Python While Loop-zelfstudie - While True Syntax-voorbeelden en oneindige loops

Welkom! Als je wilt leren werken met while-loops in Python, dan is dit artikel iets voor jou.

Terwijl loops zeer krachtige programmeerstructuren zijn die u in uw programma's kunt gebruiken om een ​​reeks uitspraken te herhalen.

In dit artikel leer je:

  • Wat while-loops zijn.
  • Waar ze voor worden gebruikt.
  • Wanneer ze moeten worden gebruikt.
  • Hoe ze achter de schermen werken.
  • Hoe schrijf je een while-lus in Python.
  • Wat zijn oneindige lussen en hoe ze te onderbreken.
  • Waarvoor while Truewordt gebruikt en de algemene syntaxis.
  • Hoe u een breakinstructie gebruikt om een ​​while-lus te stoppen.

U leert hoe while-loops achter de schermen werken met voorbeelden, tabellen en diagrammen.

Ben je klaar? Laten we beginnen. ?

? Doel en use cases voor While-lussen

Laten we beginnen met het doel van while-loops. Waar worden ze voor gebruikt?

Ze worden gebruikt om een ​​reeks uitspraken een onbekend aantal keren te herhalen. Dit type lus wordt uitgevoerd terwijl een bepaalde conditie is Trueen stopt alleen wanneer de conditie wordt False.

Wanneer we een while-lus schrijven, definiëren we niet expliciet hoeveel iteraties zullen worden voltooid, we schrijven alleen de voorwaarde die moet zijn Trueom het proces voort te zetten en Falsete stoppen.

? Tip: als de voorwaarde while-lus nooit evalueert naar False, dan hebben we een oneindige lus, een lus die (in theorie) nooit stopt zonder tussenkomst van buitenaf.

Dit zijn enkele voorbeelden van echte use cases van while-loops:

  • Gebruikersinvoer: wanneer we om gebruikersinvoer vragen, moeten we controleren of de ingevoerde waarde geldig is. We kunnen van tevoren onmogelijk weten hoe vaak de gebruiker een ongeldige invoer invoert voordat het programma verder kan gaan. Daarom zou een while-lus perfect zijn voor dit scenario.
  • Zoeken: zoeken naar een element in een datastructuur is een andere perfecte use case voor een while-lus omdat we van tevoren niet weten hoeveel iteraties nodig zijn om de doelwaarde te vinden. Het algoritme voor binair zoeken kan bijvoorbeeld worden geïmplementeerd met een while-lus.
  • Games: In een game kan een while-lus worden gebruikt om de hoofdlogica van het spel actief te houden totdat de speler verliest of het spel is afgelopen. We kunnen van tevoren niet weten wanneer dit zal gebeuren, dus dit is weer een perfect scenario voor een tijdje.

? Hoe While Loops werken

Nu je weet waarvoor while-lussen worden gebruikt, gaan we kijken naar hun belangrijkste logica en hoe ze achter de schermen werken. Hier hebben we een diagram:

Laten we dit in meer detail opsplitsen:

  • Het proces begint wanneer een while-lus wordt gevonden tijdens de uitvoering van het programma.
  • De aandoening wordt geëvalueerd om te controleren of het Trueof is False.
  • Als de voorwaarde is True, worden de instructies die bij de lus horen uitgevoerd.
  • De while-lusvoorwaarde wordt opnieuw gecontroleerd.
  • Als de conditie Trueopnieuw resulteert in , wordt de reeks instructies opnieuw uitgevoerd en wordt het proces herhaald.
  • Wanneer de conditie evalueert naar False, stopt de lus en gaat het programma verder buiten de lus.

Een van de belangrijkste kenmerken van while-lussen is dat de variabelen die in de lus-conditie worden gebruikt, niet automatisch worden bijgewerkt. We moeten hun waarden expliciet bijwerken met onze code om ervoor te zorgen dat de lus uiteindelijk stopt wanneer de conditie evalueert naar False.

