導(dǎo)讀：條件語句通過一個或多個布爾表達(dá)式的執(zhí)行結(jié)果（真值或假值）決定下一步的執(zhí)行方向。所謂布爾表達(dá)式，即對某個對象進(jìn)行布爾運算，產(chǎn)生一個bool值。條件語句的運行邏輯為：如果條件被滿足（返回真值），可以做某件事情；如果條件不滿足（返回假值），就做另一件事情，或什么也不做。
作者：李明江 張良均 周東平 張尚佳
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通過圖1，可以對條件語句的運行機制作有一個簡單的了解。虛線框內(nèi)是一個選擇結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)中包含一個判斷條件和兩條執(zhí)行語句，以及連接各部分的流向線。根據(jù)判斷條件（布爾表達(dá)式）返回值的情況，程序?qū)⑦x擇執(zhí)行語句1或語句2。
▲圖1 條件語句結(jié)構(gòu)
在Python中，實現(xiàn)選擇結(jié)構(gòu)最普遍的工具是if語句。此外，try語句專門用于異常處理，其內(nèi)在邏輯也符合選擇結(jié)構(gòu)。
01 if、elif與else
if語句中包含3種條件判斷句式，即if、elif和else。其中，if與elif部分都包含判斷條件，當(dāng)判斷條件都不成立時，程序才能執(zhí)行else部分的代碼。
if語句最基礎(chǔ)的形式是if-else，其基本語法格式如下。
if 條件表達(dá)式： 操作語句1 else： 操作語句2
if-else語句常用的參數(shù)及說明：
- 條件表達(dá)式：接收布爾表達(dá)式，表示判斷條件是否成立。無默認(rèn)值
- 操作語句：接收操作語句，表示執(zhí)行一段代碼。無默認(rèn)值
if-else語句執(zhí)行時，程序首先判斷if部分條件表達(dá)式的真假。如果條件表達(dá)式返回真值，則執(zhí)行操作語句1；如果返回假值，則執(zhí)行操作語句2。
if-else語句的形式很簡單，通過條件判斷的結(jié)果即可決定下一步的執(zhí)行方向，具有兩條分支。以編寫一個賬戶密碼登錄界面為例，介紹該語句的使用，如代碼清單①所示。
- 代碼清單① if-else語句實現(xiàn)登錄界面
In[1]: name = input ('請輸入用戶名：')
password = input ('請輸入密碼：')
if name == "Lucy" and password == "123456":
print ('****登錄成功，歡迎！*****')
else:
print ('-----您的輸入有誤，登錄失敗！-----')
Out[1]: 請輸入用戶名：Lucy
請輸入密碼：123
-----您的輸入有誤，登錄失敗！-----
In[2]: name = input ('請輸入用戶名：')
password = input ('請輸入密碼：')
if name == "Lucy" and password == "123456":
print ('****登錄成功，歡迎！*****')
else:
print ('-----您的輸入有誤，登錄失敗！-----')
Out[2]: 請輸入用戶名：Lucy
請輸入密碼：123456
****登錄成功，歡迎！*****
在代碼清單①中，使用input函數(shù)以支持交互式的輸入，并在函數(shù)括號內(nèi)插入文字進(jìn)行了輸入提示，增強了登錄界面的人性化。在if部分的條件判斷式中，使用and運算符進(jìn)行且運算，只有賬戶和密碼都輸入正確才能成功登錄，從而增加了安全性。
if-else語句可以縮減為單行形式，其基本語法格式如下。
操作語句1 if 條件表達(dá)式 else 操作語句2
if-else語句單行形式語法格式中的參數(shù)說明與圖1一致。如果條件表達(dá)式返回的結(jié)果為真，則執(zhí)行if前面的操作語句1，否則執(zhí)行else后面的操作語句2。
if-else語句使用單行形式的目的主要在于增加代碼的簡潔性，其基本使用方法如代碼清單②所示。
- 代碼清單② if-else語句的單行形式
In[3]: num1, num2 = 11, 90
print('num1加num2為百分?jǐn)?shù)') if 1000 > num1 + num2 >100 else
print('num1加num2不為百分?jǐn)?shù)')
Out[3]: num1加num2為百分?jǐn)?shù)
