每天使用的程序大多包含 while 循环。例如，游戏使用 while 循环，确保在玩家想玩时不断运行，并在玩家想退出时结束运行。如果程序在用户没有让它停止时结束运行，或者在用户要退出时继续运行，那就太没意思了。因此，while 循环很有用。

让用户选择何时退出

可以使用 while 循环让程序在用户愿意时不断地运行，如下面的程序所示。我们在其中定义了一个退出值，只要用户输入的不是这个值，程序就将一直运行：

Python 在首次执行 while 语句时，需要将 message 的值与 'quit' 进行比较，但此时用户还没有输入。如果没有可供比较的东西，Python 将无法继续运行程序。为解决这个问题，必须给变量 message 指定初始值。虽然这个初始值只是一个空字符串，但符合要求，能够让 Python 执行 while 循环所需的比较。只要。

当首次遇到这个循环时，message 是一个空字符串，因此 Python 进入这个循环。在执行到代码行 message = input(prompt) 时，Python 显示提示消息，并等待用户输入。不管用户输入是什么，都会被赋给变量message 并打印出来。

接下来，Python 重新检查 while 语句中的条件。只要用户输入的不是单词 'quit'，也就是 message 的值不是 'quit'，这个循环就会不断运行。Python 会再次显示提示消息并等待用户输入。等到用户终于输入'quit'后，Python 停止执行 while 循环，整个程序也到此结束。

这个程序很好，唯一美中不足的是，它将单词'quit'也作为一条消息打印了出来。为了修复这种问题，只需要使用一个简单的 if 测试：

prompt = "\nTell me something, and I will repeat it back to you:"
prompt += "\nEnter 'quit' to end the program. "
message = ""
while message != 'quit':
		message = input(prompt)

		if message != 'quit':
				print(message)
>>>
Tell me something, and I will repeat it back to you: Enter 'quit' to end the program. Hello everyone!
Hello everyone!
Tell me something, and I will repeat it back to you: Enter 'quit' to end the program. Hello again.
Hello again.
Tell me something, and I will repeat it back to you: Enter 'quit' to end the program. quit

现在，程序在显示消息前将做简单的检查，仅在消息不是退出值时才打印它。

使用标志

在上一个示例中，我们让程序在满足指定条件时执行特定的任务。但在更复杂的程序中，有很多不同的事件会导致程序停止运行。在这种情况下，该怎么办呢？

例如，有多种事件可能导致游戏结束，如玩家失去所有⻜船、时间已用完，或者要保护的城市被摧毁。

当导致程序结束的事件有很多时，如果在一条 while 语句中检查所有这些条件，将既复杂⼜困难。

在要求满足很多条件才继续运行的程序中，可定义一个变量，用于判断整个程序是否处于活动状态。这个变量称为标志（flag），充当程序的交通信号灯。可以让程序在标志为 True 时继续运行，并在任何事件导致标志的值为 False 时让程序停止运行。这样，在 while 语句中就只需检查一个条件：标志的当前值是否为 True。然后将所有测试（是否发生了应将标志设置为 False 的事件）都放在其他地方，从而让程序更整洁。

下面在 7.2.2 节的程序 parrot.py 中添加一个标志。我们把这个标志命名为 active（可以给它指定任何名称），用于判断程序是否应继续运行：

将变量 active 设置为 True，让程序最初处于活动状态。这样做简化了 while 语句，因为不需要在其中做任何比较——相关的逻辑由程序的其他部分处理。只要变量 active 为 True，循环就将一直运行。在 while 循环中，在用户输入后使用一条 if 语句检查变量 message 的值。如果用户输入的是 'quit'，就将变量 active 设置为 False，这将导致 while 循环不再继续执行。如果用户输入的不是 'quit'，就将输入作为一条消息打印出来。

这个程序的输出与上一个示例相同。上一个示例将条件测试直接放在了while 语句中，而这个程序则使用一个标志来指出程序是否处于活动状态。这样，添加测试（如 elif 语句）以检查是否发生了其他导致 active 变为 False 的事件，就会很容易。在复杂的程序（比如有很多事件会导致程序停止运行的游戏）中，标志很有用：在任意一个事件导致活动标志变成 False 时，主游戏循环将退出。此时可显示一条游戏结束的消息，并让用户选择是否要重玩。

