迭代是什么？

一个给 10,000 名用户发送提醒邮件的程序，并不会包含 10,000 份发送代码。发送代码只写一次，放在循环里，循环为每个用户运行一次。每运行一次就是一次迭代，而整个循环就是程序对所有用户进行迭代的方式。

迭代是如何一步步工作的

每个循环都遵循同样的周期：

1. 检查。 检验循环条件，这个条件是一个布尔值：还有下一项吗？计数器是否仍低于上限？
2. 执行。 如果答案为真，就执行一次循环体。
3. 更新。 移到下一项，或者修改计数器。
4. 重复。 回到第 1 步。当检查结果为假时，程序继续执行循环之后的代码。

在下面的例子中，循环体执行了五次，每次迭代都把下一个数加到累计总和上：

total = 0

for n in range(1, 6):
    total = total + n
    print("iteration", n, "total is now", total)

print("Done:", total)

iteration 1 total is now 1
iteration 2 total is now 3
iteration 3 total is now 6
iteration 4 total is now 10
iteration 5 total is now 15
Done: 15

变量 total 位于循环之外，所以它的值能从一次迭代保留到下一次。这种在循环前设置、在循环内更新的变量叫作累加器，几乎每个用来计算的循环里都有它。

计数循环和条件循环

迭代分为两种。确定迭代会运行已知的次数：列表中每一项运行一次，或者从 1 到 5 的每个数各运行一次。Python 的 for 循环就是为此设计的，常常配合 range() 一起使用。

不确定迭代会一直重复，直到某件事发生为止，执行多少轮事先并不知道。while 循环适合这种情况：

balance = 100
years = 0

while balance < 200:
    balance = balance * 1.10
    years = years + 1

print(years, "years, balance", round(balance, 2))

8 years, balance 214.36

每年增长 10% 的钱需要 8 年才能翻倍。程序是通过迭代得出这个结果的，而不是通过解方程。for 循环和 while 循环指南介绍了这两种循环在 Python 中的用法。

遍历集合

大多数循环都是在遍历一个集合：数组中的元素、字符串中的字符、文件中的行。Python 的 for 循环会把每个元素直接交给你，enumerate() 则会附上它的位置：

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

for index, fruit in enumerate(fruits):
    print(index, fruit)

0 apple
1 banana
2 cherry

在幕后，for 会先用 iter() 向集合请求一个迭代器，然后每次迭代对它调用一次 next()。你也可以自己进行同样的调用：

colors = ["red", "green", "blue"]

it = iter(colors)
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it))
print(next(it, "no more items"))

red
green
blue
no more items

如果没有提供默认值，第四次 next() 会抛出 StopIteration。for 循环正是靠这个异常信号知道集合已经遍历完了。

其他语言用不同的写法表达同样的思想。C 用索引计数，而 Java 和 JavaScript 还提供了一种直接把每个元素交给你的循环：

for (int i = 0; i < 3; i++) {
    printf("%s\n", colors[i]);
}

for (String color : colors) {
    System.out.println(color);
}

for (const color of colors) {
    console.log(color);
}

迭代与递归的区别

递归是重复执行工作的另一种方式：一个函数针对问题的更小版本调用自己，直到遇到可以直接给出答案的情况。用其中一种写出的代码都可以改写成另一种，但它们的行为有所不同：

内存这一行在实践中很重要。Python 默认只允许大约 1,000 层嵌套调用，所以用递归对 5,000 个数求和会失败，而循环则毫无压力：

def sum_loop(n):
    total = 0
    for k in range(1, n + 1):
        total = total + k
    return total

def sum_recursive(n):
    if n == 0:
        return 0
    return n + sum_recursive(n - 1)

print(sum_loop(100), sum_recursive(100))
print(sum_loop(5000))

try:
    print(sum_recursive(5000))
except RecursionError:
    print("sum_recursive(5000) failed: RecursionError")

5050 5050
12502500
sum_recursive(5000) failed: RecursionError

递归可视化一步步展示了调用栈如何增长和收缩。

常见错误

无限循环。 条件永远不会变为假的 while 循环会一直运行，直到你手动停止程序。常见原因是忘了更新步骤，比如漏写了 count = count - 1。

差一错误。 range(1, 5) 给出的是 1、2、3 和 4，没有 5，因为结束值不包含在内。多运行一次或少运行一次的循环照样不会报错，却会给出错误的答案，这就是逻辑错误。

遍历列表时修改它。 从正在迭代的列表中删除元素，会让循环跳过一些元素：

numbers = [1, 2, 2, 3]

for n in numbers:
    if n == 2:
        numbers.remove(n)

print(numbers)

[1, 2, 3]

有一个 2 被留了下来，因为删除第一个 2 之后，第二个 2 被挪到了循环已经走过的位置。正确的做法是构建一个新列表：numbers = [n for n in numbers if n != 2]。

下一步学什么

循环用来遍历集合，所以数组是什么是自然的配套阅读；布尔值是什么解释了决定循环何时停止的真假判断。如果循环给出了错误的结果却没有任何错误提示，可以阅读逻辑错误是什么。想练习编写循环，可以开始学习 Python 课程，或者在 Python 在线编辑器中试试上面的示例。