使用Python编写游戏自动化脚本及自动办公04.While循环

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课前回顾

在上一节课，我们学习了for循环、列表和字符串的定义、语法和一些常用方法。

今天课程主要内容如下： 1、学习 while 条件循环，改进猜数字游戏。 2、学习循环嵌套，打印九九乘法表。

while循环

上堂课我们学习循环的时候讲到了Python的循环有两种形式，一种计数循环也就是学过的 for 循环，那么还有另一种条件循环，就是我们今天要学习的 while 循。

while 循环其实与 if 条件分支有些相似，它们语法结构都是关键字后面接条件表达式，当条件表达式为 True 时，就执行下方的代码块，它们都可以接 else。不同地方是，条件表达式为 True 时，if 只会执行一次，而 while 会执行完整个代码块之后，又会返回来继续判断条件表达式，一直循环反复。

来看看 while 循环的语法。

结合 while 语法来学习一下执行顺序：

示例讲解

前面的课程中我们了解到：循环就是让计算机程序周而复始地重复执行同样的步骤，并且使用 for 循环实现了1到100各整数相加的和，既然都是循环，for 循环能完成的事情，while 循环应该也是完成的吧，大家一起来尝试一下：

开始之前，首先来整理一下思路，while 循环和 for 循环不同，它没有确定的循环次数，需要一个表达式的计算结果来控制是否继续执行，那么要求和，我们先设定 总和 = 0， 加数为1，然后用 加数 + 总和 的值 再赋值给 总和，同时将 加数 +1，不断重复前面的动作，直到 加数 > 100 停止相加。

现在来将思路转换成代码：

总和 = 0
加数 = 1
while 加数 <= 100:
    总和 += 加数
    加数 += 1
print('1到100各数相加的和 = ', 总和)

# 运行结果
1到100各数相加的和 = 5050

大家有没有发现，虽然 while 循环和 for 循环都完成了1到100各整数相加的和，但是它们的逻辑处理是截然不同的。所以我们在以后遇到需要用循环来处理的时候，应该先思考一下，循环次数是不是明确的，或者是有明确的达成条件，根据问题情况来选择使用的具体的循环结构。

有些情况使用 for 循环或 while 循环差别不大。

例如：打印所有的水仙花数（一个三位数，其各位数字立方和等于该数本身）。因为需要解决的问题中有明确的计算区间（100 - 999），同样也很方便的用条件表达式来确定执行次数，来编码实现一下：

# # while 循环 计算水仙花数
num = 100
while num <= 999:
    i = num // 100 # 整除取百分位
    j = (num % 100) // 10
    k = num % 100 % 10
    if i ** 3 + j ** 3 + k ** 3 == i * 100 + j * 10 + k:
        print(num)
    num += 1


# # for 循环 计算水仙花数
for n in range(100, 1000):
    i = n // 100 # 整除取百分位
    j = (n % 100) // 10
    k = n % 10 # 比较 n % 100 % 10 区别
    if i ** 3 + j ** 3 + k ** 3 == i * 100 + j * 10 + k:
        print(n)

计算水仙花数使用 while 循环 或 for 循环感觉差不多，但有些情况还是有较大的区别。

比如在第二堂课中我们使用 if 条件分支编写了一个简单的猜数字游戏，但那是个一次性的游戏，可玩性太差了，我们想结合循环来改造一下，如果输入数字没有猜对，我们提示猜大了或猜小了，重复的执行输入、判断、输出，直到猜对了结束游戏。分析这个猜测过程中，几次能猜对是不确定的，但结束条件又非常的明确，所有这个时候 while 循环的优势就体现出来了。

结合 while 循环来一起升级一下猜数字游戏，让游戏变得有趣一些。改进的思路是随机设定谜底数字，如果输入的数字和谜底数字相等则打印 “大吉大利，今晚吃鸡”，否则重复输入数字继续和谜底数字进行比较。

来，上代码：

# 改进猜数字游戏
import random
谜底数字 = random.randint(0, 10)
输入的字符串 = input("设了个数字，来猜猜看:")
猜测数字 = int(输入的字符串)
while 猜测数字 != 谜底数字:
    if 猜测数字 > 谜底数字:
        print("不好意思，您猜大了")
    else:
        print("您猜的有点小")
    输入的字符串 = input("设了个数字，来猜猜看:")
    猜测数字 = int(输入的字符串)
    else: # 注意这里的 else 执行的条件和次数
        print("大吉大利，今晚吃鸡")

