Przejdź do głównej zawartości

Pętle

W programach komputerowych bardzo często nie wszystko wiemy na etapie pisania programu. Działanie naszego programu może zależeć od zmiennych podawanych przez użytkownika, od danych ładowanych z pliku lub internetu. Poznaliśmy już instrukcje warunkowe, które pozwalają na sprawdzenie czy zachodzą pewne warunki. Drugim narzędziem, z którego będziemy korzystać, będą pętle, które pozwalają nam wykonywać operacje wielokrotnie.

Pętla while​

Pętla while (z angielskiego dopóki) jest rozszerzeniem instrukcji warunkowej if. Ma taką samą konstrukcję, z tą różnicą, że jej ciało będzie się wykonywało tak długo, jak spełniony będzie postawiony w niej warunek. Spójrzmy na poniższy przykład:

i: int = 0

while i < 4:
  print(f"Wartość i to {i}")
  i = i + 1

Uruchomienie takiego programu spowoduje wypisane:

> Wartość i to 0
> Wartość i to 1
> Wartość i to 2
> Wartość i to 3

Zauważmy, że wartość zmiennej i po wyjściu z pętli to 4, ale wartość nie została wypisana. Wynika to z tego, że dla i = 4 warunek pętli i < 4 przyjmuje już wartość False.

Spójrzmy na nieco bardziej skomplikowany przykład, który pozwoli nam obliczyć sumę wszystkich elementów listy:

lista: list[int] = [12, 18, 1, 4]
i: int = 0
suma: int = 0

while i < len(lista):
  suma = suma + lista[i]
  i = i + 1

print(f"Suma elementów listy to: {suma}")

Jak dobrze pamiętamy, listy w Pythonie są indeksowane od zera, stąd początkowa wartość zmiennej i to właśnie zero. Zwróćmy też uwagę, że tak napisana pętla nie spowoduje błędu związanego ze zbyt dużym (nieistniejącym) indeksem:

  • jeśli lista jest pusta, to len(lista) == 0, więc pętla się nie wykona,
  • jeśli długość listy to n, to po wyjściu z pętli i == n, ale iteracja dla i == n się nie wykona, tak jak w poprzednim przykładzie.

Na koniec zobaczmy tylko, jak napisać pętlę, która będzie się wykonywała w nieskończoność:

ważne

Ten program będzie wykonywał się w nieskończoność. Jeśli chcemy przerwać jego wykonanie, to możemy skorystać z czerwonego przycisku zatrzymania w PyCharmie, który znajduje się obok zielonego przycisku "play". Alternatywnie możemy użyć skrótu klawiszowego Ctrl-C w okienku, w którym wykonuje się program.

i: int = 0

while True:
  print("Numer iteracji: {i}")
  i = i + 1

Warunkiem wykonywania tej pętli jest True, które jest zawsze prawdą, więc ta pętla będzie wykonywana w nieskończoność.

Pętla for​

We wszystkich powyższych przykładach korzystamy ze zmiennej i, którą zwiększamy w każdej iteracji pętli instrukcją i = i + 1. Nie wygląda to zbyt elegancko i jest niewygodne, bo trzeba o tym pamiętać pisząc każdą pętlę, dlatego istnieje też pętla for, która jest specjalnie stworzona do iterowania się po listach i przedziałach.

Prześledźmy kod programu analogicznego do pierwszego przykładu pętli while, ale w wersji z pętlą for:

for i in range(4):
  print(f"Wartość i to {i}")

Uruchomienie takiego programu spowoduje wypisane tego samego, co w przykładzie z pętlą while:

> Wartość i to 0
> Wartość i to 1
> Wartość i to 2
> Wartość i to 3

Funkcja range() pozwala nam iterować się po wszystkich liczbach z przedziału od 0 do 4. Wartość zmiennej i jest aktualizowana przy każdym wykonaniu pętli i nie musimy nic z nią robić.