使用 break 退出循环

如果不管条件测试的结果如何，想⽴即退出 while 循环，不再运行循环中余下的代码，可使用 break 语句。break 语句用于控制程序流程，可用来控制哪些代码行将执行、哪些代码行不执行，从而让程序按你的要求执行你要执行的代码。
例如，来看一个让用户指出他到过哪些地方的程序。在这个程序中，可在用户输入'quit'后使用 break 语句立即退出 while 循环：

prompt = "\nPlease enter the name of a city you have visited:"
prompt += "\n(Enter 'quit' when you are finished.) "
while True:
		city = input(prompt)
		if city == 'quit':
				break
		else:
				print(f"I'd love to go to {city.title()}!")
>>>
Please enter the name of a city you have visited: (Enter 'quit' when you are finished.) New York
I'd love to go to New York!
Please enter the name of a city you have visited: (Enter 'quit' when you are finished.) San Francisco
I'd love to go to San Francisco!
Please enter the name of a city you have visited: (Enter 'quit' when you are finished.) quit

以 while True 打头的循环将不断运行，直到遇到 break 语句。这个程序中的循环不断地让用户输入他到过的城市的名字，直到用户输入'quit'为止。在用户输入'quit'后，将执行 break 语句，导致Python 退出循环。

注意：在所有 Python 循环中都可使用 break 语句。例如，可使用 break 语句来退出遍历列表或字典的 for 循环。

在循环中使用 continue

要返回循环开头，并根据条件测试的结果决定是否继续执行循环，可使用continue 语句，它不像 break 语句那样不再执行余下的代码并退出整个循环。例如，来看一个从1数到10，只打印其中奇数的循环：

current_number = 0 # 将 current_number 设置为0，由于它<10，进入 while循环。
while current_number < 10:
		current_number += 1
		if current_number % 2 == 0:
				continue

		print(current_number)
>>>
1
3
5
7
9

进入循环后，以步长为1的方式往上数，因此current_number为1。接下来，if 语句检查 current_number 与 2 的求模运算结果。如果结果为0（意味着 current_number 可被 2 整除），就执行 continue 语句，让 Python 忽略余下的代码，并返回循环的开头。如果当前的数不能被 2 整除，就执行循环中余下的代码，将这个数打印出来。

避免无限循环

每个while循环都必须有结束运行的途径，这样才不会没完没了地执行下去。例如，下面的循环从1数到5：

x = 1
while x <= 5:
		print(x)
		x += 1

如果像下面这样不小心遗漏了代码行x += 1，这个循环将没完没了地运行：

x = 1
while x <= 5:
		print(x)
>>>
1
1
1
1
--snip--

在这里，x 的初始值为 1，但根本不会变。因此条件测试 x <= 5 始终为 True，导致 while 循环没完没了地打印 1。

每个程序员都会偶尔不小心地编写出无限循环，在循环的退出条件比较微妙时尤其如此。如果程序陷入无限循环，既可按 Ctrl + C，也可关闭显示程序输出的终端窗口。

要避免编写无限循环，务必对每个 while 循环进行测试，确保它们按预期那样结束。如果希望程序在用户输入特定值时结束，可运行程序并输入该值。如果程序在这种情况下没有结束，请检查程序处理这个值的方式，确认程序至少有一个地方导致循环条件为 False 或导致 break 语句得以执行。

注意：与众多其他的编辑器一样，VS Code 也在内嵌的终端窗口中显示输出。要结束无限循环，可在输出区域中单击⿏标，再按 Ctrl + C。

7.3 使用 while 循环处理列表和字典

到目前为止，我们每次都只处理了一项用户信息：获取用户的输入，再将输入打印出来或做出响应；循环再次运行时，获取另一个输入值并做出响应。然而，要记录大量的用户和信息，需要在 while 循环中使用列表和字典。

for 循环是一种遍历列表的有效方式，但不应该在 for 循环中修改列表，否则将导致 Python 难以跟踪其中的元素。要在遍历列表的同时修改它，可使用 while 循环。通过将 while 循环与列表和字典结合起来使用，可收集、存储并组织大量的输入，供以后查看和使用。

