Stel dat je de gebruiker moet vragen om vijf getallen, ze moet optellen, en dan het totaal moet laten zien. Met het materiaal dat tot nu toe behandeld is, zou je dat als volgt coderen:

from pcinput import getInteger

num1 = getInteger( "Nummer 1: " )
num2 = getInteger( "Nummer 2: " )
num3 = getInteger( "Nummer 3: " )
num4 = getInteger( "Nummer 4: " )
num5 = getInteger( "Nummer 5: " )

print( "Totaal is", num1 + num2 + num3 + num4 + num5 )

Maar wat als je om 500 nummers moet vragen? Ga je die regel code waar om een getal wordt gevraagd 500 keer kopiëren? Dat moet toch op een gemakkelijkere manier kunnen?

Natuurlijk kan dat gemakkelijker. Je kunt hiervoor een loop gebruiken.

De eerste loop die ik bespreek is de while loop. Een while statement lijkt heel veel op een if statement. De syntax is:

while <boolean expressie>:
    <acties>

Net als bij een if statement, test een while statement een boolean expression, en als de expressie True oplevert, wordt het blok code onder de while uitgevoerd. Echter, in tegenstelling tot een if statement, gaat Python, wanneer het blok code uitgevoerd is, terug naar de boolean expressie naast de while, en test die opnieuw. Als de expressie nog steeds True oplevert, dan wordt het blok code nogmaals uitgevoerd. En als het is uitgevoerd, keert Python wederom terug naar de boolean expressie. Dit wordt steeds herhaald, totdat de boolean expressie False oplevert. Pas op dat moment slaat Python het blok code onder de while over en gaat eronder verder.

Merk op dat als de boolean expressie meteen False oplevert de eerste keer dat Python hem ziet, dan wordt het blok code onder de while onmiddellijk overgeslagen, net zoals gebeurt bij een if statement.

while loop, eerste voorbeeld

Ik neem een eenvoudig voorbeeld: het printen van de nummers 1 tot en met 5. Met een while loop kun je dat als volgt doen:

num = 1
while num <= 5:
    print( num )
    num += 1
print( "Klaar" )

Deze code wordt ook weergegeven in het stroomdiagram in afbeelding 8.2¹.

Het is van essentieel belang dat je deze code snapt, dus ik neem hem stap voor stap door.

De eerste regel initialiseert een variabele num. Dit is de variabele die de code gaat afdrukken, dus hij wordt geïnitialiseerd op 1, omdat 1 de eerste waarde is die afgedrukt moet worden.

Dan start de while loop. De boolean expressie zegt num <= 5. Omdat num 1 is, en 1 kleiner is dan 5, levert de expressie True. Dus wordt het blok code onder de while uitgevoerd.

De eerste regel van het blok code print de waarde van num, dus 1. De tweede regel telt 1 op bij de waarde van num, zodat num nu 2 is. Python gaat daarna terug naar de boolean expressie. De laatste regel van het programma, het printen van het woord “Klaar,” wordt dus (nog) niet uitgevoerd omdat hij niet in het code blok van de loop zit, en de loop nog niet afgelopen is.

Omdat num 2 is, evalueert de boolean expressie nog steeds als True. Het blok code wordt dus nogmaals uitgevoerd. 2 wordt afgedrukt, num krijgt waarde 3, en de code keert terug bij de boolean expressie.

Omdat num 3 is, evalueert de boolean expressie nog steeds als True. Het blok code wordt dus nogmaals uitgevoerd. 3 wordt afgedrukt, num krijgt waarde 4, en de code keert terug bij de boolean expressie.

Omdat num 4 is, evalueert de boolean expressie nog steeds als True. Het blok code wordt dus nogmaals uitgevoerd. 4 wordt afgedrukt, num krijgt waarde 5, en de code keert terug bij de boolean expressie.

Omdat num 5 is, evalueert de boolean expressie nog steeds als True. Het blok code wordt dus nogmaals uitgevoerd. 5 wordt afgedrukt, num krijgt waarde 6, en de code keert terug bij de boolean expressie.

Omdat num 6 is, evalueert de boolean expressie als False (aangezien 6 niet kleiner dan of gelijk aan 5 is). Het blok code wordt overgeslagen, en Python gaat verder met de eerste regel na het blok code. Dat is de laatste regel van het programma. Het woord “Klaar” wordt afgedrukt, en het programma eindigt.

