Циклы в Python: принципы работы и примеры использования

Циклы в Python — основной инструмент разработчика. С их помощью можно автоматизировать задачи, парой строк кода выполнять несколько действий и генерировать данные. Разбираемся с принципами работы циклов в Python на примерах.

Что такое циклы в Python

Циклы в Python, как и в любом другом языке программирования, позволяют выполнять одно действие несколько раз подряд. Конечно, каждую операцию можно отдельно прописать в коде, но это займет много времени и места и такую конструкцию будет тяжело читать. Упростить задачу можно с помощью цикла.

К примеру, для вывода в консоль цифр от одного до пяти можно воспользоваться пятью отдельными вызовами функции print().

print(1)
print(2)
print(3)
print(4)
print(5)

>>> 1
>>> 2
>>> 3
>>> 4
>>> 5

А можно завернуть все в цикл for, вызывая функцию print() всего один раз. Вместо пяти строк кода получилось две. Если придется переписать все для вывода чисел с одного до десяти, то надо будет исправить только границы цикла, а не переписывать десять вызовов.

for number in range(1, 6):
    print(number)

>>> 1
>>> 2
>>> 3
>>> 4
>>> 5

Зачем нужны циклы в Python

В Python циклы используют для автоматизации процессов как в простых программах, так и в проектах с большой кодовой базой. Обычно циклы применяются:

• для повторения задач. С помощью циклов можно вызывать функции несколько раз, а сами циклы могут зависеть от условий;
• работы с данными. Можно просуммировать все числа в списке, вывести результат, сохранить его или передать аргументом в другую функцию;
• итерации. Цикл for позволяет перебрать все символы в строке, подсчитать их количество в общем или по заданному условию — к примеру, только гласные или согласные буквы;
• обработки файлов. Можно загрузить документ и с помощью цикла заменить в нем все вхождения определенного слова на другое.

Цикл while

Цикл while позволяет выполнять повторяющиеся действия до тех пор, пока не будет достигнуто определенное условие. Это вид циклов в Python, с которым легче всего разобраться. В общем виде конструкция while выглядит следующим образом:

while условие:
    блок_кода

В цикл while входят: 

• условие. Логическое выражение, определяющее, когда должно прерваться выполнение цикла. Блок кода будет выполняться до тех пор, пока условие истинно;
• блок кода. Набор операций и вызовов функций, который запускается при каждой новой итерации.

Реализуем простейшую проверку ввода корректного пароля пользователем. Для этого создадим переменную password и поместим в нее сам пароль, у нас это будет qwerty. Цикл while будет выполняться до тех пор, пока пользовательское значение будет отличаться от содержимого переменной password.

password = "qwerty"
input_password = input("Введите пароль: ")

while input_password != password:
    print("❌ Неверный пароль. Попробуйте снова.")
    input_password = input("Введите пароль: ")

print("✅ Доступ разрешен. Вы ввели правильный пароль.")

Цикл while очень простой, но с ним все равно могут возникать проблемы. К примеру, можно создать бесконечный цикл, который никогда не перестанет выполняться. Его смогут прервать только принудительное завершение программы, переполнение памяти или смена условия в коде.

while True:
    print("Это бесконечный цикл.")

В примере выше условие True всегда истинно и не изменяется, а значит, ничто не сможет завершить выполнение блока кода. В результате получим бесконечный вывод строки в консоль. Следует внимательно следить за тем, чтобы всегда было условие выхода из цикла.

Цикл for

С помощью for в Python удобно выполнять повторяющиеся действия для каждого элемента в коллекции (списке, кортеже или строке). Количество повторений зависит от того, сколько элементов надо пройти, а выход из цикла происходит после того, как элементы для итерирования закончились. В общем виде цикл for выглядит так:

итерируемая_коллекция = [..., ..., ...]
for временная_переменная in итерируемая_коллекция:
    блок_кода

В него входят:

• итерируемая коллекция. Структура данных, по которой проходит цикл;
• временная переменная. Нужна для работы со значениями коллекции на каждом новом шаге выполнения цикла;
• блок кода. Действия с переменной, выполняемые на каждом круге.

Теперь напишем цикл, который проходится по набору чисел и определяет, четные они или нет. Будем использовать for и условия внутри блока кода.

numbers = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
for num in numbers:
    if num % 2 == 0:
        print(f"{num} - четное число")
    else:
        print(f"{num} - нечетное число")

>>> 1 - нечетное число
>>> 2 - четное число
>>> 3 - нечетное число
>>> 4 - четное число
>>> 5 - нечетное число
>>> 6 - четное число
>>> 7 - нечетное число
>>> 8 - четное число
>>> 9 - нечетное число

Диапазоны чисел

Часто надо задать количество итераций, но для этого неудобно заводить новую переменную с коллекцией. В таком случае можно создать диапазон чисел для итерации, который будет жить только внутри цикла. Делается это с помощью функции range(), которой можно передать до трех аргументов.