猜数字游戏加入循环之后，可玩性强了不少，说完猜数字游戏，我们来一起看看 while 循环一种特殊情况。

无限循环

while 循环是根据条件表达式的结果来判断是否执行循环体，大家设想有这么一种情况，如果while表达式永远为 True 会怎么样？

我们写个代码来试试看：

while 1 > 0: # 表达式永远为 True
    num = input("说点啥呗 :")
    print("你刚刚输入了: ", num)
    print("说够了，能停下来吗？")

执行上述代码你可以重复不断的输入内容，只要你电脑不死机，不断电，输入到天荒地老也停不下来，想要结束只能强行终止。

无限循环（有时候也称死循环）虽然很多时候看起来无用且耗费资源，但是在特定的程序中，无限循环又是必不可少的特性。例如网络服务器，负责网络收发的程序必须7×24小时待命，随时准备接收新的请求并分派给相关的进程，毕竟通常的网站是没有“打烊”一说的。再如游戏开发，通常也是放置一个死循环，只要游戏没结束，就会不断地接收用户的操作命令，并做出响应。

了解了无限循环，又改进了猜数字游戏，接下来我们尝试编写实现打印出九九乘法表，大家来思考一下，简单的用一个 for 循环或 while 循环能否实现呢？

我们没有用一个 for 循环 或 while循环 实现过九九乘法表，为什么呢？因为用循环嵌套简单的很，我们一起来学习一下吧。

循环嵌套

前面我们学习过 if 的嵌套，回想一下 if 嵌套是什么样子的？ 类似 if 的嵌套，循环嵌套就是在一个 for循环体或 while 循环体中嵌入另一个 for 循环或 while 循环体，多层循环体组合这称之为循环嵌套。

举个栗子，在电影院找座位号，需要知道第几排第几列才能准确找到自己的座位号，假如我们买了一张二排三列的座位，要找到座位，首先找到第二排，然后在第二排的基础上再找到第三列，这个寻找座位的过程就类似于循环嵌套。

循环嵌套执行流程图如下:

打印九九乘法表

学习了循环嵌套，我们一起来尝试使用循环嵌套打印出九九乘法表，九九乘法表在小学就已经学过了，两个乘数都是1到9之间，是不是两层循环就可以实现了呢？

赶紧写代码来实现一下：

for i in range(1, 10):
    for j in range(1, 10):
        print(f'{j} * {i} = {i * j}', end=' ')
    print()

# 输出结果
1 * 1 = 1 2 * 1 = 2 3 * 1 = 3 4 * 1 = 4 5 * 1 = 5 6 * 1 = 6 7 * 1 = 7 8 * 1
= 8 9 * 1 = 9
1 * 2 = 2 2 * 2 = 4 3 * 2 = 6 4 * 2 = 8 5 * 2 = 10 6 * 2 = 12 7 * 2 = 14 8 *
2 = 16 9 * 2 = 18
1 * 3 = 3 2 * 3 = 6 3 * 3 = 9 4 * 3 = 12 5 * 3 = 15 6 * 3 = 18 7 * 3 = 21 8
* 3 = 24 9 * 3 = 27
1 * 4 = 4 2 * 4 = 8 3 * 4 = 12 4 * 4 = 16 5 * 4 = 20 6 * 4 = 24 7 * 4 = 28 8
* 4 = 32 9 * 4 = 36
1 * 5 = 5 2 * 5 = 10 3 * 5 = 15 4 * 5 = 20 5 * 5 = 25 6 * 5 = 30 7 * 5 = 35
8 * 5 = 40 9 * 5 = 45
1 * 6 = 6 2 * 6 = 12 3 * 6 = 18 4 * 6 = 24 5 * 6 = 30 6 * 6 = 36 7 * 6 = 42
8 * 6 = 48 9 * 6 = 54
1 * 7 = 7 2 * 7 = 14 3 * 7 = 21 4 * 7 = 28 5 * 7 = 35 6 * 7 = 42 7 * 7 = 49
8 * 7 = 56 9 * 7 = 63
1 * 8 = 8 2 * 8 = 16 3 * 8 = 24 4 * 8 = 32 5 * 8 = 40 6 * 8 = 48 7 * 8 = 56
8 * 8 = 64 9 * 8 = 72
1 * 9 = 9 2 * 9 = 18 3 * 9 = 27 4 * 9 = 36 5 * 9 = 45 6 * 9 = 54 7 * 9 = 63
8 * 9 = 72 9 * 9 = 81