if-else語句有明顯的缺陷，即只能實現(xiàn)兩條分支。實際工作中需要用到的條件分支數(shù)目可能難以想象，擴展if語句的分支需要用到elif句式。elif是“else if”的縮寫，即“下一條件是否成立？”。
使用elif有簡潔、減少過分縮排的效果。將elif代碼塊放在if和else之間，就組成了if-elif-else語句。理論上，if語句中的elif可以無限多。if-elif-else語句與if-else語句其實是等價的，后者相當(dāng)于前者中elif個數(shù)為0或不執(zhí)行的情況。由于if-elif-else語句能提供更多條件分支，因此被普遍使用，其基本語法格式如下。
if 條件表達(dá)式1： 操作語句1 elif 條件表達(dá)式2： 操作語句2 else： 操作語句3
if-elif-else語句語法格式中的參數(shù)與上文說明一致。該語句執(zhí)行時，按照從上到下的順序，依次檢查每個條件表達(dá)式返回值的情況，任何一個條件表達(dá)式返回真值，就執(zhí)行該表達(dá)式下面的操作語句。若所有條件表達(dá)式都返回假值，則執(zhí)行else下面的操作語句。
if-elif-else語句相對于if-else語句優(yōu)勢明顯，可以實現(xiàn)更為復(fù)雜的功能。使用if-elif-else語句實現(xiàn)年齡段的判斷，如代碼清單③所示。
- 代碼清單③ 使用if-elif-else語句實現(xiàn)年齡段的判斷
In[4]: age = input('請輸入您的年齡：')
age = int(age)
if age < 18:
print('未成年人！')
elif age >= 18 and age <= 25:
print('青年人！')
elif age > 25 and age <= 60:
print('中年人！')
else:
print('老年人！')
Out[4]: 請輸入您的年齡: 20
青年人！
代碼清單③通過比較運算符實現(xiàn)了年齡段劃分，并能區(qū)分年齡段界限，避免邏輯出錯。input函數(shù)將接收的任何數(shù)據(jù)類型都默認(rèn)為str，如果不在該代碼中插入轉(zhuǎn)換接收數(shù)據(jù)類型的語句，程序?qū)o法執(zhí)行。這是因為，接收的年齡數(shù)據(jù)會被用于和后續(xù)的年齡數(shù)值比較，而number與str是無法比較的。
需要說明，if語句還有一種形式是if-if-else，這一形式中的if可以有多個，從而實現(xiàn)多分支。與if-elif-else語句相比，差異不僅僅存在于形式上，性能上也同樣有區(qū)別，使用多個if的效率更低，它實際上是多重if語句。
if語句支持嵌套，即在一個if語句中嵌入另一個if語句，從而構(gòu)成不同層次的選擇結(jié)構(gòu)。嵌套的意義在于實現(xiàn)多層選擇結(jié)構(gòu)。使用嵌套對條件語句的功能有升華作用，這與elif是相似的，elif將有限的條件分支擴展，嵌套則提供了建立多層選擇結(jié)構(gòu)的工具，兩者分別在不同的維度上提升了if語句的功能性。使用嵌套需要以不同的縮進(jìn)長度劃分代碼結(jié)構(gòu)的層次，因此嵌套時要特別注意縮進(jìn)的規(guī)范性。
嵌套選擇結(jié)構(gòu)具有很廣的應(yīng)用場景，以下給出一個例子。假設(shè)系統(tǒng)中存儲了5個用戶的身份信息，分別是：來自英國的Tom，35歲；來自法國的Frank，35歲；來自德國的Bob，35歲；來自澳大利亞的Washington，51歲；來自南非的Jane，21歲。
設(shè)計一個程序，詢問用戶的部分信息，在對方不說出自己名字的情況下識別其身份，如代碼清單④所示。
- 代碼清單④ 嵌套if-elif-else語句
In[5]: age = input('請輸入你的年齡：')
age = int(age)
if age == 35:
nation = input('請輸入你的國籍：')
if nation == '英國':
print('你是Tom! ')
elif (nation == '法國'):
print('你是Frank! ')
else:
print('你是Bob! ')
elif age == 21:
print('你是Jane，來自南非! ')
elif age == 51:
print('你是Washington，來自澳大利亞! ')
else:
print('請輸入正確年齡值! ')
Out[5]: 請輸入你的年齡：35
請輸入你的國籍：法國
你是Frank!
