7.4.1 Цикл while

Цикл while

Как уже было сказано в предыдущем уроке, существуют две основные разновидности цикла:

• циклы, повторяющиеся определенное количество раз (for, счетные циклы, counting loops);
• циклы, повторяющиеся до наступления определенного события (while, условные циклы, conditional loops)

Мы уже рассмотрели работу цикла for, который является счетным циклом. Цикл for замечательно работает, если мы заранее знаем, сколько повторений (итераций) нам потребуется сделать. Но иногда нужно, чтобы цикл выполнялся до наступления некоторого события, и количество итераций в этом случае заранее оценить просто невозможно. И здесь на помощь приходит цикл while.

Структура цикла while в Python выглядит так:

while условие:
    блок кода

Двоеточие (:) в конце строки с инструкцией while сообщает Python, что дальше находится блок команд. В блок входят все строки, расположенные с отступом от строки с инструкцией while, вплоть до следующей строки без отступа.

Блок команд, который выполняется в цикле while, называется телом цикла.

Рассмотрим код, использующий цикл while, который распечатает $10$ раз слово Привет:

i = 0
while i < 10:
    print('Привет')
    i += 1

Такой код можно легко заменить циклом for, поскольку мы заранее знаем, сколько раз нужно выполнить тело цикла. Однако так бывает не всегда.

Напишем программу, которая считывает числа и выводит их квадраты, пока не будет введено $-1$. При такой постановке задачи мы не можем воспользоваться циклом for, так как не знаем, сколько чисел будет предшествовать числу $-1$.

num = int(input())
while num != -1:
    print('Квадрат вашего числа равен:', num * num)
    num = int(input())

В качестве начального значения переменной num, мы используем первое из чисел. Далее, пока выполняется условие цикла, а именно пока введенное число не равно $-1$, мы исполняем тело цикла. В тело цикла входит две команды:

1. напечатать квадрат введенного числа;
2. считать следующее число. 

Важным являются два момента:

1. правильная инициализация переменной num;
2. изменение переменной num внутри цикла while.

Важно: если не изменять переменную num внутри цикла, то можно получить так называемый бесконечный цикл, который будет выполняться бесконечно много раз.

Цикл while очень похож на условный оператор if. Разница заключается в том, что в случае с условным оператором соответствующий блок кода будет выполняться только один раз, тогда как с циклом while блок кода будет выполнен многократно.

Цикл for VS цикл while

Мы всегда можем заменить цикл for с помощью цикла while. Следующие две программы выводят числа от $0$ до $100$:

# используем for
for i in range(101):
    print(i)

# используем while
i = 0
while i < 101:
    print(i)
    i += 1

В первом цикле переменная i последовательно принимает значения от $0$ до $100$. Для цикла while нам пришлось завести самостоятельно переменную i и придать ей начальное значение. Тело цикла while содержит аналогичную инструкцию вывода print(i), однако помимо этого мы самостоятельно увеличиваем значение переменной i на $1$, что делается автоматически в случае с циклом for.

Напишем программу, выводящую все числа, кратные $3$, используя цикл for и while:

# используем for
for i in range(0, 100, 3):
    print(i)

# используем while
i = 0
while i < 100:
    print(i)
    i += 3

Не всегда, однако, удается заменить цикл while с помощью цикла for. Если заранее не известно количество итераций, то необходимо использовать цикл while и только его.

Считывание данных до стоп значения

Часто при решении задач на цикл while мы считываем данные до тех пор, пока пользователь не введет некоторое значение, которое называют стоп значением. Напишем программу, которая считывает числа и находит их сумму до тех пор, пока пользователь не введет слово stop:

text = input()
total = 0
while text != 'stop':
    total += int(text)
    text = input()

print('Сумма чисел равна', total)

Такой код будет часто использоваться при решении задач.

Бесконечный цикл

Всегда кроме редких случаев цикл while должен содержать возможность завершиться. То есть в цикле что-то должно сделать проверяемое условие ложным. Если цикл не имеет возможности завершиться, то он называется бесконечным циклом. Бесконечный цикл продолжает повторяться до тех пор, пока программа не будет прервана. Бесконечные циклы обычно появляются, когда программист забывает написать программный код внутри цикла, который делает проверяемое условие ложным. В большинстве случаев следует избегать применения бесконечных циклов.

Пример бесконечного цикла:

i = 0
total = 0
while i < 10:
    total += i

Так как в теле цикла не происходит изменения переменной i, то условие i < 10 остается истинным и цикл выполняется бесконечно много раз.

Бесконечные циклы можно использовать в связке с оператором прерывания break. Об этом будет рассказано в следующих уроках.

Примечания

Примечание 1. Цикл while получил свое название из-за характера своей работы: он выполняет некую задачу до тех пор, пока условие является истинным. Слово while на английском означает как раз "пока".

Примечание 2. Цикл while называют циклом с предусловием, поскольку выполнению тела цикла предшествует проверка условия (сначала проверяется условие, а уже затем выполняется тело цикла).

Примечание 3. Однократное выполнение тела цикла называется итерацией цикла.

Примечание 4. Цикл while может не выполниться ни одного раза. Например, следующий код:

i = -1
while i > 0:
    print('Hello world!')

не выведет текст, поскольку условие i > 0 ложно с самого начала.

Примечание 5. Графическое представление цикла while имеет вид:

Примечание 6. Условие в цикле while, как и в условном операторе if, может содержать логические операции or, and, not.