Dodatkowo funkcja range() może otrzymać więcej argumentów, które pozwalają tworzyć bardziej zaawansowane iteracje. Pierwszym argumentem jest wartość początkowa, drugim wartość końcowa, a trzecim krok, czyli o ile zwiększana jest zmienna i w kolejnych wykonaniach:

for i in range(4, 10, 2):
  print(f"Wartość i to {i}")

Uruchomienie takiego programu spowoduje wypisane:

> Wartość i to 4
> Wartość i to 8

Moglibyśmy wykorzystać funkcję range do iterowania się po indeksach listy (np. używając range(len(lista))), ale Python oferuje lepsze rozwiązanie:

lista: list[int] = [12, 18, 1, 4]
suma: int = 0

for e in lista:
  suma = suma + e

print(f"Suma elementów listy to: {suma}")

W tym wypadku zmienna e przyjmuje jako wartości kolejne elementy listy. Nie ma więc potrzeby wyciągania wartości z listy przy pomocy indeksów. Jeśli jednak z jakiegoś powodu potrzebujemy indeksów listy, to możemy to zrobić w następujący sposób:

lista: list[int] = [12, 18, 1, 4]

for indeks, element in enumerate(lista):
  print(f"Wartość pod indeksem {indeks} to {element}")

Zachęcam do sprawdzenia powyższego przykładu samemu.

Instrukcje continue oraz break​

Zobaczyliśmy już jak działają pętle, a także przykład pętli nieskończonej. Nasuwa się więc pytanie, jak możemy zakończyć wykonanie pętli wcześniej? Do tak zwanej kontroli przepływu (ang. flow control) służą dwie instrukcje, które dostępne są tylko wewnątrz pętli. Zobaczmy ich działanie na przykładzie:

for i in range(9):
  if i % 2 == 0:
    continue

  if i == 6:
    break

  print(f"Wartość i to {i}")

Powyższy program wypisze na wyjście standardowe:

> Wartość i to 1
> Wartość i to 3
> Wartość i to 5

Instrukcja continue powoduje zatrzymanie wykonywania aktualnej iteracji pętli i rozpoczyna wykonanie kolejnej iteracji, dlatego w powyższym przykładzie nie są wypisywane liczby parzyste.

Intrukcja break powoduje całkowite zatrzymanie całego wykonania pętli, dlatego nie zostają wypisane wartości większe od 5.

Inne sposoby iteracji​

Poniżej przedstawiony został materiał dodatkowy, czyli metody iteracji dostępne w innych językach programowania, ale niezaimplementowane w Pythonie. Warto je znać, bo rzadko kiedy programiści pracują całe życie tylko z jednym językiem programowania.

Pętla do-while​

Pętlą podobną do while jest pętla do-while dostępna w większości języków programowania, np. w C i C++:

#include <iostream>

// Tworzymy nową zmienną typu całkowitoliczbowego
int i = 0;

// Zwykła pętla while
while (i < 0) {
  // Instrukcja wypisania, która nigdy się nie wykona, bo 0 < 0 zwraca False
  std::cout << "Wykonanie pętli while" << std::endl;
}

// Pętla do-while
do {
  // Instrukcja wypisania wykona się raz
  std::cout << "Wykonanie pętli do-while" << std::endl;
} while (i < 0)

Już sam zapis treści pętli do-whilesugeruje jej działanie - pętla najpierw jest wykonywana w całości, a potem dopiero sprawdzany jest warunek. Oznacza to, że w przeciwnieństwie do pętli while, treść pętli do-while zawsze zostanie wykonana przynajmniej raz.

Pętla do-while nie jest często spotykaną konstrukcją, ale są pewne problemy, które najłatwiej rozwiązać z jej użyciem.

Konstrukcja foreach​

Konstrukcja foreach jest dostępna na przykład w języku programowania Java i jest podobna do wspomnianej wcześniej pętli for na listach w Pythonie. Pozwala ona iterować się po elementach listy w następujący sposób:

ArrayList<Integer> lista = new ArrayList();
lista.add(1);
lista.add(2);
lista.add(3);

lista.forEach(elem -> {
  System.out.println(elem)
});

Powyższy program wypisze:

> 1
> 2
> 3

Zmienna elem przyjmuje jako wartość kolejne elementy z listy lista. W nawiasach wąsatych zapisana jest treść funkcji, która wykonywana jest dla każdego elementu i dostępna jest w niej zmienna elem.