? Algemene syntaxis van While-lussen

Super goed. Nu weet je hoe while-loops werken, dus laten we in de code duiken en kijken hoe je een while-loop in Python kunt schrijven. Dit is de basissyntaxis:

Dit zijn de belangrijkste elementen (in volgorde):

  • Het whiletrefwoord (gevolgd door een spatie).
  • Een voorwaarde om te bepalen of de lus doorgaat of niet op basis van de waarheidswaarde ( Trueof False).
  • Een dubbele punt ( :) aan het einde van de eerste regel.
  • De reeks uitspraken die zal worden herhaald. Dit codeblok wordt de "body" van de lus genoemd en moet worden ingesprongen. Als een statement niet is ingesprongen, wordt het niet als onderdeel van de lus beschouwd (zie het onderstaande diagram).

? Tip: De Python-stijlgids (PEP 8) raadt aan om 4 spaties per inspringingsniveau te gebruiken. Tabbladen mogen alleen worden gebruikt om consistent te blijven met code die al is ingesprongen met tabbladen.

? Voorbeelden van While-lussen

Nu je weet hoe while-loops werken en hoe je ze in Python kunt schrijven, laten we met enkele voorbeelden zien hoe ze achter de schermen werken.

Hoe een Basic While Loop werkt

Hier hebben we een eenvoudige while-lus die de waarde afdrukt van iwhilei is kleiner dan 8 ( i < 8):

i = 4 while i < 8: print(i) i += 1

Als we de code uitvoeren, zien we deze uitvoer:

4 5 6 7

Let's see what happens behind the scenes when the code runs:

  • Iteration 1: initially, the value of i is 4, so the condition i < 8 evaluates to True and the loop starts to run. The value of i is printed (4) and this value is incremented by 1. The loop starts again.
  • Iteration 2: now the value of i is 5, so the condition i < 8 evaluates to True. The body of the loop runs, the value of i is printed (5) and this value i is incremented by 1. The loop starts again.
  • Iterations 3 and 4: The same process is repeated for the third and fourth iterations, so the integers 6 and 7 are printed.
  • Before starting the fifth iteration, the value of i is 8. Now the while loop condition i < 8 evaluates to False and the loop stops immediately.

? Tip: If the while loop condition is False before starting the first iteration, the while loop will not even start running.

User Input Using a While Loop

Now let's see an example of a while loop in a program that takes user input. We will the input() function to ask the user to enter an integer and that integer will only be appended to list if it's even.

This is the code:

# Define the list nums = [] # The loop will run while the length of the # list nums is less than 4 while len(nums) < 4: # Ask for user input and store it in a variable as an integer. user_input = int(input("Enter an integer: ")) # If the input is an even number, add it to the list if user_input % 2 == 0: nums.append(user_input)

The loop condition is len(nums) < 4, so the loop will run while the length of the list nums is strictly less than 4.

Let's analyze this program line by line:

  • We start by defining an empty list and assigning it to a variable called nums.
nums = []
  • Then, we define a while loop that will run while len(nums) < 4.
while len(nums) < 4:
  • We ask for user input with the input() function and store it in the user_input variable.
user_input = int(input("Enter an integer: "))

? Tip: We need to convert (cast) the value entered by the user to an integer using the int() function before assigning it to the variable because the input() function returns a string (source).

  • We check if this value is even or odd.
if user_input % 2 == 0:
  • If it's even, we append it to the nums list.
nums.append(user_input)
  • Else, if it's odd, the loop starts again and the condition is checked to determine if the loop should continue or not.

If we run this code with custom user input, we get the following output:

Enter an integer: 3 Enter an integer: 4 Enter an integer: 2 Enter an integer: 1 Enter an integer: 7 Enter an integer: 6 Enter an integer: 3 Enter an integer: 4 

This table summarizes what happens behind the scenes when the code runs:

? Tip: The initial value of len(nums) is 0 because the list is initially empty. The last column of the table shows the length of the list at the end of the current iteration. This value is used to check the condition before the next iteration starts.