这个结果好像没有错，但又和小学学的不太一样，我们来看看我们以前学的九九乘法表的样子，如下图：

我们打印出来的结果有很多是重复的，该怎么去掉那些重复的呢？

我们需要更改一下第二层循环，把第二层循环的循环次数结合第一层循环来确定，看下面代码：

# 九九乘法表
for i in range(1, 10):
    for j in range(1, i + 1):
        print(f'{j} * {i} = {i * j}', end=' ')
    print()

搞定。

通过两层 for 循环嵌套很便捷的实现了九九乘法表的打印输出，打印出来的结果和样式都基本正确，不知道有没有同学发现，第三列和第四列的在对齐上有一点小的瑕疵，要想解决这个问题并不难，结合上堂课学过的字符串格式化很容易就能解决掉，实现思想就是指定乘法的结果整数的宽度和对齐方式。具体的用法可以参照下表:

^, <, > 分别是居中、左对齐、右对齐，后面带宽度， : 号后面带填充的字符，只能是一个字符，

不指定则默认是用空格填充。

+ 表示在正数前显示 +，负数前显示 -； （空格）表示在正数前加空格

b、d、o、x 分别是二进制、十进制、八进制、十六进制。

结合指定整数的宽度和对齐方式，很容易实现我们的对齐需求，来一起看看代码：

for i in range(1, 10):
    for j in range(1, i+1):
        print(f'{j} * {i} = {i * j:^2d}', end=' ')
    print()

改进猜数字游戏

在学习 while 循环的时候我们对第二堂课学过的猜数字进行了改进，使得可玩性有了提升，但是在真正的使用过程中会出现一些不符合程序预期的情况，比如说我们设定和希望是，输入的都是数字，可实际情况中玩家可能会输入字母或符号，那怎么办呢？这就需要我们对程序进一步的升级和改造，面对一些不符合预期的情况，可以给出提示，让程序继续的执行下去，而不是直接报错停止，也就是所谓提升程序的健壮性。

结合循环嵌套和字符串的使用，我们可以对猜数字游戏进行输入情况进行判断和提示，比如，我输入了字母而非数字，这个时候游戏应该提示：请输入正确的数字。

有了改进思路，赶紧一起来升级代码吧。

import random
谜底数字 = random.randint(0, 10)
输入的字符串 = input("设了个数字，来猜猜看:")
while not 输入的字符串.isdigit():
    输入的字符串 = input("您输入了非数字字符，请输入正确的数字：")
    else:
        猜测数字 = int(输入的字符串)

while 猜测数字 != 谜底数字:
    if 猜测数字 > 谜底数字:
        print("不好意思，您猜大了")
    else:
        print("您猜的有点小")

    输入的字符串 = input("设了个数字，来猜猜看:")

    while not 输入的字符串.isdigit():
        输入的字符串 = input("您输入了非数字字符，请输入正确的数字：")
    else:
        猜测数字 = int(输入的字符串)

else:
    print("大吉大利，今晚吃鸡")

猜数字游戏经过两次改进，游戏的可玩性和健壮性有了很大的提示。但是从开发编码的角度来查看代码，虽然代码总体量不大，其中却有着不少的重复代码，这些重复代码可以通过定义函数来解决。

在后续的课程内容中，我们会继续会学习，如何优化该游戏代码。

课程总结

本节课我们重点学习了 while 循环的用法，并带领大家使用 while 循环替代 for 循环计算 1 到 100的整数相加之和。接着又分别使用了 while 循环和 for 循环来计算水仙花数，帮助大家来理解两者的区别和联系。

猜数字游戏在 while 无限循环的使用下，可玩性提高了很多，并且通过循环嵌套，对输入的字符串进行判断和提示，减少了运行时崩溃的可能性，提高了程序的健壮性。

在打印九九乘法表的时候，我们使用双重 for 循环嵌套，方便又简单的实现了功能，那么留给大家一道思考题：如果用 while 循环双重嵌套打印九九乘法表，代码该怎么写呢？