Один аргумент. В таком случае можно создать диапазон чисел от нуля до n-1. К примеру, если указать range(5), то на выходе получим [0, 1, 2, 3, 4].

for i in range(5):
    print(i)

>>> 0
>>> 1
>>> 2
>>> 3
>>> 4

Два аргумента. Если передать в range() сразу два аргумента, то получится диапазон от первого числа ко второму. Надо помнить, что при выводе второй аргумент будет уменьшен на единицу.

for i in range(5, 10):
    print(i)

>>> 5
>>> 6
>>> 7
>>> 8
>>> 9

Три аргумента. Можно добавить третий аргумент, тогда можно будет задавать шаг последовательности. К примеру, если нужны только четные числа, то начинаем диапазон с четного числа и устанавливаем шаг 2.

for i in range(2, 11, 2):
    print(i)

>>> 2
>>> 4
>>> 6
>>> 8
>>> 10

Выход из цикла с помощью break

Иногда из цикла надо выйти до того, как он закончит выполняться, — к примеру, при достижении определенного условия, влияющего на дальнейшую логику программы. В Python это можно сделать с помощью ключевого слова break.

Представим, что надо пройтись по всем числам в коллекции с помощью цикла for, но выйти из него, если встретилась единица.

numbers = [2, 3, 4, 1, 5, 6, 7, 8, 9]
for num in numbers:
    if num == 1:
        print("Выход из цикла")
        break
    print(num)

>>> 2
>>> 3
>>> 4
>>> Выход из цикла

Выполнение цикла прервалось до того, как программа успела пройтись по всем элементам коллекции. Все из-за того, что мы достигли условия и сработало ключевое слово break. Если убрать единицу из коллекции, то цикл выведет все числа.

numbers = [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
for num in numbers:
    if num == 1:
        print('Выход из цикла')
        break
    print(num)

>>> 2
>>> 3
>>> 4
>>> 5
>>> 6
>>> 7
>>> 8
>>> 9

Переход к следующей итерации

Можно не только принудительно выходить из цикла, но и пропускать его итерации по условию с помощью continue. Мы уже использовали range() для вывода только четных чисел коллекции. Теперь реализуем этот алгоритм с помощью пропуска итераций.

for i in range(1, 11):
    if i % 2 != 0:
        continue
    print(i)

>>> 2
>>> 4
>>> 6
>>> 8
>>> 10

В условии проверяем остаток от деления числа на два. Если он не равен нулю, то пропускаем число и не выводим его. Таким образом, мы не прервали выполнение цикла, но пропустили лишние итерации.

Генератор коллекций

Python позволяет записывать циклы for в одну строку. Так код получается более компактным и его можно использовать в дополнительных задачах. К примеру, с помощью такой записи генерируют коллекции.

Представим, что надо быстро создать список чисел от одного до десяти. Можно объявить переменную и сделать это вручную.

num = [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]
print(num)

>>> [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

Это занимает много времени, особенно если в списке будет больше чисел. Поэтому можно автоматизировать задачу с помощью однострочного цикла for.

num = [i for i in range(1, 11)]
print(num)

>>> [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]

Можно использовать и условия — к примеру, сгенерировать список только нечетных чисел.

num = [i for i in range(1, 11) if i % 2 != 0]
print(num)

>>> [1, 3, 5, 7, 9]

Вложенные циклы

В Python можно из одного цикла вызывать другой цикл. В таком случае код усложняется, но это полезно во многих задачах. К примеру, надо пройтись по всем значениям таблицы. Одним циклом перебираем значения ячеек в строке, а вторым — переключаемся на новую строку. Общая запись вложенных циклов выглядит так:

for условие:
    блок_кода
    for условие:
        блок_кода

Для примера представим, что у нас есть таблица из двух строк и четырех столбцов. Обойдем каждую ее ячейку с помощью вложенного цикла, выводя индекс каждой ячейки.

for i in range(1, 3):
    for j in range(1, 5):
        print(f'Ячейка {i}:{j}')

>>> Ячейка 1:1
>>> Ячейка 1:2
>>> Ячейка 1:3
>>> Ячейка 1:4
>>> Ячейка 2:1
>>> Ячейка 2:2
>>> Ячейка 2:3
>>> Ячейка 2:4

Итог

• Циклы — базовый инструмент программирования на Python. С их помощью разработчики могут быстро выполнять повторяющиеся действия, автоматизируя процесс.
• В каждом цикле есть условие и блок кода, которые выполняются, пока условие истинно.
• С помощью циклов for можно итерировать коллекции данных, выполняя преобразования.
• В циклах while задается явное условие.
• С помощью ключевого слова break можно в любой момент прервать выполнение цикла.
• Continue позволяет пропускать итерации, не подходящие под условие.