As you can see in the table, the user enters even integers in the second, third, sixth, and eight iterations and these values are appended to the nums list.

Before a "ninth" iteration starts, the condition is checked again but now it evaluates to False because the nums list has four elements (length 4), so the loop stops.

If we check the value of the nums list when the process has been completed, we see this:

>>> nums [4, 2, 6, 4]

Exactly what we expected, the while loop stopped when the condition len(nums) < 4 evaluated to False.

Now you know how while loops work behind the scenes and you've seen some practical examples, so let's dive into a key element of while loops: the condition.

? Tips for the Condition in While Loops

Before you start working with while loops, you should know that the loop condition plays a central role in the functionality and output of a while loop.

You must be very careful with the comparison operator that you choose because this is a very common source of bugs.

For example, common errors include:

  • Using < (less than) instead of <= (less than or equal to) (or vice versa).
  • Using > (greater than) instead of >= (greater than or equal to) (or vice versa).  

This can affect the number of iterations of the loop and even its output.

Let's see an example:

If we write this while loop with the condition i < 9:

i = 6 while i < 9: print(i) i += 1 

We see this output when the code runs:

6 7 8

The loop completes three iterations and it stops when i is equal to 9.

This table illustrates what happens behind the scenes when the code runs:

  • Before the first iteration of the loop, the value of i is 6, so the condition i < 9 is True and the loop starts running. The value of i is printed and then it is incremented by 1.
  • In the second iteration of the loop, the value of i is 7, so the condition i < 9 is True. The body of the loop runs, the value of i is printed, and then it is incremented by 1.
  • In the third iteration of the loop, the value of i is 8, so the condition i < 9 is True. The body of the loop runs, the value of i is printed, and then it is incremented by 1.
  • The condition is checked again before a fourth iteration starts, but now the value of i is 9, so i < 9 is False and the loop stops.

In this case, we used < as the comparison operator in the condition, but what do you think will happen if we use <= instead?

i = 6 while i <= 9: print(i) i += 1

We see this output:

6 7 8 9

The loop completes one more iteration because now we are using the "less than or equal to" operator <= , so the condition is still True when i is equal to 9.

This table illustrates what happens behind the scenes:

Four iterations are completed. The condition is checked again before starting a "fifth" iteration. At this point, the value of i is 10, so the condition i <= 9 is False and the loop stops.

? Infinite While Loops

Now you know how while loops work, but what do you think will happen if the while loop condition never evaluates to False?

What are Infinite While Loops?

Remember that while loops don't update variables automatically (we are in charge of doing that explicitly with our code). So there is no guarantee that the loop will stop unless we write the necessary code to make the condition False at some point during the execution of the loop.

If we don't do this and the condition always evaluates to True, then we will have an infinite loop, which is a while loop that runs indefinitely (in theory).

Infinite loops are typically the result of a bug, but they can also be caused intentionally when we want to repeat a sequence of statements indefinitely until a break statement is found.

Let's see these two types of infinite loops in the examples below.

? Tip: A bug is an error in the program that causes incorrect or unexpected results.

Example of Infinite Loop

This is an example of an unintentional infinite loop caused by a bug in the program:

# Define a variable i = 5 # Run this loop while i is less than 15 while i < 15: # Print a message print("Hello, World!") 

Analyze this code for a moment.

Don't you notice something missing in the body of the loop?

That's right!

The value of the variable i is never updated (it's always 5). Therefore, the condition i < 15 is always True and the loop never stops.

If we run this code, the output will be an "infinite" sequence of Hello, World! messages because the body of the loop print("Hello, World!") will run indefinitely.

Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! Hello, World! . . . # Continues indefinitely

To stop the program, we will need to interrupt the loop manually by pressing CTRL + C.