從代碼清單④可以看到，該程序具有兩層選擇結(jié)構(gòu)。第1層用于詢問年齡，程序通過接收的年齡，可以判斷輸入者是Jane、Washington或其他3個同齡人中的一個；若收到的值不在這5人年齡范圍中，則提示輸入出錯；若收到的值是3個同齡人的歲數(shù)，則進(jìn)入下一層選擇結(jié)構(gòu)，即詢問國籍；通過詢問國籍，程序可以準(zhǔn)確報出輸入者的信息。
使用if語句時，需要注意以下幾點。
- 條件判斷語句應(yīng)盡量簡單，若語句復(fù)雜則應(yīng)當(dāng)將運算先放到一個變量中。
- Python的條件語句中允許常用的數(shù)值比較運算（==，!=，>，>=，<，<=）。
- Python允許無限次if語句嵌套，但實際編程中如果必須用到3級到4級嵌套，建議考慮用其他方法編寫代碼，嵌套超過兩層會使程序的運行效率大打折扣。
02 try、except與else
如果運行途中發(fā)生錯誤事件，程序的執(zhí)行將中斷，并創(chuàng)建異常對象。異常是程序在正常流程控制以外采取的動作，當(dāng)它被引發(fā)時，計算機將自動尋找異常處理程序，以幫助程序恢復(fù)正常運行。
要保證程序的正常運行，就需要排除錯誤，錯誤要么是語法上的，要么是邏輯上的。語法錯誤的出現(xiàn)表明程序在結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)了問題，可以在程序執(zhí)行前加以糾正。邏輯錯誤可能是缺少輸入或輸入不正確，某些情況下，也可能是根據(jù)輸入無法生成預(yù)期的結(jié)果。邏輯錯誤難以預(yù)防，必須使用異常處理程序來應(yīng)對。
計算機語言針對可能出現(xiàn)的錯誤定義了異常類型，某種錯誤引發(fā)對應(yīng)的異常時，異常處理程序?qū)⒈粏樱瑥亩謴?fù)程序的正常運行。Python中定義的異常類型大致分為數(shù)值計算錯誤、操作系統(tǒng)錯誤、無效數(shù)據(jù)查詢、Unicode相關(guān)的錯誤和警告等幾類，如下所示。
Python異常類：
- BaseException：所有異常的基類
- Exception：常規(guī)異常的基類
- StandardError：所有的內(nèi)建標(biāo)準(zhǔn)異常的基類
- ArithmeticError：所有數(shù)值計算異常的基類
- FloatingPointError：浮點計算異常
- OverflowError：數(shù)值運算超出最大限制
- ZeroDivisionError：除零
- AssertionError：斷言語句失敗
- AttributeError：對象不包含某個屬性
- EOFError：沒有內(nèi)建輸入，到達(dá)EOF標(biāo)記
- EnvironmentError：操作系統(tǒng)異常的基類
- IOError：輸入/輸出操作失敗
- OSError：操作系統(tǒng)異常
- windowsError：系統(tǒng)調(diào)用失敗
- ImportError：導(dǎo)入模塊/對象失敗
- KeyboardInterrupt：用戶中斷執(zhí)行
- LookupError：無效數(shù)據(jù)查詢的基類
- IndexError：序列中沒有此索引
- KeyError：映射中沒有這個鍵
- MemoryError：內(nèi)存溢出異常
- NameError：未聲明/初始化對象
- UnboundLocalError：訪問未初始化的本地變量
- ReferenceError：弱引用試圖訪問已經(jīng)垃圾回收了的對象
- RuntimeError：一般的運行時異常
- NotImplementedError：尚未實現(xiàn)的方法
- SyntaxError：語法錯誤導(dǎo)致的異常
- IndentationError：縮進(jìn)錯誤導(dǎo)致的異常
- TabError：Tab和空格混用
- SystemError：一般的解釋器系統(tǒng)異常
