## 引言
前两篇的分支语句让程序「转弯」，本篇让程序「反复走同一段路」——这是流程控制里最后一块核心拼图：循环（loop）。如果说 `if` 回答「要不要做」，那 `while` 回答「做到什么时候」。人做重复的事情会疲惫、会出错，机器不会：逐行处理日志、等待任务完成、重试直到成功，这些「不知道做几次、只知道何时停」的重复，正是 `while` 的主场。
本篇是第三章第三篇，阅读前提：掌握第一篇的 `if` 语法（`while` 的块结构与它完全一致）、第 2 章的真值测试规则（`while` 的条件同样只问「真还是假」）。范围划清：`for` 循环与 `range` 是第 4 篇的主题；`break` / `continue` 是第 5 篇的主题——本篇涉及它们时仅一句带过并注明，绝不抢先展开；`while` 与 `else` 的组合本篇点到为止，时机成熟在第 5 篇收官。
## 概念与原理
### 为什么需要循环：三种基本结构之一
软件界有一个 1968 年确立的基本共识（Dijkstra 在《Go To Statement Considered Harmful》中系统阐发）：任意程序逻辑都可以只用三种控制结构拼装——**顺序**（一行接一行）、**分支**（if 家族）、**循环**（while/for）。`if` 我们已经会用，「代码复用」又属于函数（第 4 章），而**循环是唯一的「让同一段代码按条件反复执行」的本土结构**。没有它，处理 100 行日志意味着把同一段代码复制 100 遍；有了它，代码写一遍、执行一万次。
`while` 与 `for` 的分工一句话：**`while` 擅长「不知道多少次、只知道什么条件停」**（重试到成功、轮询到可用、消费到队列空）；`for` 擅长「知道要遍历什么」的确定性迭代（第 4 篇）。本篇先建立 `while` 的完整心智。
### while 的执行流程：三拍节奏
`while` 的语法与 `if` 同构：`while 条件:` 加缩进块。执行流程是三拍的循环：
1. 对条件做一次真值测试；
2. 为真 → 执行整个块，然后**跳回第 1 步**重新测试；
3. 为假 → 跳过块，继续执行循环后面的代码。
关键差异在语气上：`if` 是「测一次、做一次」，`while` 是「测一次、做一次，做完再测一次，直到测出假」。因此**块内必须存在改变条件的东西**——变量更新、输入、或者显式退出——否则第 1 步永远为真，循环变成死循环（详见下文）。真值测试的名单与 `if` 完全同一套：`None`、`False`、数值零、空容器为假，其余为真，所以 `while queue:` 表示「队列非空就一直处理」，这是真实工程里最常见的写法。
### 死循环：成因、代价与退出
条件恒为真的循环即死循环（infinite loop）：`while True:` 是最直白的写法，块内没有任何改变条件的语句同样构成死循环。运行死循环的代价是真实的：程序占满一个 CPU 核心空转，界面「卡死」，必须强制中断——交互式环境里按 `Ctrl+C` 会抛出 `KeyboardInterrupt` 异常（异常机制第 7 章展开）终止程序，编辑器与终端也有停止按钮。`while True` 并不是禁忌：菜单、事件监听、连接保持等**服务型代码**刻意用它（条件永远为真，靠内部显式退出），但**每次写 `while True` 都必须同时想清楚退出路径**——这是工程纪律，不是风格偏好。
退出策略主要有三：其一，`break` 语句立即结束循环（第 5 篇细讲，本文先认识它）；其二，**标志位**（flag）：用布尔变量记录「是否该停」，循环条件测试它；其三，让被测试的条件本身发生变化——循环体内更新参与条件的变量，最终把它推出真值名单。后两种是本篇主角，因为它们是「条件驱动」的字面含义，也最不容易写坏。
### 标志位模式与哨兵值
标志位模式（flag pattern）：先定义一个布尔变量 `done = False`，循环条件是 `while not done:`，循环体内的某处分支在合适的时机把 `done` 置为 `True`。它把「什么时候停」这个决策从循环条件里挪进循环体——条件处只需要读懂一个词「没完就继续」。网络重试、等待条件满足、多级确认退出，这类「不知道第几次尝试会成功」的场景是它的主战场；相比直接在循环条件里写「读输入 → 判断」的长表达式，标志位把判断逻辑留在块内、条件永远是一行 `while not done:`，可读性显著占优。
哨兵值（sentinel）是标志位的变体：用一个**特殊值**（而非专用布尔）表示「结束」。最经典的是空字符串：`while task:` 处理一个任务列表，task 被更新为 `""` 时条件为假、循环自然结束。空值即假恰好落进真值名单，不需要任何额外比较。
### while 与 else：正常结束才执行的收尾
`while` 可以带 `else` 子句：`while 条件:` 块 `else:` 收尾块——**只有循环「自然结束」（条件变假）时才执行 `else` 块**；如果循环被 `break` 提前终止，则跳过它。语义总结一句话：「循环完整跑完，才做收尾」。它最适合「确保遍历完整」的检查型代码（比如扫描完之后确认没漏网）。本篇只到这一层，`break` 与 `else` 的完整配合在第 5 篇。