在列表之间移动元素

假设有一个列表包含新注册但还未验证的⽹站用户。验证这些用户后，如何将他们移到已验证用户列表中呢？一种办法是使用一个 while 循环，在验证用户的同时将其从未验证用户列表中提取出来，再将其加入已验证用户列表。代码可能类似于下面这样：

unconfirmed_users = ['alice', 'brian', 'candace']
confirmed_users = []
while unconfirmed_users:
		current_user = unconfirmed_users.pop()

		print(f"Verifying user: {current_user.title()}")
		confirmed_users.append(current_user)

print("\nThe following users have been confirmed:")
for confirmed_user in confirmed_users:
		print(confirmed_user.title())
>>>
Verifying user: Candace
Verifying user: Brian
Verifying user: Alice

The following users have been confirmed:
Candace
Brian
Alice

首先，创建一个待验证用户列表，其中包含用户 Alice、Brian 和 Candace，以及一个用于存储已验证用户的空列表。验证每个用户，直到没有未验证用户为止，将每个经过验证的用户都移到已验证用户列表中，while 循环将不断地运行，直到列表unconfirmed_users 变成空的。在这个循环中，方法 pop() 每次从列表 unconfirmed_users 末尾删除一个未验证的用户。由于 Candace 位于列表 unconfirmed_users 末尾，其名字将首先被删除、赋给变量 current_user 并加入列表confirmed_users。接下来是 Brian，然后是 Alice。为了模拟用户验证过程，我们打印一条验证消息并将用户加入已验证用户列表。未验证用户列表越来越短，而已验证用户列表越来越长。未验证用户列表为空后结束循环，再打印已验证用户列表。

删除为特定值的所有列表元素

在第 3 章中，我们使用 remove() 函数来删除列表中的特定值。这之所以可行，是因为要删除的值在列表中只出现了一次。如果要删除列表中所有为特定值的元素，该怎么办呢？

假设有一个宠物列表，其中包含多个值为 'cat' 的元素。要删除所有这些元素，可不断运行一个 while 循环，直到列表中不再包含值 'cat'，如下所示：

pets = ['dog', 'cat', 'dog', 'goldfish', 'cat', 'rabbit', 'cat']
print(pets)

while 'cat' in pets:
		pets.remove('cat')

print(pets)
>>>
['dog', 'cat', 'dog', 'goldfish', 'cat', 'rabbit', 'cat']
['dog', 'dog', 'goldfish', 'rabbit']

首先创建一个列表，其中包含多个值为 'cat' 的元素。打印这个列表后， Python 进入 while 循环，因为它发现'cat' 在列表中至少出现了一次。进入这个循环后，Python删除第一个 'cat' 并返回 while 代码行，然后发现 'cat' 还在列表中，因此再次进入循环。它不断删除 'cat'，直到在列表中不再包含这个值，然后退出循环并再次打印列表。

使用用户输入填充字典

用 while 循环提示用户输入任意多的信息。

创建一个调查程序，其中的循环在每次执行时都提示输入被调查者的名字和回答。我们将收集到的数据存储在一个字典中，以便将回答与被调查者关联起来：

设置一个标志，指出调查是否继续，提示输入被调查者的名字和回答，将回答存储在字典中，看看是否还有人要参与调查，调查结束，显示结果

responses = {}
polling_active = True

while polling_active:
		name = input("\nWhat is your name? ")
		response = input("Which mountain would you like to climb someday? ")
		responses[name] = response
		repeat = input("Would you like to let another person respond? (yes/no) ")
		if repeat == 'no':
				polling_active = False
print("\n--- Poll Results ---")
for name, response in responses.items():
		print(f"{name} would like to climb {response}.")
>>>
What is your name? Eric
Which mountain would you like to climb someday? Denali
Would you like to let another person respond? (yes/no) yes
What is your name? Lynn
Which mountain would you like to climb someday? Devil's Thumb
Would you like to let another person respond? (yes/no) no

--- Poll Results ---
Eric would like to climb Denali.
Lynn would like to climb Devil's Thumb.

这个程序首先定义了一个空字典（responses），并设置了一个标志（polling_active）用于指出调查是否继续。只要 polling_active为 True，Python 就运行 while 循环中的代码。在这个循环中，首先提示用户输入名字以及喜欢爬哪座⼭。然后将这些信息存储在字典 responses 中，并询问用户调查是否继续。如果用户输入 yes，程序将再次进入 while 循环；如果用户输入 no，标志 polling_active 将被设置为 False，while 循环就此结束。最后一个代码块显示调查结果。