Python条件语句详解：if、else、switch都有了
导读：条件语句是指根据条件表达式的不同计算结果，使程序流转至不同的代码块。Python中的条件语句有——if语句、if… else…语句。
作者：黄传禄 张克强 赵越
来源：华章科技
01 if条件语句
if语句用于检测某个条件是否成立。如果成立，则执行if语句内的程序；否则，跳过if语句，执行后面的内容。if语句的格式如下。
if(表达式):
语句1
else:
语句2
if语句的执行过程如下：如果表达式的布尔值为真，则执行语句1；否则，执行语句2。其中的else子句可以省略，表达式两侧的括号也可以省略。
在讲解if语句之前，先介绍一下Python中的控制台输入函数。在C语言中，使用scanf()和getchar()捕获用户输入，而JAVA语言的System.in包提供了控制台输入的方法。Python也提供了类似功能的函数——input()，用于捕获用户的原始输入并将其转为字符串。input()函数的声明如下。
input([prompt]) -> string
参数prompt是控制台中对于输入的提示文字，提示用户输入，返回值为字符串。如果输入的是数字，返回的还是字符串，那么使用前需要调用int()做一下字符串和数字类型的转换。下面这段代码说明了字符串和数字类型的转换。
x = input("x:")
x = int(x)
x = x + 1
如果不调用int()把字符串转换为数字，而直接计算表达式x = x + 1，将提示如下错误。
TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly
下面这段代码演示了if语句的执行流程。
1# 执行if语句内的程序
2a = input("a:")
3a = int(a)
4b = input("b:")
5b = int(b)
6if(a > b):
7 print (a, " > ", b)
【代码说明】
- 第2行代码定义了变量a。
- 第3行将用户输入的a转换为int类型。
- 第4行代码定义了变量b。
- 第5行将用户输入的b转换为int类型。
- 第6行代码判断变量a、b的大小。
- 对于第7行代码，假设a=2、b=1，输出结果：2>1。
如果不满足if语句内的条件，程序将跳过if语句，执行后面的内容。
1# 跳过if语句
2a = input("a:")
3a = int(a)
4b = input("b:")
5b = int(b)
6if(a > b):
7 print (a, " > ", b)
8print (a, " < ", b)
【代码说明】
- 假设a=1、b=2，第6行代码中变量a的值小于变量b的值，因此，程序跳转执行第8行代码。
- 第8行代码输出结果：1<2。
【例3-1】把上面的代码改写成if… else…结构。
【例3-1.py】
1# if… else…语句
2a = input("a:")
3a = int(a)
4b = input("b:")
5b = int(b)
6if(a > b):
7 print (a, " > ", b)
8else:
9 print (a, " < ", b)
【代码说明】
- 假设a=1、b=2，第6行代码中变量a的值小于变量b的值。因此，程序跳转到else子句。
- 第9行代码输出结果：1<2。
注意：else子句后需要加一个冒号，使Python解释器能识别出else子句对应的代码块。Java程序员可能会不习惯这种语法，往往会忽略else子句后的冒号。在Python 2中还可用raw_input()函数接收用户输入，其功能与Python 3的input()相同。而Python 2中的input()接收的值不转换为字符串类型，而是保留原始类型，它在Python 3中已经去除。
02 if…elif…else判断语句
if…elif…else语句是对if…else…语句的补充。当程序的条件分支很多时，可以使用这种语句。if…elif…else语句相当于C、Java中的if…elseif…else语句。该语句的格式如下。
if(表达式1): 语句1
elif(表达式2): 语句2
…
elif(表达式n): 语句n
else: 语句m
if…elif…else语句的执行过程：首先判断表达式1的值是否为真。如果为真，则执行语句1。否则，程序流转到elif子句，判断表达式2的值是否为真。如果表达式2的值为真，则执行语句2。否则，程序进入下面一个elif子句，以此类推。如果所有的表达式都不成立，则程序执行else子句的代码。其中的else子句可以省略，表达式两侧的括号也可以省略。
下面【例3-2】中的这段代码通过判断学生的分数，确定学生成绩的等级。
【例3-2.py】