### 循环输入校验：程序的看门人
真实程序的数据大多来自外部——用户键盘、配置文件、网络报文，一律不可全信。**循环输入校验**（input validation loop）是 `while` 最现实的工程场景：反复读取输入，非法就提示重试，直到拿到一个合法值再继续。经典骨架是 `while True` + 读取 + 校验 + `break`；但为了本篇不抢第 5 篇的戏，我们先用标志位版本走通逻辑——你会发现两者只是「退出路径放哪儿」的区别。校验手法上我们首次使用字符串方法 `isdigit()`：它判断一个字符串是否**全部由数字字符组成**（空串返回 False），`"88".isdigit()` 为 True、`"-1".isdigit()` 为 False——正好用来挡掉负数与非数字。
## 操作与实现
先看最小的条件循环——倒数发射，注意循环体如何改变条件：
```python
count = 5
while count > 0: # 条件：还有剩余
print(count) # 5 4 3 2 1
count -= 1 # 关键：更新条件变量，否则死循环
print("发射！") # 发射！
```
`count -= 1` 是循环的灵魂所在：每轮把 `count` 减一，5、4、3、2、1 各打印一次后 `count` 变为 0，条件 `0 > 0` 为假，循环结束，打印「发射！」。把它注释掉重跑——`count` 永远是 5，条件恒真，这就是死循环的现场（运行 5 秒 CPU 转满，然后 `Ctrl+C` 收场）。
累加器模式：把 1 到 100 的和算出来——先初始化「累计变量」再循环：
```python
total = 0 # 累计器：必须初始化
n = 1
while n <= 100:
total += n
n += 1
print(total) # 5050
```
`5050` 这个数字值得记住：1 到 100 求和本是等差数列（101 × 50），循环以笨办法验证同一答案——程序不讲究聪明，讲究正确。累计器 `total` 若忘记初始化，循环体第一行 `total += n` 就会 `NameError`（陷阱四）。
哨兵值退出：处理「任务队列」，空串是结束信号：
```python
tasks = ["登录", "拉取数据", "清洗", ""] # 空串 = 哨兵：队列结束
index = 0
task = tasks[index]
while task: # 空串为假，直接退出
print(f"处理任务：{task}")
index += 1
task = tasks[index] # 更新哨兵：读到空串即停
print("任务队列处理完毕") # 任务队列处理完毕
```
这个例子把三个要点压在一起：真值名单（空串为假）、**循环体必须更新测试所依赖的变量**（`task` 每轮换代）、哨兵设计（用数据自身标记终点，不用布尔标志）。
标志位模式：模拟「重试直到连接成功」——这是网络程序的原型：
```python
attempts = [False, False, True] # 模拟三次探测的结果
i = 0
connected = False
while not connected:
print(f"第 {i+1} 次探测…")
connected = attempts[i] # 成功时刻把标志位翻真
i += 1
print("连接成功") # 连接成功
```
`while not connected:` 是标准的标志位形状：条件里只有标志变量，翻真的动作深藏在块内。换成真实网络场景，`attempts[i]` 就是「发起请求并判断响应」的代码——循环结构一字不改。
`while` 与 `else` 的初次见面：
```python
n = 5
total = 0
while n > 0:
total += n
n -= 1
else:
print("循环自然结束") # 循环自然结束
print(f"1+...+5 = {total}") # 1+...+5 = 15
```
`else` 块在条件变假后执行（本例必然执行）。它真正的用武之地要等第 5 篇的 `break` 登场：`break` 提前离开时 `else` 会被跳过——「完整跑完才收尾」的语义到那时才有完全体，现在先记住「自然结束 → 执行 else」。
`while True` 与显式退出（`break` 仅此一见，第 5 篇细讲）：
```python
count = 0
while True:
print("运行中…", count)
count += 1
if count >= 3:
break # 立即结束循环；第 5 篇系统讲解
print("已退出") # 已退出
```
`while True` 代表「无条件持续」，`break` 是它的刹车——「死循环不是错的，没有刹车的死循环才是错的」是读这段代码该记住的一句话。
最后是循环输入校验的经典骨架（标志位版，本机交互运行）：
```python
score = -1
valid = False
while not valid:
raw = input("输入 0-100 的分数: ")
