حلقه while

۱. اولین while

while یعنی «تا وقتی که». شرطی می‌گیرد و تا وقتی آن شرط درست است، بدنه‌اش را تکرار می‌کند.

# A 'while' repeats as long as its condition is True.
# Something inside the loop MUST eventually make the condition False,
# otherwise the program never stops (an "infinite loop").
x = 0

while x < 10:
    x += 1          # without this line the loop would never end
    print(x)

شمارش با while: نمونه 01_first_while.py

شرح مثال

• سه چیز همیشه لازم است: مقدار اولیه پیش از حلقه، شرط در خط while، و تغییر داخل بدنه.
• اگر خط x += 1 نبود، شرط همیشه درست می‌ماند و برنامه هرگز تمام نمی‌شد.
• شرط پیش از هر دور بررسی می‌شود. اگر از همان اول نادرست باشد، بدنه حتی یک بار هم اجرا نمی‌شود.

۲. حلقه بی‌پایان

سه علت رایج حلقه بی‌پایان:

• یادتان رفته متغیر شرط را داخل حلقه تغییر دهید.
• خط تغییردهنده را اشتباهاً بیرون حلقه گذاشته‌اید، یعنی تورفتگی‌اش غلط است.
• شرط را برعکس نوشته‌اید، مثلاً x > 0 در حالی که x دارد بزرگ‌تر می‌شود.

۳. for یا while، کدام

# Use 'for' when you know in advance how many turns you need.
for i in range(1, 6):
    print(i, end=' ')
print()

# Use 'while' when the number of turns depends on something that happens
# during the loop.
i = 1
while i <= 5:
    print(i, end=' ')
    i += 1
print()

یک کار، دو روش: نمونه 02_while_vs_for.py

در مثال بالا هر دو یک خروجی دارند، ولی for کوتاه‌تر و کم‌خطرتر است، چون شمارنده را خودش مدیریت می‌کند و امکان حلقه بی‌پایان ندارد. قانون ساده: اگر می‌شود با for نوشت، با for بنویسید.

۴. while True و break

الگویی که در برنامه‌های واقعی بیش از همه دیده می‌شود این است: حلقه را عمداً بی‌پایان می‌سازیم و با break از وسطش بیرون می‌پریم. مقداری که باعث خروج می‌شود را نگهبان می‌نامند.

# A "sentinel" is a special value that means "stop".
# Here the sentinel is the word 'exit'.
total = 0

while True:                              # loop for ever ...
    user_input = input('Enter a number (or "exit"): ')

    if user_input == 'exit':
        break                            # ... until break jumps out of it

    number = float(user_input)
    total += number
    print('Sum is:', total)

print('Final sum:', total)

جمع تا رسیدن نگهبان: نمونه 03_sentinel_sum.py

Enter a number (or "exit"): 5
Sum is: 5.0
Enter a number (or "exit"): 3
Sum is: 8.0
Enter a number (or "exit"): exit
Final sum: 8.0

شرح مثال

• while True یعنی شرط همیشه درست است، پس حلقه به خودی خود تمام نمی‌شود.
• break بلافاصله از حلقه بیرون می‌پرد و اجرا از اولین خط بعد از حلقه ادامه می‌یابد.
• بررسی نگهبان باید پیش از تبدیل نوع باشد. اگر اول float(user_input) را بنویسید، کلمه exit برنامه را خراب می‌کند.
• چرا این الگو بهتر از گذاشتن شرط در خود while است؟ چون باید ورودی را بگیریم تا بتوانیم بررسی‌اش کنیم، و گرفتن ورودی وسط حلقه اتفاق می‌افتد، نه پیش از آن.

۵. دستور continue

break از حلقه بیرون می‌پرد، ولی continue فقط سایر موارد نیزین دور را رد می‌کند و به بالای حلقه برمی‌گردد.

# 'continue' skips the REST of the current turn and goes back to the top.
# Here the odd numbers are simply ignored.
total = 0

while True:
    user_input = input('Enter a number (or "exit"): ')

    if user_input == 'exit':
        break

    number = int(user_input)

    if number % 2 != 0:
        print('Odd number ignored.')
        continue                 # go back to the input() line

    total += number
    print('Sum is:', total)

رد کردن اعداد فرد: نمونه 04_continue.py

continue بیشتر برای «فیلتر کردن» به کار می‌رود: چیزهایی که برای مسئله ما کاربردی ندارند را زود رد می‌کنیم تا کد اصلی داخل تودرتویی عمیق نیفتد. مقایسه کنید با نوشتن یک else بزرگ که همه کد اصلی را داخلش می‌برد.

۶. میانگین در حال اجرا

# Two accumulators: the total and how many numbers were entered.
total = 0
counter = 0

while True:
    user_input = input('Enter a number (or "exit"): ')

    if user_input == 'exit':
        break

    number = float(user_input)

    total += number
    counter += 1

    print('Average is:', total / counter)

# After the loop, counter may still be 0 - never divide by it blindly.
if counter == 0:
    print('No number was entered.')
else:
    print('Final average:', total / counter)

میانگین در حال اجرا: نمونه 05_running_average.py

داخل حلقه، تقسیم بر counter بی‌خطر است چون همان بالا یکی اضافه شده و حتماً بزرگ‌تر از صفر است. ولی بعد از حلقه چنین تضمینی نداریم: اگر کاربر همان اول exit بزند، شمارنده صفر می‌ماند. برای همین شرط پایانی لازم است.

