while 循环什么时候才会停？

小象实战讲义 · Python 编程从入门到实践

在上一节我们学习了用 for 循环来遍历序列，实现重复执行。但有时，我们并不知道要重复多少次，只知道“当某个条件满足时，就继续执行”。这时，就需要 while 循环。本节将讲解 while 循环的语法、执行流程、与 for 循环的区别，并通过嵌套循环的例子来加深理解。

💡 核心导读

• while 循环的基本语法：while 条件:，条件为真则执行循环体。
• 执行流程：先判断条件，再执行循环体，执行完再回到条件判断，直到条件为假才退出。
• while 与 for 的选择：for 常用于遍历已知序列，while 更适合条件驱动的未知次数循环。
• 循环嵌套：在 while 循环内部可以再使用 while 循环，实现更复杂的逻辑。
• 避免无限循环：确保循环体内有改变循环条件的语句，否则循环可能永不停止。

while 循环是什么？

while 循环是 Python 中实现循环执行的另一种方式。它的核心是条件判断：只要给定的条件为真（True），就会反复执行循环体内的代码块。

while 判断条件:
    条件满足时，执行的语句块

它的执行流程可以概括为：

1. 判断 while 后面的条件表达式。
2. 如果条件为 True，则执行一次循环体内的所有语句。
3. 执行完毕后，再次回到第 1 步，重新判断条件。
4. 如果条件变为 False，则跳过整个循环体，继续执行后面的代码。

这个过程就像一个“哨兵”，只要条件成立就放行执行循环体，条件不成立就结束站岗。

while 循环怎么用？

基础示例：打印数字

下面是一个简单的例子，打印数字 0 到 9。

# 示例：使用 while 循环打印 0 到 9
i = 0  # 初始化一个计数器
while i < 10:  # 条件：i 小于 10
    print(i)
    i += 1  # 在循环体内改变 i 的值，这是让循环最终能停下来的关键

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

关键点：循环体内 i += 1 这一行至关重要。它每次循环都将 i 的值增加 1，使得 i 最终会等于 10，条件 i < 10 不再成立，循环因此终止。如果缺少这行，i 将永远是 0，条件永远为真，程序就会陷入无限循环。

while 与 for 的对比

while 循环和 for 循环都能实现重复执行，很多时候可以互相替代。例如，上面的例子用 for 循环写更简洁：

# 使用 for 循环实现相同功能
for i in range(10):
    print(i)

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9

那么如何选择呢？一个简单的区分原则是：

• for 循环：当你明确知道要循环的次数，或者需要遍历一个已知的序列（如列表、range 对象）中的每一个元素时，使用 for 循环更直观。
• while 循环：当你不确定要循环多少次，循环的结束取决于某个动态条件是否被满足时，使用 while 循环更合适。例如判断 a < 3 这类条件时，while 不需要另外准备一个列表或字典作为遍历对象。

循环嵌套：while 套 while

和 for 循环一样，while 循环也可以嵌套使用。外层循环每执行一次，内层循环都会完整地执行一遍。

示例：绘制杨辉三角形

杨辉三角形是一个经典的数学图形，其特点是：

1. 第 1 层是 [1]。
2. 每一层的左右两端都是 1。
3. 中间的任何数字，等于其“左上方”和“右上方”两个数字之和。

我们可以用两层 while 循环来生成和打印它。外层循环控制层数，内层循环负责计算和打印当前层的数字。

下面的代码实现了这个功能。为了在讲义中可运行，我们将原本需要用户输入高度的 input() 替换为一个固定值 5。

# 示例：使用 while 循环嵌套绘制杨辉三角形（高度为5层）
n = 5  # 三角形高度，原程序使用 input() 输入

layer = 1  # 当前层数，从第1层开始
values = [1]  # 存储当前层的数值，初始为第一层 [1]

while layer <= n:  # 外层循环：控制层数，画完 n 层为止
    new_values = [1]  # 初始化下一层的列表，最左边是1
    
    index = 0
    # 内层循环：遍历当前层 values，打印并计算下一层中间的数
    while index < len(values):
        print('%d ' % values[index], end='')  # 打印当前数字
        # 如果不是最后一个数，计算它与下一个数的和，放入下一层
        if index < len(values) - 1:
            new_values.append(values[index] + values[index + 1])
        index += 1  # 索引加1，处理下一个数
    
    new_values.append(1)  # 下一层最右边也是1
    values = new_values  # 更新当前层为下一层，为绘制下一层做准备
    print('')  # 换行，准备打印下一层
    layer += 1  # 层数加1

1 
1 1 
1 2 1 
1 3 3 1 
1 4 6 4 1 

代码逻辑解析：

• values 列表始终保存着当前正在打印的这一层的所有数字。
• 内层 while 循环做两件事：
  1. 打印：打印 values 中的每一个数字。
  2. 计算：将 values 中相邻两个数字相加，得到的结果存入 new_values，这将是下一层中间部分的数字。
• 内层循环结束后，为 new_values 补上最右边的 1，然后让 values = new_values，这样下一轮外层循环时，打印和计算的就是新的一层了。
• 外层循环的 layer 每次加 1，直到达到指定的高度 n。

📝 动手练一练

请尝试修改上面绘制杨辉三角形的代码，使其能够打印出高度为 8 层的杨辉三角形，并观察输出结果。

n = 8  # 将三角形高度改为8层

layer = 1
values = [1]

while layer <= n:
    new_values = [1]
    index = 0
    while index < len(values):
        print('%d ' % values[index], end='')
        if index < len(values) - 1:
            new_values.append(values[index] + values[index + 1])
        index += 1
    new_values.append(1)
    values = new_values
    print('')
    layer += 1

1 
1 1 
1 2 1 
1 3 3 1 
1 4 6 4 1 
1 5 10 10 5 1 
1 6 15 20 15 6 1 
1 7 21 35 35 21 7 1 

常见错误

小结

1. while 循环用于在条件为真时重复执行一段代码，语法为 while 条件:。
2. 执行流程是“判断-执行-再判断”，直到条件为假才退出。
3. 与 for 循环相比，while 更适合循环次数不确定、由条件驱动的场景。
4. 循环可以嵌套，内层循环作为外层循环体的一部分，会完整执行多次。
5. 使用 while 循环时，务必确保循环体内有改变循环条件的语句，否则极易导致无限循环。

📋 行动清单

• 将本节第一个 while 循环示例中的 i < 10 改为 i <= 10，观察输出有何不同。
• 尝试用 for 循环改写“绘制杨辉三角形”的代码，思考哪种写法对你来说更清晰。
• 故意写一个缺少条件变更语句的 while 循环（如 while True: print('loop')），运行它，然后使用键盘快捷键 Ctrl+C 来强制终止程序，感受一下无限循环。

—— 小象教研组