- TypeError：對類型無效的操作
- ValueError：傳入無效的參數(shù)
- UnicodeError：Unicode相關(guān)的異常
- UnicodeDecodeError：Unicode解碼時的異常
- UnicodeEncodeError：Unicode編碼錯誤導(dǎo)致的異常
- UnicodeTranslateError：Unicode轉(zhuǎn)換錯誤導(dǎo)致的異常
- Warning：警告的基類
- DeprecationWarning：關(guān)于被棄用的特征的警告
- FutureWarning：關(guān)于構(gòu)造將來語義會有改變的警告
- UserWarning：用戶代碼生成的警告
- PendingDeprecationWarning：關(guān)于特性將會被廢棄的警告
- RuntimeWarning：可疑的運行時行為(runtime behavior)的警告
- SyntaxWarning：可疑語法的警告
- ImportWarning：用于在導(dǎo)入模塊過程中觸發(fā)的警告
- UnicodeWarning：與Unicode相關(guān)的警告
- BytesWarning：與字節(jié)或字節(jié)碼相關(guān)的警告
- ResourceWarning：與資源使用相關(guān)的警告
異常體系內(nèi)部有層次關(guān)系，即某些異常屬于某個異常的子類，該異常又可能是另一異常的子類。較低層次、更具細(xì)節(jié)的異常是某些異常的子類，這些高層次的異常則稱為基類，子類和基類是相對的。Python異常體系中的部分關(guān)系如圖2所示。
▲圖2 Python常見異常體系
在圖2中，越下面的異常，其層次越低，細(xì)節(jié)更明顯，它們總有更高層次的基類。
Python使用try語句處理異常，該語句一般包括try、except和else三個句式，組成try-except-else的形式。try部分包含一個嘗試執(zhí)行的代碼塊，except部分是特定異常的處理對策，else部分則在程序運行正常時執(zhí)行。
try語句可以視為一種條件分支，與if語句的區(qū)別是try語句并不包含條件判斷式，執(zhí)行的流向也不取決于條件表達(dá)式，而依賴于代碼塊能否執(zhí)行。但其內(nèi)在邏輯和運行流程與if語句是相似的，符合條件分支的特征，其基本語法格式如下。
try: 操作語句1 except 錯誤類型1: 操作語句2 except 錯誤類型2: 操作語句3 else: 操作語句4
try語句常用的語法格式及其參數(shù)說明如下所示。
try-except-else語句常用的語法格式及其參數(shù)說明：
- 錯誤類型：接收Python異常名，表示符合該異常則執(zhí)行下面語句。無默認(rèn)值
- 操作語句：接收操作語句，表示執(zhí)行一段代碼。無默認(rèn)值
運行try-except-else語句時，程序首先執(zhí)行try代碼塊，即可能出錯的試探性語句，這可能導(dǎo)致致命性錯誤使得程序無法繼續(xù)執(zhí)行；如果try代碼塊確實無法執(zhí)行，就可能執(zhí)行某個except代碼塊。
執(zhí)行一個except代碼塊的條件是，系統(tǒng)捕捉的異常類型和該代碼塊標(biāo)識的類型相符合；如果try代碼塊的語句正常執(zhí)行，就接著執(zhí)行else代碼塊的語句。
如果try部分無法執(zhí)行，也沒有找到相應(yīng)的except代碼塊，就將異常消息發(fā)送給程序調(diào)用端，如Python Shell，Python Shell對異常消息的默認(rèn)處理則是終止程序的執(zhí)行并打印具體的出錯信息。這也是在Python Shell中執(zhí)行程序錯誤后所出現(xiàn)的出錯打印信息的由來。
