for 循环如何遍历序列中的元素？

小象实战讲义 · Python 编程从入门到实践

在实际编程中，我们经常需要让一段代码反复执行，以完成特定的任务，例如对一系列数据进行处理。for 循环是 Python 中实现这种重复执行逻辑的主要工具之一。本节将系统讲解 for 循环的语法、执行流程，以及如何配合 range() 函数使用。学完本节，你将能够使用 for 循环遍历列表、字典等序列，并理解其内部工作过程。

💡 核心导读

• for 循环的语法：for 临时变量 in 序列:，用于遍历序列中的每个元素。
• 执行流程：依次从序列中取出元素，赋值给临时变量，执行循环体代码，直到序列遍历完毕。
• range() 函数：用于生成一个整数序列，常与 for 循环搭配使用，控制循环次数。
• 循环嵌套：在一个 for 循环内部可以再包含另一个 for 循环，用于处理更复杂的逻辑。

for 循环的基本语法与执行流程

for 循环的语法格式如下：

for 临时变量 in 序列:
    循环体代码块

• 临时变量：由用户自定义，用于在每次循环中接收序列中的当前元素。
• 序列：可以是列表、字典等可遍历的数据结构。
• 冒号与缩进：for 语句以冒号 : 结尾，其下方缩进的代码块即为循环体。

它的执行流程遵循以下步骤：

1. 当代码执行到 for 语句时，会尝试从序列中取出第一个元素。
2. 如果成功取出元素，则将其赋值给临时变量，然后进入循环体执行代码。
3. 循环体代码执行完毕后，程序会回到 for 语句开头，尝试取出序列中的下一个元素。
4. 重复步骤 2 和 3，直到序列中所有元素都被处理完毕。
5. 当序列中没有下一个元素时，循环结束，程序继续执行 for 循环之后的代码。

下面的例子清晰地展示了这个过程：

# 定义一个列表作为序列
numbers = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

# 使用 for 循环遍历列表
for i in numbers:
    print(i)

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

在这个例子中，i 是临时变量，numbers 是序列。循环依次将 numbers 中的每个数字赋值给 i，然后执行 print(i)，最终打印出 0 到 9。

使用 range() 函数生成序列

手动列出所有要遍历的数字（如 [0, 1, 2, ..., 9]）非常繁琐。range() 函数可以方便地生成一个整数序列。

range() 函数的原型如下：

range(start, stop[, step])

• start：序列的起始值（包含在序列中）。如果省略，默认为 0。
• stop：序列的结束值（不包含在序列中）。这是必选参数。
• step：步长，即序列中相邻两个数字的差值。如果省略，默认为 1。

range() 生成的是一个整数序列，可以直接放在 for 的 in 后面，由循环逐个取出其中的数字。

# 生成 0 到 9 的序列（等同于 range(0, 10, 1)）
for i in range(10):
    print(i, end=' ')
print()  # 换行

# 生成 1 到 10 的序列
for i in range(1, 11):
    print(i, end=' ')
print()

# 生成 0 到 30 之间，步长为 5 的序列：0, 5, 10, 15, 20, 25
for i in range(0, 30, 5):
    print(i, end=' ')
print()

# 步长也可以是负数，生成递减序列
for i in range(5, -1, -1):
    print(i, end=' ')

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
0 5 10 15 20 25 
5 4 3 2 1 0 

重要特性：

• 左闭右开：range(start, stop) 生成的序列包含 start，但不包含 stop。这是 Python 中一个常见的约定。
• 空序列：如果 start 大于等于 stop 且步长为正，或者 start 小于等于 stop 且步长为负，range() 将生成一个空序列，for 循环不会执行。

循环嵌套示例：寻找素数

for 循环可以嵌套使用，即在一个循环体内部再写一个 for 循环。一个经典的例子是用两重循环逐个检查因子，找出 100 以内的所有素数（只能被 1 和自身整除的大于1的自然数）。

# 步骤1：初始化一个长度为100的列表，假设所有数都是素数（True）
is_prime = [True] * 100
# 0和1不是素数
is_prime[0] = is_prime[1] = False

# 步骤2：从2开始遍历到99
for i in range(2, 100):
    # 步骤3：对于每个数i，遍历从2到i-1的所有可能因子j
    for j in range(2, i):
        # 步骤4：如果i能被j整除，则i不是素数
        if i % j == 0:
            is_prime[i] = False

# 步骤5：输出所有标记为素数的数
print("100以内的素数有：")
for i in range(2, 100):
    if is_prime[i]:
        print(i, end=' ')

100以内的素数有：
2 3 5 7 11 13 17 19 23 29 31 37 41 43 47 53 59 61 67 71 73 79 83 89 97 

代码逻辑解析：

1. 创建一个布尔列表 is_prime，索引代表数字，值代表该数字是否为素数的假设。
2. 外层循环 i 遍历所有待检查的数字（2 到 99）。
3. 内层循环 j 遍历所有可能整除 i 的因子（2 到 i-1）。
4. 如果 i % j == 0 成立，说明 i 能被 j 整除，不是素数，将 is_prime[i] 设为 False。
5. 最后，遍历 is_prime 列表，打印出所有值仍为 True 的索引，即为素数。

📝 动手练一练

1. 计算累加和：使用 for 循环和 range() 函数，计算 1 到 100 之间所有整数的和。

total = 0
for num in range(1, 101):
    total += num
print("1到100的和是：{}".format(total))

1到100的和是：5050

常见错误

小结

• for 临时变量 in 序列: 是 for 循环的标准语法，用于遍历序列中的每个元素。
• 循环体代码必须通过缩进来定义，通常缩进 4 个空格。
• range(start, stop[, step]) 函数用于生成一个整数序列，常与 for 循环搭配来控制循环次数。其区间是 左闭右开 的。
• for 循环可以嵌套，内层循环会在外层循环的每次迭代中完整执行一遍。
• 遍历时，临时变量会依次被赋值为序列中的元素，可在循环体内使用。

📋 行动清单

• 将本节寻找素数的代码在环境中运行一遍，并尝试修改代码，找出 200 以内的素数。
• 编写一个 for 循环，使用 range() 倒序打印 10 到 1 的数字。
• 思考：如果要遍历一个字典的所有键，for 循环应该怎么写？（提示：直接遍历字典拿到的是键）

—— 小象教研组