分支结构

概述

程序的默认执行顺序是顺序结构——从上到下逐条执行。但很多场景下需要根据不同条件选择不同的执行路径，这就是分支结构（也叫选择结构）。

典型的例子：游戏过关时根据分数决定进入下一关还是 Game Over。

if / elif / else 分支结构

Python 用 if、elif、else 三个关键字构造分支结构。

基本 if 结构

height = float(input('身高(cm): '))
weight = float(input('体重(kg): '))
bmi = weight / (height / 100) ** 2
print(f'{bmi = :.1f}')
if 18.5 <= bmi < 24:
    print('你的身材很棒！')

注意：if 条件后要有英文冒号 :，代码块用缩进（通常4个空格）表示，不要用 Tab。

if-else 结构

height = float(input('身高(cm): '))
weight = float(input('体重(kg): '))
bmi = weight / (height / 100) ** 2
print(f'{bmi = :.1f}')
if 18.5 <= bmi < 24:
    print('你的身材很棒！')
else:
    print('你的身材不够标准！')

多分支结构

height = float(input('身高(cm): '))
weight = float(input('体重(kg): '))
bmi = weight / (height / 100) ** 2
print(f'{bmi = :.1f}')
if bmi < 18.5:
    print('体重过轻')
elif bmi < 24:
    print('身材很棒')
elif bmi < 27:
    print('体重过重')
elif bmi < 30:
    print('轻度肥胖')
elif bmi < 35:
    print('中度肥胖')
else:
    print('重度肥胖')

说明：Python 支持连续比较 18.5 <= bmi < 24，C/Java 等语言需要写成 bmi >= 18.5 and bmi < 24。

match-case 结构（Python 3.10+）

Python 3.10 引入了类似 switch 的 match-case 语法：

status_code = int(input('响应状态码: '))
match status_code:
    case 400: description = 'Bad Request'
    case 401: description = 'Unauthorized'
    case 403: description = 'Forbidden'
    case 404: description = 'Not Found'
    case 418: description = 'I am a teapot'
    case 429: description = 'Too Many Requests'
    case _:   description = 'Unknown Status'  # 通配符
print('状态码描述:', description)

模式合并

使用 | 合并多个匹配值：

match status_code:
    case 400 | 405: description = 'Invalid Request'
    case 401 | 403 | 404: description = 'Not Allowed'
    case _: description = 'Unknown'

应用实例

实例1：分段函数求值

$$
y = \begin{cases} 3x - 5 & (x > 1) \ x + 2 & (-1 \le x \le 1) \ 5x + 3 & (x < -1) \end{cases}
$$

x = float(input('x = '))
if x > 1:
    y = 3 * x - 5
elif x >= -1:
    y = x + 2
else:
    y = 5 * x + 3
print(f'{y = }')

提示：分支可以嵌套，但应遵循"扁平化优于嵌套"原则。

实例2：百分制成绩转等级

score = float(input('请输入成绩: '))
if score >= 90:   grade = 'A'
elif score >= 80: grade = 'B'
elif score >= 70: grade = 'C'
elif score >= 60: grade = 'D'
else:             grade = 'E'
print(f'{grade = }')

实例3：计算三角形周长和面积

a = float(input('a = '))
b = float(input('b = '))
c = float(input('c = '))
if a + b > c and a + c > b and b + c > a:
    perimeter = a + b + c
    s = perimeter / 2
    area = (s * (s - a) * (s - b) * (s - c)) ** 0.5  # 海伦公式
    print(f'周长: {perimeter}')
    print(f'面积: {area}')
else:
    print('不能构成三角形')

总结

分支结构使程序具备"选择性执行"的能力
if-elif-else 是最常用的多分支结构
Python 用缩进表示代码块，保持缩进一致非常重要
match-case（Python 3.10+）是多分支的简洁替代方案

Day05 - 分支结构