1# if elif else语句
2score = float( input("score:")) # 接收用户输入并将其转换为float类型，当输入为小数时，使用int转换会报错
3if 90 <= score <= 100:
4 print("A")
5elif 80 <= score < 90:
6 print("B")
7elif 60 <= score < 80:
8 print("C")
9else:
10 print("D")
【代码说明】
- 第2行代码定义了一个变量score，假设输入的值为70。这个变量表示学生的分数。接收用户输入并将其转换为float类型。
- 第3行代码，分数大于等于90并且小于等于100，则等级评定为“A”。
- 第5行代码，分数大于等于80并且小于90，则等级评定为“B”。
- 第7行代码，分数大于等于60并且小于80，则等级评定为“C”。此时条件表达式成立，程序流转到第8行。输出结果为C。
- 第9行代码，当前面的条件表达式都不成立时，程序流转到else子句。
03 if语句也可以嵌套
if语句的嵌套是指if语句中可以包含一个或多个if语句。嵌套的格式如下所示。
if(表达式1):
if(表达式2): 语句1
elif(表达式3): 语句2
…
else: 语句3
elif(表达式n):
…
else:
…
下面【例3-3】中的这段代码是一个嵌套的条件语句。如果x的值大于0，则y的值等于1；如果x的值等于0，则y的值等于0；如果x的值小于0，则y的值等于-1。
【例3-3.py】
1x = -1
2y = 99
3if(x >= 0):
4 if(x > 0):#嵌套的if语句
5 y = 1
6 else:
7 y = 0
8else:
9 y = -1
10print ("y =", y)
【代码说明】
- 第2行代码定义了一个变量y。为了不和最终可能的输出结果1、0、-1重复，设置y的初始值为99。
- 第3行代码判断变量x的值。如果x大于等于0，则执行下面嵌套的if语句。
- 第4行代码，判读x的值是否大于0。如果大于0，则执行第5行代码；否则，执行第7行代码。
- 第8行代码，如果变量x的值小于0，则执行第9行代码。
- 第9行代码，由于变量x的值为-1，因此y的值等于-1。
- 第10行代码的输出结果为-1。
嵌套语句可以组合出很多写法，但是要注意把所有的分支情况都考虑到。下面的这种写法是错误的。
1# 错误的嵌套语句
2x = -1
3y = 99
4if(x != 0): # 如果x不等于0
5 if(x > 0): #嵌套的if语句
6 y = 1
7else:
8 y = 0
9print ("y =", y)
【代码说明】
- 第4行代码判断变量x的值是否等于0。如果不等于0，则执行if语句下面的代码块；否则执行else子句的代码。由于x的值等于-1，程序流转到第5行。
- 第5行代码判断变量x的值是否大于0。如果大于0，则变量y的值设置为1。由于这里没有考虑到变量x小于0的情况，所以程序直接跳转到第9行。
- 第9行代码，变量y的值并没有被改变，程序的分支结构没有考虑到x小于0的情况，所以最终输出的不是期望中的结果。输出结果为99。
注意：编写条件语句时，应该尽可能避免使用嵌套语句。嵌套语句不便于阅读，而且可能会忽略一些可能性。
04 switch语句的替代方案
switch语句用于编写多分支结构的程序，类似于if…elif…else语句。C语言中switch语句的结构如下所示。
switch(表达式) {
case 常量表达式1: 语句1
case 常量表达式2: 语句2
…
case 常量表达式n: 语句n
default: 语句m
}
switch语句表示的分支结构比if…elif…else语句更清晰，代码可读性更高，但是Python并没有提供switch语句，而是可以通过字典实现switch语句的功能。
实现方法分为两步。首先，定义一个字典。字典是由键值对组成的集合。其次，调用字典的get()获取相应的表达式。
下面【例3-4】中的这段代码通过算术运算的符号，获取算术运算表达式。
【例3-4.py】
1# 使用字典实现switch语句
2from __future__ import division# 导入division模块
3x = 1
4y = 2
5operator = "/"
6result = { # 定义字典
7"+" : x + y,
8"-" : x - y,
9"*" : x * y,
10"/" : x / y
11}
12print (result.get(operator))
【代码说明】
- 第3、4行代码定义了两个操作数x、y。
- 第5行代码定义了操作符变量operator，该变量用于存放算术运算符。