if raw.isdigit() and 0 <= int(raw) <= 100:
score = int(raw)
valid = True # 校验通过，翻真退出
else:
print("分数无效，请重试")
print(f"收到分数：{score}")
```
`isdigit()` 先行挡掉非数字（连负数也被挡），再叠加范围判断 `0 <= int(raw) <= 100`——第一道门管「是不是数字」，第二道门管「数字在不在范围」。真实运行记录（Python 3.12.10，输入依次为 `150`、`abc`、`88`）：
```text
输入 0-100 的分数: 150
分数无效，请重试
输入 0-100 的分数: abc
分数无效，请重试
输入 0-100 的分数: 88
收到分数：88
```
150 是数字但超界、abc 非数字、88 双层校验全过——两条无效路径都进了重试分支，程序从头到尾没有崩溃。把 `valid = True` 与 `break` 互换，就是「流派二」的写法，两种骨架在工程里都常见，第 5 篇会对比它们的取舍。
## 易错点与陷阱
### 陷阱一：忘记更新循环变量——死循环的头号成因
`while count > 0:` 块内没有 `count -= 1`，或更新语句被缩进错误地移出循环体（多缩进/少缩进），条件恒真，程序卡死。这是教科书第一坑，真实工程里等价形态是「忘记推进游标/忘记消费队列/忘记重赋值」。排查口令：**写完 `while` 先找「哪条语句让条件往假的方向走」**，找不到就该补；运行中卡死，先按 `Ctrl+C` 看栈回溯停在循环哪一行（`KeyboardInterrupt` 的栈信息会指到正在执行的循环体），再检查变量的更新路径。
### 陷阱二：边界差一——多跑一轮与少跑一轮
`while n > 0` 与 `while n >= 0` 差一个单位：前者在 1 时执行最后一次、0 时停；后者会多执行一轮 0。倒计时、分页、累加这类「数着做」的循环最容易栽在这一个符号上。做法：先在纸面上写出**退出时条件变量的值**（本例是 0），再倒推每一轮打印的值，确认首尾都在预期内；或者干脆用第 4 篇的 `for` + `range`，边界写成参数更不易错。
### 陷阱三：`while True` 没有刹车
菜单、监听、常驻服务都需要 `while True`，但「写着写着忘了退出路径」就会让用户面对一个关不掉的程序。规则三条：`while True` 的块内必须有 `break` / 标志位 / 异常退出之一；所有分支都要覆盖退出时机（比如 `if` 命中之外的分支也得想清楚）；服务型循环至少保证 `Ctrl+C` 可中断（不要在例外处理里吞掉 `KeyboardInterrupt`，第 7 章细讲）。
### 陷阱四：循环里的变量没初始化
累计器 `total`、计数器 `i`、标志位 `connected` 在循环条件或循环体里被使用前必须初始化。漏了初始化：参与运算的变量直接 `NameError`（`total += n` 触发「在赋值前引用」）；而只读不写的变量（如 `while queue:` 里潜在的 `queue` 未定义）报 `NameError` 更早。奇怪的是**标志位忘初始化往往不报错**——`while not connected:` 若在块内首次赋值，Python 把它当作循环体的局部变量，条件处读取时它还未绑定，照样 `NameError`。初始化变量是循环的前置仪式，别省略。
## 小结
`while` 是「测试 → 执行 → 再测试」的条件循环：条件为真就再来一遍，条件变假才放行；条件接受一切真值，空容器与零天然是「停止信号」。循环体必须让条件最终变假，三件退出武器——`break`（第 5 篇细讲）、标志位、哨兵值——各有分工，`while True` 必须配刹车。`else` 子句只在循环自然结束时执行。循环输入校验用双层门（`isdigit()` 挡非数字、范围判断挡越界）把非法输入拦在门外。四大陷阱：忘更新变量、差一错误、`while True` 无刹车、变量未初始化。下一篇进入 `for` 与 `range`：当「要做多少次」确定或「要遍历什么」明确时，`for` 是比 `while` 更优雅的答案。
## 练习与思考题
1. 不运行代码，写出下面程序的输出，再运行验证：`n = 1`，`while n < 10: print(n)`，`n = n * 2`——它是死循环还是正常结束？把 `10` 改成 `16` 呢？
2. 用标志位模式写「猜数字」的骨架：`secret = 7`，程序反复读整数（用 `input()`），猜中才退出——并用本篇的 `isdigit()` 双层校验处理非法输入。（猜数字完整版是第 8 篇的实战主题。）
3. 找出下面代码的 bug 并用三种不同方式修正：`i = 0`，`total = 0`，`while i < 5: total += i`——提示：缺了什么？修正后 `total` 应等于多少？
4. 思考题：`while` 的条件能接受哪些「假值」？在没有 `break` 的情况下，分别用「标志位」与「哨兵值」重写第 3 题，说明两者各自适合什么场景？（提示：重温第 2 章真值测试名单。）