When we do, we will see a KeyboardInterrupt error similar to this one:

To fix this loop, we will need to update the value of i in the body of the loop to make sure that the condition i < 15 will eventually evaluate to False.

This is one possible solution, incrementing the value of i by 2 on every iteration:

i = 5 while i < 15: print("Hello, World!") # Update the value of i i += 2

Great. Now you know how to fix infinite loops caused by a bug. You just need to write code to guarantee that the condition will eventually evaluate to False.

Let's start diving into intentional infinite loops and how they work.

? How to Make an Infinite Loop with While True

We can generate an infinite loop intentionally using while True. In this case, the loop will run indefinitely until the process is stopped by external intervention (CTRL + C) or when a break statement is found (you will learn more about break in just a moment).

This is the basic syntax:

Instead of writing a condition after the while keyword, we just write the truth value directly to indicate that the condition will always be True.

Here we have an example:

>>> while True: print(0) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Traceback (most recent call last): File "", line 2, in  print(0) KeyboardInterrupt

De lus loopt totdat op CTRL + Cwordt gedrukt, maar Python heeft ook een breakinstructie die we rechtstreeks in onze code kunnen gebruiken om dit type lus te stoppen.

De breakverklaring

Deze instructie wordt gebruikt om een ​​lus onmiddellijk te stoppen. Je zou het moeten zien als een rood "stopbord" dat je in je code kunt gebruiken om meer controle te hebben over het gedrag van de lus.

Volgens de Python-documentatie:

De breakverklaring breekt, net als in C, uit de binnenste omhullende forof whilelus.

Dit diagram illustreert de basislogica van de breakverklaring:

Dit is de basislogica van de breakverklaring:

  • De while-lus start alleen als de voorwaarde evalueert naar True.
  • If a break statement is found at any point during the execution of the loop, the loop stops immediately.
  • Else, if break is not found, the loop continues its normal execution and it stops when the condition evaluates to False.

We can use break to stop a while loop when a condition is met at a particular point of its execution, so you will typically find it within a conditional statement, like this:

while True: # Code if : break # Code

This stops the loop immediately if the condition is True.

? Tip: You can (in theory) write a break statement anywhere in the body of the loop. It doesn't necessarily have to be part of a conditional, but we commonly use it to stop the loop when a given condition is True.

Here we have an example of break in a while True loop:

Let's see it in more detail:

The first line defines a while True loop that will run indefinitely until a break statement is found (or until it is interrupted with CTRL + C).

while True:

The second line asks for user input. This input is converted to an integer and assigned to the variable user_input.

user_input = int(input("Enter an integer: "))

The third line checks if the input is odd.

if user_input % 2 != 0:

If it is, the message This number is odd is printed and the break statement stops the loop immediately.

print("This number of odd") break

Else, if the input is even , the message This number is even is printed and the loop starts again.

print("This number is even")

The loop will run indefinitely until an odd integer is entered because that is the only way in which the break statement will be found.

Here we have an example with custom user input:

Enter an integer: 4 This number is even Enter an integer: 6 This number is even Enter an integer: 8 This number is even Enter an integer: 3 This number is odd >>>

? In Summary

  • While loops are programming structures used to repeat a sequence of statements while a condition is True. They stop when the condition evaluates to False.
  • When you write a while loop, you need to make the necessary updates in your code to make sure that the loop will eventually stop.
  • An infinite loop is a loop that runs indefinitely and it only stops with external intervention or when a break statement is found.
  • You can stop an infinite loop with CTRL + C.
  • You can generate an infinite loop intentionally with while True.
  • The break statement can be used to stop a while loop immediately.

I really hope you liked my article and found it helpful. Now you know how to work with While Loops in Python.

Follow me on Twitter @EstefaniaCassN and if you want to learn more about this topic, check out my online course Python Loops and Looping Techniques: Beginner to Advanced.