- 第6行代码定义了一个字典result。该字典的key值由“+”“-”“*”“/”四则运算符组成。value值由对应的算术表达式组成。
- 第12行代码调用get()方法，get()的参数就是变量operator的值。由于operator的值为“/”，因此将执行除法运算。输出结果为0.5。
另一种使用switch分支语句的方案是创建一个switch类，处理程序的流转。这种实现方法比较复杂，涉及面向对象、for循环、中断语句、遍历等知识，实现步骤分为4步。
- 创建一个switch类，该类继承自Python的祖先类object。调用构造函数__init__()初始化需要匹配的字符串，并定义两个成员变量value和fall。value用于存放需要匹配的字符串。fall用于记录是否匹配成功，初始值为False，表示匹配不成功。如果匹配成功，程序向后执行。
- 定义一个match()方法，该方法用于匹配case子句。这里需要考虑3种情况。首先是匹配成功的情况，其次是匹配失败的默认case子句，最后是case子句中没有使用break中断的情况。
- 重写__iter__()方法，定义了该方法后才能使switch类用于循环语句中。__iter__()调用match()方法进行匹配，通过yield关键字，使函数可以在循环中迭代。此外，调用异常StopIteration中断循环。Python中的循环都是通过异常StopIteration中断的。这样switch类就构造完成了。
- 编写调用代码，在for…in…循环中使用switch类。
下面【例3-5】中的这段代码实现了switch语句的功能。
【例3-5.py】
1class switch(object):# 定义switch类
2 def __init__(self, value):# 初始化需要匹配的值value
3 self.value = value
4 self.fall = False # 如果匹配到的case语句中没有break，则fall为True
5
6 def __iter__(self):# 定义__iter__()方法
7 yield self.match # 调用match方法 返回一个生成器
8 raise StopIteration# 用StopIteration 异常来判断for循环是否结束
9
10 def match(self, *args): # 模拟case子句的方法
11 if self.fall or not args: # 如果fall为True，则继续执行下面的case子句
12 # 或case子句没有匹配项，则流转到默认分支
13 return True
14 elif self.value in args: # 匹配成功
15 self.fall = True
16 return True
17 else: # 匹配失败
18 return False
19
20operator = "+"
21x = 1
22y = 2
23for case in switch(operator): # switch只能用于for... in...循环中
24 if case('+'):
25 print (x + y)
26 break
27 if case('-'):
28 print (x - y)
29 break
30 if case('*'):
31 print (x * y)
32 break
33 if case('/'):
34 print (x / y)
35 break
36 if case(): # 默认分支
37 print ""
【代码说明】
- 第1行到第18行代码定义了switch类，定义了__init__()、__iter__()、match()方法。
- 第23行代码在for…in…循环中调用switch类，变量operator作为switch类的参数传递给构造函数。变量operator的值等于“+”，程序流转到第24行。
- 第25行代码输出x + y的结果。输出结果为3。
- 第26行代码使用break语句中断switch分支结构，程序流转到文件的末尾。
注意：switch语句会造成代码不易维护，使源文件臃肿。面向对象的设计中常常对switch语句进行重构，把switch语句分解为若干个类。当然，对于分支流程简单的switch，可以使用字典来实现。使用字典更容易管理switch，而switch类回到了C、Java的老路上，而且写法更复杂了，不值得推荐。
关于作者：黄传禄，高级讲师、管理软件开发工程师、数据库库系统工程师、信息系统管理工程师。有10多年的一线教学经验和高端培训经验，出版多部技术专著，获得多个软件著作权。
本文摘编自《零基础学Python》（第2版），经出版方授权发布。
