为什么我的if/else语句在Python函数中递归时，尽管while循环已标记停止，但循环仍然执行两次？

Question

我有一段使用递归的代码：

def rec():
     n1=None
     run=True
     while run:
         if n1 == None:
             n1=int(input('first number'))
         n2=int(input('second number'))
         out=n1+n2

         i=input(f'{out}enter r f or e')

         if i=='e':
             run=False
         elif i=='r':
             n1=out
         elif i=='f':
             rec()
rec()

这段代码的目的是计算一些数字的总和，可能会用到之前计算的结果作为下一个输入。在每次输入数字后，程序会提示用户输入 e 来退出程序，输入 r 来把上一次的结果作为下一个总和的输入，或者输入 f 来重新开始（这时会要求输入两个新的数字）。我想用递归来实现 f 的逻辑。

我测试这段代码时，第一次选择 f，第二次选择 e。结果我发现程序在第三次又让我输入。

这是为什么呢？

Answer 1

关于递归，很多人有一个误解，认为从一个调用返回时，会把整个递归调用链都解开，然后把控制权交回给最初的调用者。其实并不是这样——你不能在返回的过程中跳过任何调用。返回一个递归调用只会把控制权（也就是从调用栈中弹出一次）交给它直接调用的那个函数，然后这个函数会从它暂停的地方继续执行。

另外，每个函数调用都有自己的一套局部变量（状态），其他调用无法读取或修改这些变量。你可以通过参数、返回值和全局、非局部以及类变量在函数之间共享数据，但在你的程序中，这些都没有用到（这其实是好事，尽量让数据保持局部是个好习惯）。

在这两方面，递归函数的行为和非递归函数没有什么不同。

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了解了这些背景后，我们来看看你的顶层调用。当你（作为用户）输入f来执行这个代码块时：

elif i=='f':
    rec()

调用的函数会暂停执行，然后递归地运行rec()。这个子调用和父调用一样，开始时有一套全新的变量。在新的子rec()调用中，while循环开始运行，你输入第二组数字。接着，你输入e来通过把run设为False来打破循环。控制权到达子调用的末尾，然后返回给调用者。

当顶层的rec()调用恢复时，while循环的下一次迭代会执行，因为在那个函数中run仍然是True。记住，run是一个完全局部的变量，只在每个调用中有效，所以子调用（现在已经不存在了）把run设为False对父调用没有影响。

通过上面的例子可以看出，你当前的设计要求用户在每次输入f时都要输入一个e。换句话说，每个e只结束当前的递归调用，而不是所有的递归调用。

避免这个问题最简单的方法就是在每个子调用后无条件地返回：

if i=='e':
    # the user wants to exit; just return right
    # away instead of flipping a boolean flag
    return
elif i=='r':
    n1=out
elif i=='f':
    # recurse, but when we get back to this call, end
    # it immediately instead of testing the loop again
    return rec()

少一个布尔标志意味着可修改的状态更少，这样程序更容易理解。即使这里没有错误，去掉run也是一个有用的简化。

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话虽如此，递归在这个用例中根本不合适。它让人困惑，不符合Python的习惯，如果用户尝试进行超过大约1000次的递归调用，程序最终会崩溃。

一般来说，递归只适用于分治场景，这种情况下调用栈是对数增长，而不是线性增长。（如果现在听不懂也没关系——你可以完全避免使用递归，直到你上算法课，这样就会明白了）。

既然你已经有了一个循环，我建议用它来管理整个操作。可以这样做：

def interactively_add_numbers():
    n1 = None

    while True:
        if n1 is None:
            n1 = int(input("first number: "))

        n2 = int(input("second number: "))
        result = n1 + n2

        response = input(
            f"result = {result}\n"
            "  'r' (rerun with result as n1)\n"
            "  'f' (start fresh)\n  'e' (exit)\n> "
        )

        if response == "e":
            return
        elif response == "r":
            n1 = result
        elif response == "f":
            n1 = None


interactively_add_numbers()

作为练习，我建议处理输入错误和类型错误。如果用户在需要数字的地方输入了字母，程序会不太优雅地崩溃。如果用户输入了'e'、'r'、'f'以外的选项，程序会在n1不变的情况下重新运行，这会让人感到意外。

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顺便说一下，始终使用Black格式化你的代码，这样其他程序员才能更容易阅读。