۷. اعتبارسنجی ورودی

این کاربردی‌ترین الگوی این فصل است. تا وقتی کاربر جواب معتبر ندهد، سؤال را تکرار می‌کنیم.

# A very common use of 'while': keep asking until the answer makes sense.
while True:
    user_input = input('Enter your age (1-120): ')

    if not user_input.isdigit():
        print('Please type digits only.')
        continue

    age = int(user_input)

    if age < 1 or age > 120:
        print('The age must be between 1 and 120.')
        continue

    break        # the value is valid, leave the loop

print('Your age is', age)

اعتبارسنجی: نمونه 06_input_validation.py

Enter your age (1-120): abc
Please type digits only.
Enter your age (1-120): 500
The age must be between 1 and 120.
Enter your age (1-120): 25
Your age is 25

شرح مثال

• ساختار: هر بررسی که رد شود، پیام می‌دهد و continue می‌کند. اگر همه بررسی‌ها رد شدند، به break می‌رسیم.
• isdigit() از فصل سوم اینجا حیاتی است: پیش از int() مطمئن می‌شویم ورودی واقعاً رقم است. بدون آن، تایپ یک حرف برنامه را خراب می‌کند.
• ترتیب مهم است: اول بررسی نوع، بعد تبدیل، بعد بررسی بازه.
• در فصل نوزدهم راه دیگری برای همین کار می‌بینید که try نام دارد و برای حالت‌های پیچیده‌تر مناسب‌تر است.

۸. بازی حدس عدد

# A tiny game: the program knows a number, the player has to find it.
SECRET = 16

tries = 0

while True:
    user_input = input('Enter a number: ')
    guess = int(user_input)
    tries += 1

    if guess < SECRET:
        print('The number is greater!')
    elif guess > SECRET:
        print('The number is smaller!')
    else:
        print(f'You win! You needed {tries} tries.')
        break

حدس عدد: نمونه 07_guess_the_number.py

Enter a number: 10
The number is greater!
Enter a number: 20
The number is smaller!
Enter a number: 16
You win! You needed 3 tries.

این اولین بازی شماست. هنوز کامل نیست: عدد ثابت است و بعد از یک بار بازی، دیگر جالب نیست. در فصل شانزدهم با random عدد را تصادفی می‌کنیم و در فصل بیستم نسخه کاملش را با محدودیت تعداد حدس می‌سازیم.

۹. تشخیص عدد اول

# A prime number is only divisible by 1 and by itself.
# As soon as we find one divisor we can stop looking -> 'break'.
user_input = input('Enter your number: ')
number = int(user_input)

# 0, 1 and the negative numbers are NOT prime, so we handle them separately.
if number < 2:
    is_prime = False
else:
    is_prime = True
    for i in range(2, number):
        if number % i == 0:
            is_prime = False
            break            # no need to test the remaining divisors

if is_prime:
    print("It's prime!")
else:
    print("It's not prime.")

عدد اول: نمونه 08_is_prime.py

شرح مثال

• الگوی مهمی اینجا هست: یک متغیر پرچم به نام is_prime که با True شروع می‌شود و به محض پیدا شدن مقسوم‌علیه، False می‌شود.
• break بعد از پیدا شدن اولین مقسوم‌علیه، بقیه حلقه را بی‌فایده می‌داند و بیرون می‌پرد. برای عدد یک میلیون این یعنی صرفه‌جویی عظیم.
• break در حلقه for هم درست مثل while کار می‌کند.

۱۰. بلوک else حلقه

این یکی از ویژگی‌های عجیب و کم‌شناخته پایتون است: حلقه می‌تواند else داشته باشد. آن بلوک وقتی اجرا می‌شود که حلقه به طور طبیعی تمام شود، یعنی با break قطع نشده باشد.

# A loop may have an 'else' block. It runs only when the loop finished
# normally, that is when it was NOT stopped by a 'break'.
number = int(input('Enter a number: '))

for i in range(2, number):
    if number % i == 0:
        print(f'{number} is divisible by {i}')
        break
else:
    # reached only when no divisor was found
    print(f'{number} is prime!')

else حلقه: نمونه 09_while_else.py

مقایسه کنید با نسخه قبلی: اینجا دیگر متغیر پرچم ضرورتی ندارد. اگر حلقه مقسوم‌علیهی پیدا کند، break می‌زند و else اجرا نمی‌شود. اگر تا آخر برود و چیزی پیدا نکند، else اجرا می‌شود.

۱۱. باز کردن یک عدد رقم به رقم

# Taking a number apart digit by digit is a classic 'while' exercise.
user_input = input('Enter a positive number: ')
number = int(user_input)

digit_count = 0
digit_sum = 0

while number > 0:
    digit = number % 10       # the last digit
    digit_sum += digit
    digit_count += 1
    number = number // 10     # remove the last digit

print('Number of digits:', digit_count)
print('Sum of the digits:', digit_sum)

ارقام یک عدد: نمونه 10_digits_of_number.py

Enter a positive number: 4728
Number of digits: 4
Sum of the digits: 21

شرح مثال

عدد ۴۷۲۸ را دنبال کنیم:

وقتی number به صفر رسید، شرط حلقه نادرست می‌شود و کار تمام است. این همان ترکیب % و // فصل دوم است که حالا داخل یک حلقه قدرت واقعی‌اش را نشان می‌دهد. با همین الگو می‌شود عدد را برعکس کرد، که یکی از تمرین‌های این فصل است.

خلاصه فصل