Wijzig de code hierboven zodat de getallen 1, 3, 5, 7, en 9 afgedrukt worden.

while loop, tweede voorbeeld

Als je het eerste voorbeeld begrijpt, begrijp je waarschijnlijk ook hoe je de gebruiker kunt vragen om vijf getallen, en dan de som van de vijf te berekenen:

from pcinput import getInteger

totaal = 0
teller = 0
while teller < 5:
    totaal += getInteger( "Geef een nummer: " )
    teller += 1

print( "Totaal is", totaal )

Bestudeer bovenstaande code. Er worden twee variabelen gebruikt. totaal wordt gebruikt om de vijf getallen in op te tellen. totaal begint op nul, omdat bij de start van het programma nog geen getallen ingegeven zijn, dus het totaal is nul. teller wordt gebruikt om te tellen hoe vaak de loop doorlopen is. Omdat de loop vijf keer uitgevoerd moet worden, start teller op nul en de boolean expressie voor de loop test of teller kleiner is dan 5. Dus teller moet iedere keer dat de loop doorlopen wordt met 1 verhoogd worden, zodat na vijf keer doorlopen de boolean expressie False is .

Je vraagt je misschien af waar ik teller liet starten bij 0 en de boolean expressie liet testen of teller < 5. Waarom begon ik niet bij teller = 1 en heb ik niet teller <= 5 getest? De reden is gewoonte: programmeurs zijn gewend om indices bij 0 te laten beginnen en als ze tellen, te tellen “tot maar niet inclusief.” Als je verder gaat met programmeren zul je ontdekken dat de meeste code deze gewoonte naleeft. De meeste standaard programmeerconstructies die indices gebruiken, doen het ook zo. Mijn advies is daarom dat je hieraan gewend raakt, want dat zal code gemakkelijker leesbaar maken.

Opmerking: De variabele teller is wat programmeurs een “wegwerp variabele” noemen. Het enige doel van deze variabele is te tellen hoe vaak de loop doorlopen is. De variabele heeft geen echte betekenis voor de loop, in de loop, of nadat de loop afgelopen is. Programmeurs kiezen vaak één-letter namen voor dit soort variabelen, meestal i of j (ik neem aan dat i ooit begonnen is als afkorting voor “integer,” en j gekozen is omdat het na i komt). In het voorbeeld heb ik voor de duidelijkheid de naam teller gekozen, maar een i was acceptabel geweest.

Wijzig de code hierboven zodat niet alleen het totaal maar ook het gemiddelde wordt afgedrukt.

De eerste voorbeeldcode in dit hoofdstuk vroeg de gebruiker om vijf getallen in te geven. In dat voorbeeld werd steeds de prompt “Geef nummer x: “ gebruikt, waarbij x een cijfer is. Kun je de code hierboven, waarin een loop gebruikt wordt, zo veranderen dat ook steeds een veranderende prompt wordt gebruikt voor de getallen?

De while loop onder controle van de gebruiker

Stel je voor dat je in het tweede voorbeeld de gebruiker niet wilt beperken tot slechts vijf getallen. Je wil de gebruiker zoveel getallen laten ingeven als hij wil, inclusief helemaal geen getallen. Dat betekent dat je niet weet hoe vaak de loop doorlopen moet worden. In plaats daarvan bepaalt de gebruiker hoe vaak de loop doorlopen wordt. Je moet dus de gebruiker de mogelijkheid geven om aan te geven dat hij klaar is met getallen ingeven.

De code hieronder laat zien hoe je een while loop kunt opzetten die de gebruiker zoveel getallen laat ingeven als gewenst. De gebruiker stopt met het ingeven van getallen door een nul in te geven. Het totaal wordt afgedrukt wanneer de loop beëindigd is.

from pcinput import getInteger
    
num = -1
totaal = 0
while num != 0:
    num = getInteger( "Geef een nummer: " )
    totaal += num
print( "Totaal is", totaal )

Deze code functioneert, maar er zitten minimaal twee lelijke dingen in. Op de eerste plaats wordt num geïnitialiseerd op -1. De -1 zelf is betekenisloos, ik moest gewoon een waarde hebben die ervoor zou zorgen dat de loop minstens één keer uitgevoerd zou worden. Ten tweede stopt de loop niet meteen als de gebruiker nul ingeeft; in plaats daarvan wordt de ingave van de gebruiker opgeteld bij totaal. Omdat die ingave nul is, wijzigt totaal niet, maar als ik had gesteld dat de gebruiker de loop eindigt door bijvoorbeeld een negatief getal in te geven, dan zou totaal daarna de verkeerde waarde bevatten.

