课程 2：控制结构

三大控制结构：
顺序结构：顺序结构是程序中最基本的控制结构，指程序按照代码的先后顺序，从上到下、从左到右依次执行每一条语句。
- 1.没有条件判断和跳转，所有语句都会被依次执行。
- 2.是所有程序的基础，其他结构（如分支、循环）也常包含顺序结构。
```
    move()
    turn_left()
    move()
    put_beeper()
```
上述代码会依次执行每一行：Karel先向前移动，然后左转，再向前移动，最后放置一个beeper。
for循环： for 循环是一种用于已知重复次数或可迭代对象的循环结构，适合遍历序列、集合等。
- 常用于：需要对每个元素、每个数字、每个对象依次操作的场景。
- 循环次数通常是确定的。
```
    for 变量 in 可迭代对象:
        # 循环体
        要重复执行的语句
```
示例：
```
     # Karel向前移动5步
     for i in range(5):
         move()
```
上述代码会让Karel向前移动5步。每次循环，Karel执行一次移动操作。

区别： for 循环适合已知次数或遍历对象，while 循环适合次数不确定、依赖条件的重复。
嵌套循环：嵌套循环是指在一个循环体内再包含另一个循环。常用于处理二维结构（如棋盘、表格等），可以让程序对每一行的每一列都进行操作。
- 外层循环控制行，内层循环控制列。
- 常见应用：遍历二维数组、绘制图形、处理网格等。
```
    for i in range(3):
        # 外层循环，控制行
        for j in range(4):
            # 内层循环，控制列
            print(i, j)
```
上述代码会输出所有行列组合（共3×4=12次），即遍历一个3行4列的表格。
while循环： while 循环是一种基于条件判断的循环结构，适用于循环次数不确定、需要根据某个条件反复执行的场景。
- 每次循环前先判断条件，条件为真则执行循环体，否则结束循环。
- 常用于：直到满足某个条件才停止的任务，如遇到障碍、收集完所有物品等。
```
    while 条件:
        # 循环体
        要重复执行的语句
```
示例：
```
    while front_is_clear():
        move()
```
上述代码会让Karel一直向前移动，直到遇到墙为止。只要前方畅通，就会继续移动。

区别： for 循环适合已知次数的重复，while 循环适合次数不确定、依赖条件的重复。
循环的前置条件与后置条件：编写循环时最复杂的地方之一，就是你需要确保循环结束时的状态（后置条件）能够满足下一次循环开始时的要求（前置条件）。
- 前置条件：在每次循环前先判断条件，只有条件为真才会执行循环体；
- 后置条件：先执行一次循环体，然后判断条件，条件为真则继续循环。
前置条件示例：使用while循环让Karel移动到墙边
```
    # 前置条件：每次循环前检查前方是否畅通
    while front_is_clear():
        move()
```
在这个例子中，每次循环开始前都会检查前方是否畅通，只有前方没有墙时才会执行移动操作。
后置条件示例：使用while循环让Karel移动到墙边
```
    # 后置条件：确保每次循环后Karel都移动到新位置
    while front_is_clear():
        move()
```
在这个例子中，每次循环后Karel都会移动到新位置，确保下次循环时检查的是新的位置前方是否畅通，避免无限循环。
循环状态一致性：确保循环前后状态匹配
```
    # 前置条件：Karel在起点，面向东
    while front_is_clear():
        move()
        # 后置条件：Karel移动到新位置，仍面向东（与前置条件一致）
```
这个循环确保Karel在每次循环后都保持相同的方向，使得循环条件在下次检查时仍然有效。
栅栏柱错误：栅栏柱错误（Fencepost Error），也叫“边界错误”或“off-by-one error”，是指在循环或计数时多算或少算了一次，常见于处理区间、数组下标等场景。
- 常见原因：循环次数写错、区间端点包含/不包含混淆。
- 例如：要在两端插柱子，柱子数比栅栏段数多1。
```
    # 例：让Karel向前移动5步
    for i in range(1,5):
        move()
    # 实际只移动了4步，漏掉了第5步
```
避免方法：明确循环的起止条件，理解 range 的左闭右开特性，必要时多画图或举例验证。在Karel编程中，要特别注意移动步数的计算。
条件语句：条件语句用于根据不同的条件执行不同的代码分支，是实现程序逻辑判断的基础。
- 常用关键字：if、elif、else
- 根据条件表达式的真假，选择性地执行某些语句。
```
    if 条件1:
        # 条件1为真时执行
    elif  条件2:
        # 条件2为真时执行
    else :
        # 以上条件都不满足时执行
```
示例：
```
    if beepers_present():
        pick_beeper()
        move()
    else:
        turn_left()
        move()
```
上述代码会根据当前位置是否有beeper来执行不同的操作：如果有beeper就收集并移动，如果没有beeper就左转后移动，实现了分支选择。

match语句： match 语句是 Python 3.10 及以上版本引入的结构化模式匹配语句，类似于其他语言的 switch/case，但功能更强大。

可以根据变量的不同值或结构，选择性地执行不同的代码块。
支持对复杂数据结构（如元组、列表、字典等）进行模式匹配。

    match 变量:
        case 值1:
            # 变量等于值1时执行
        case 值2:
            # 变量等于值2时执行
        case _:
            # 其他情况

示例：

    # 根据Karel的朝向执行不同动作
    direction = "north"
    match direction:
        case "north":
            move()
        case "south":
            turn_left()
            turn_left()
            move()
        case "east":
            turn_left()
            move()
        case _:
            put_beeper()

上述代码会根据Karel的朝向执行不同的移动动作，实现了多分支选择。

Karel编程中我们只使用if/else语句。

作业2：修复拱桥