Day 010 — 循环图解
一图胜千言 — 循环机制的可视化
1. 迭代器协议流程图
flowchart TD
A[可迭代对象 Iterable] -->|iter()| B[迭代器 Iterator]
B -->|next()| C{还有元素吗?}
C -->|是| D[取出元素]
D --> E[执行循环体]
E --> B
C -->|否| F[StopIteration 异常]
F --> G[循环结束]
flowchart TD
A[可迭代对象 Iterable] -->|iter()| B[迭代器 Iterator]
B -->|next()| C{还有元素吗?}
C -->|是| D[取出元素]
D --> E[执行循环体]
E --> B
C -->|否| F[StopIteration 异常]
F --> G[循环结束]
2. for 循环执行过程
┌──────────────────────────────────────┐
│ for 循环内部 │
│ │
│ ┌───────────────────┐ │
│ │ for x in [a,b,c]:│ │
│ │ print(x) │ │
│ └────────┬──────────┘ │
│ │ │
│ ▼ │
│ ┌────────────────────┐ │
│ │ iterator = iter() │ ← 获取迭代器 │
│ └────────┬───────────┘ │
│ │ │
│ ┌────────▼───────────┐ │
│ │ try: │ │
│ │ x = next(it) │ ← 取元素 │
│ │ print(x) │ ← 执行体 │
│ │ except StopIter: │ │
│ │ break │ ← 结束 │
│ └────────────────────┘ │
│ │
└──────────────────────────────────────┘
3. break / continue / else 决策树
flowchart TD
Start[循环开始] --> Check{条件/元素判断}
Check -->|条件成立/还有元素| Body[执行循环体]
Check -->|条件不成立/无元素| Else[else 子句]
Else --> End[循环结束]
Body --> Break{遇到 break?}
Break -->|是| SkipElse[跳过 else, 直接结束]
Break -->|否| Continue{遇到 continue?}
Continue -->|是| Check
Continue -->|否| Rest[执行剩余循环体]
Rest --> Check
flowchart TD
Start[循环开始] --> Check{条件/元素判断}
Check -->|条件成立/还有元素| Body[执行循环体]
Check -->|条件不成立/无元素| Else[else 子句]
Else --> End[循环结束]
Body --> Break{遇到 break?}
Break -->|是| SkipElse[跳过 else, 直接结束]
Break -->|否| Continue{遇到 continue?}
Continue -->|是| Check
Continue -->|否| Rest[执行剩余循环体]
Rest --> Check
4. range() 惰性求值原理
range(1, 10, 2) ⟶ 存储为: start=1, stop=10, step=2
内存中的 range 对象 (48 字节):
┌──────────────┐
│ start: 1 │
│ stop: 10 │
│ step: 2 │
└──────────────┘
│
▼ 迭代时按需计算
async
next() → 1
next() → 3
next() → 5
next() → 7
next() → 9
next() → StopIteration
对比列表 list(range(1, 10, 2)):
┌──────────────┐
│ [1, 3, 5, │
│ 7, 9] │ ← 所有值已存在
│ 存储: 120 字节│
└──────────────┘
5. 菱形打印分解图
n = 4 (上半部分行数)
行 | 空格 | 星号 | 绘制
────┼────────┼────────┼─────────
1 │ n-1=3 │ 2*1-1=1│ *
2 │ n-2=2 │ 2*2-1=3│ ***
3 │ n-3=1 │ 2*3-1=5│ *****
4 │ n-4=0 │ 2*4-1=7│ *******
│ │ │
5 │ i=1 │ 2*(4-1)-1=5│ *****
6 │ i=2 │ 2*(4-2)-1=3│ ***
7 │ i=3 │ 2*(4-3)-1=1│ *
6. 嵌套循环执行明细
外循环 i 内循环 j 打印的内容
──────────────────────────────
i=1 j=1,2,...,i 第一行
↓
print("*") → i 个星号
i=2 j=1,2,...,i 第二行
↓
print("**") → i 个星号
i=3 j=1,2,...,i 第三行
↓
print("***") → i 个星号
总计执行次数: ∑i = n(n+1)/2
示例 n=5:
1 + 2 + 3 + 4 + 5 = 15 次
7. while 循环与 for 循环对比
for 循环 while 循环
──────── ──────────
for i in range(5): i = 0
print(i) while i < 5:
print(i)
i += 1
适合场景: 适合场景:
- 已知迭代次数 - 不知次数，只知条件
- 遍历容器 - 用户输入验证
- 固定步长 - 状态机/游戏循环
特点: 特点:
- 自动管理迭代状态 - 手动管理状态（容易忘记更新）
- 不会意外无限循环 - 容易意外无限循环
- 语法简洁 - 控制更灵活
8. for...else 的工作原理
┌─────────────────────┐
│ for x in sequence: │
└──────────┬──────────┘
│
┌──────────▼──────────┐
│ 循环体执行 │
└──────────┬──────────┘
│
┌──────────▼──────────┐
│ break 被执行了吗? │
└──────┬───────┬──────┘
│ │
是│ │否
▼ ▼
┌──────────┐ ┌──────────┐
│ 结束循环 │ │ 执行 │
│ 跳过 else│ │ else 子句│
└──────────┘ └──────────┘
9. 用户输入验证的 while 模式
┌─────────────────────┐
│ while True: │
│ user_input = │
│ input("...") │
└──────────┬──────────┘
│
┌──────────▼──────────┐
│ 验证输入有效吗? │
└──────┬───────┬──────┘
│ │
否│ │是
▼ ▼
┌──────────┐ ┌──────────┐
│ 打印错误 │ │ break │
│ 继续循环 │ │ 退出 │
└──────────┘ └──────────┘
总结： 所有循环 = 迭代器（数据来源）+ 条件（何时停止）+ 循环体（做什么）
选择 for 的场景：已知范围、遍历容器 选择 while 的场景：未知次数、条件驱动