Vanwege deze lelijke kanten aan de code, prefereren sommige programmeurs om het als volgt te schrijven:

from pcinput import getInteger
    
num = getInteger( "Geef een nummer: " )
totaal = 0
while num != 0:
    totaal += num
    num = getInteger( "Geef een nummer: " )
print( "Totaal is", totaal )

Dit lost de twee hierboven genoemde lelijke zaken op, maar introduceert iets anders lelijks, namelijk de herhaling van de getInteger() functie. Hoe je dat kunt oplossen volgt later in dit hoofdstuk. Op dit moment hoef je alleen te snappen hoe de while loop werkt.

Maak een loop die de gebruiker een aantal getallen laat ingeven, totdat hij nul ingeeft, en dan het totaal en het gemiddelde afdrukt. Vergeet niet te testen met nul getallen ingeven, en met een aantal keer hetzelfde getal ingeven.

Eindeloze loops

De code hieronder begint bij nummer 1, en telt nummers op, totdat het een nummer tegenkomt dat, als het gekwadrateerd wordt, deelbaar is door 1000. De loop bevat een fout. Kijk of je de fout weet te vinden (zonder de code uit te voeren!).

nummer = 1
totaal = 0
while (nummer * nummer) % 1000 != 0:
    totaal += nummer
print( "Totaal is", totaal )

De titel boven deze paragraaf gaf het antwoord natuurlijk al weg: deze code bevat een loop die nooit eindigt. Als je hem uitvoert, lijkt het alsof het programma “hangt,” dus wel draait maar niks doet. Maar het doet niet niks, het is zelfs hoogst actief, maar het is bezig een nooit-eindigende optelling uit te voeren. nummer begint bij 1, maar wordt in de loop niet gewijzigd. Daarom wordt de boolean expressie nooit False. Dit is een “eindeloze loop.” Dit soort loops zijn het grootste gevaar als je while loops bouwt.

Als je deze code uitvoert in IDLE, kun je de uitvoering afbreken door Ctrl-C te drukken. Andere editors hebben menu opties waarmee je de uitvoering van code kunt onderbreken. In gebruikersonvriendelijke omgevingen moet je soms het proces waarin Python draait via een systeem commando of systeem programma afbreken.

Omdat iedere programmeur zo nu en dan per ongeluk een eindeloze loop schrijft, is het een goed idee als je, wanneer je begint met het schrijven van een while loop, onmiddellijk een regel code toevoegt die een wijziging maakt in hetgeen getest wordt in de boolean expressie, zodat je dat niet vergeet. Bijvoorbeeld, als je schrijft while i < 10, dan schrijf je er meteen de regel i += 1 onder, en daarna begin je de rest van de code tussen deze twee regels toe te voegen.

Verbeter de code hierboven zodat het geen eindeloze loop meer is.

while loop oefeningen

Je moet nu oefenen met een paar eenvoudige while loops.

Schrijf code die aftelt. Er wordt begonnen met een specifiek nummer, bijvoorbeeld 10. Dan telt de code af naar nul, waarbij ieder nummer geprint wordt (10, 9, 8, …). Nul wordt niet geprint, maar in plaats daarvan drukt het programma de tekst “Start!” af.

De faculteit van een positief geheel getal is gelijk aan dat getal, vermenigvuldigd met alle positieve gehele getallen die kleiner zijn (exclusief nul). Je schrijft de faculteit als het getal met een uitroepteken erachter. Bijvoorbeeld, de faculteit van 5 is \(5! = 5 * 4 * 3 * 2 * 1 = 120\). Schrijf code die de faculteit van een getal berekent. Test het programma niet met getallen die hoog zijn, want de faculteit stijgt exponentieel (het is meer dan genoeg om tot 10! te testen). Hint: Om dit met een while loop te doen, moet je twee variabelen gebruiken: één die aan het einde van de loop het antwoord bevat, en één die de huidige factor bevat. In de loop vermenigvuldig je het antwoord met de factor, alvorens 1 van de factor af te trekken. Initialiseer deze variabelen met de juiste waardes voor de loop.