在try語句中，except與else代碼塊都是可選的。except代碼塊可以有0或多個；else代碼塊可以有0或1個。但要注意，else語句的存在必須以except語句的存在為前提，在沒有except語句的try語句中使用else語句，會引發(fā)語法錯誤。
try語句中沒有else時，就構(gòu)成try-except語句，如代碼清單⑤所示。
- 代碼清單⑤ try語句處理除零異常
In[6]: number = 0
# 以變量number作被除數(shù)，嘗試運行除法操作
try:
print('1.0 / number =', 1.0 / number)
# 如果異常是除零異常，輸出提示信息
except ZeroDivisionError:
print('***除數(shù)為0***')
Out[6]: ***除數(shù)為0***
在代碼清單⑤中，由于0不能做除數(shù)，因此引發(fā)了除零異常。except代碼塊由于給出了ZeroDivisionError的解決方案，因此被執(zhí)行，程序得以完整地運行。
代碼清單⑤所展示的異常之間的層次差別是有意義的，這在程序執(zhí)行過程中可以體現(xiàn)，如代碼清單⑥所示。
- 代碼清單⑥ Python異常層次差異
In[7]: dict1={'a': 1, 'b': 2, 'v': 22}
# 嘗試索引賦值dict中不存在的值
try:
x = dict1['y']
except LookupError:
print('查詢錯誤')
except KeyError:
print('鍵錯誤')
else:
print(x)
Out[7]: 查詢錯誤
In[8]: # 調(diào)換LookupError和KeyError處理代碼塊的順序
dict2={'a': 1, 'b': 2, 'v': 22}
# 嘗試索引賦值dict中不存在的值
try:
x = dict2['y']
except KeyError:
print('鍵錯誤')
except LookupError:
print('查詢錯誤')
else:
print(x)
Out[8]: 鍵錯誤
代碼清單⑥展示的try-except-else語句嘗試查詢不在dict中的鍵值對，從而引發(fā)了異常。這一異常準(zhǔn)確地說應(yīng)屬于KeyError，但由于KeyError是LookupError的子類，且在代碼清單⑥中將LookupError置于KeyError之前，因此程序優(yōu)先執(zhí)行該except代碼塊。所以，使用多個except代碼塊時，必須堅持對其規(guī)范排序，要從最具針對性的異常到最通用的異常。
除自然發(fā)生的異常外，Python中的raise語句可用于故意引發(fā)異常。使用該語句引發(fā)異常時，只需在raise后輸入異常名即可，如代碼清單⑦所示。
- 代碼清單⑦ raise語句
In[9]: # 嘗試引發(fā)IndexError
try:
raise IndexError
except KeyError:
print ('in KeyError except')
except IndexError:
print('in IndexError except')
else:
print('no exception')
Out[9]: in IndexError except
本文摘編自《Python3智能數(shù)據(jù)分析快速入門》，經(jīng)出版方授權(quán)發(fā)布。
延伸閱讀《Python3智能數(shù)據(jù)分析快速入門》
推薦語：本書假設(shè)你有一定的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)，但是沒有Python和AI基礎(chǔ)，為了幫助你快速掌握智能數(shù)據(jù)分析需要的技術(shù)和方法，書中有針對性地講解了Python和AI中必須要掌握的知識點，內(nèi)容由淺入深，循序漸進(jìn)。從環(huán)境配置、基本語法、基礎(chǔ)函數(shù)到第三方庫的安裝與使用，對各個操作步驟、函數(shù)、工具、代碼示例等的講解非常詳盡，確保所有滿足條件的讀者都能快速入門。
