Python 基础

Mr.Hope ... 2020-05-21 Python 大约 10 分钟

Python 是一种计算机编程语言。计算机编程语言和我们日常使用的自然语言有所不同,最大的区别就是,自然语言在不同的语境下有不同的理解,而计算机要根据编程语言执行任务,就必须保证编程语言写出的程序决不能有歧义,所以,任何一种编程语言都有自己的一套语法,编译器或者解释器就是负责把符合语法的程序代码转换成 CPU 能够执行的机器码,然后执行。Python 也不例外。

Python 的语法比较简单,采用缩进方式,写出来的代码就像下面的样子:

# print absolute value of an integer:
a = 100
if a >= 0:
    print(a)
else:
    print(-a)
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# 开头的语句是注释,注释是给人看的,可以是任意内容,解释器会忽略掉注释。其他每一行都是一个语句,当语句以冒号 : 结尾时,缩进的语句视为代码块。

缩进有利有弊。好处是强迫您写出格式化的代码,但没有规定缩进是几个空格还是 Tab。按照约定俗成的惯例,应该始终坚持使用 4 个空格的缩进。

缩进的另一个好处是强迫您写出缩进较少的代码,您会倾向于把一段很长的代码拆分成若干函数,从而得到缩进较少的代码。

缩进的坏处就是“复制-粘贴”功能失效了,这是最坑爹的地方。当您重构代码时,粘贴过去的代码必须重新检查缩进是否正确。此外,IDE 很难像格式化 Java 代码那样格式化 Python 代码。

最后,请务必注意,Python 程序是大小写敏感的,如果写错了大小写,程序会报错。

# 数据类型

计算机顾名思义就是可以做数学计算的机器,因此,计算机程序理所当然地可以处理各种数值。但是,计算机能处理的远不止数值,还可以处理文本、图形、音频、视频、网页等各种各样的数据,不同的数据,需要定义不同的数据类型。在 Python 中,能够直接处理的数据类型有以下几种:

# 整数

Python 可以处理任意大小的整数,当然包括负整数,在程序中的表示方法和数学上的写法一模一样,例如: 1100-80800,等等。

计算机由于使用二进制,所以,有时候用十六进制表示整数比较方便,十六进制用 0x 前缀和 0-9a-f 表示,例如: 0xff000xa5b4c3d2,等等。

# 浮点数

浮点数也就是小数,之所以称为浮点数,是因为按照科学记数法表示时,一个浮点数的小数点位置是可变的,比如,1.23x10912.3x108 是完全相等的。浮点数可以用数学写法,如 1.233.14-9.01,等等。但是对于很大或很小的浮点数,就必须用科学计数法表示,把 10e 替代,1.23x109 就是 1.23e9,或者 12.3e80.000012 可以写成 1.2e-5,等等。

整数和浮点数在计算机内部存储的方式是不同的,整数运算永远是精确的(除法难道也是精确的?是的!),而浮点数运算则可能会有四舍五入的误差。

# 字符串

# 简介

字符串是以单引号 ' 或双引号 " 括起来的任意文本,比如 'abc'"xyz" 等等。请注意,''"" 本身只是一种表示方式,不是字符串的一部分,因此,字符串 'abc' 只有 abc 这 3 个字符。如果 ' 本身也是一个字符,那就可以用 "" 括起来,比如 "I'm OK" 包含的字符是 I'm,空格,OK 这 6 个字符。

# 转义

如果字符串内部既包含'又包含 " 怎么办?可以用转义字符 \ 来标识,比如:

'I\'m \"OK\"!'
1

表示的字符串内容是:

I'm "OK"!
1

转义字符 \ 可以转义很多字符,比如 \n 表示换行,\t 表示制表符,字符 \ 本身也要转义,所以 \\ 表示的字符就是 \,可以在 Python 的交互式命令行用 print() 打印字符串看看:

>>> print('I\'m ok.')
I'm ok.
>>> print('I\'m learning\nPython.')
I'm learning
Python.
>>> print('\\\n\\')
\
\
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# 非转义字符串

如果字符串里面有很多字符都需要转义,就需要加很多 \,为了简化,Python 还允许用 r'' 表示 '' 内部的字符串默认不转义,可以自己试试:

>>> print('\\\t\\')
\       \
>>> print(r'\\\t\\')
\\\t\\
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# 多行字符串

如果字符串内部有很多换行,用 \n 写在一行里不好阅读,为了简化,Python 允许用 '''...''' 的格式表示多行内容,可以自己试试:

>>> print('''line1
... line2
... line3''')
line1
line2
line3
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上面是在交互式命令行内输入,注意在输入多行内容时,提示符由 >>> 变为 ...,提示您可以接着上一行输入,注意 ... 是提示符,不是代码的一部分:

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - python                           _ □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│>>> print('''line1                                      │
│... line2                                               │
│... line3''')                                           │
│line1                                                   │
│line2                                                   │
│line3                                                   │
│                                                        │
│>>>_                                                    │
│                                                        │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
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当输入完结束符 ``` 和括号 ) 后,执行该语句并打印结果。

如果写成程序并存为 .py 文件,就是:

print('''line1
line2
line3''')
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多行字符串 '''...''' 还可以在前面加上 r 使用,请自行测试:

# 布尔值

布尔值和布尔代数的表示完全一致,一个布尔值只有 TrueFalse 两种值,在 Python 中,可以直接用 TrueFalse 表示布尔值(请注意大小写),也可以通过布尔运算计算出来:

>>> True
True
>>> False
False
>>> 3 > 2
True
>>> 3 > 5
False
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布尔值可以用 andornot 运算。

and 运算是与运算,只有所有都为 Trueand 运算结果才是 True:

>>> True and True
True
>>> True and False
False
>>> False and False
False
>>> 5 > 3 and 3 > 1
True
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or 运算是或运算,只要其中有一个为 Trueor 运算结果就是 True:

>>> True or True
True
>>> True or False
True
>>> False or False
False
>>> 5 > 3 or 1 > 3
True
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not 运算是非运算,它是一个单目运算符,把 True 变成 FalseFalse 变成 True:

>>> not True
False
>>> not False
True
>>> not 1 > 2
True
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布尔值经常用在条件判断中,比如:

if age >= 18:
    print('adult')
else:
    print('teenager')
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# 空值

空值是 Python 里一个特殊的值,用 None 表示。None 不能理解为 0,因为 0 是有意义的,而 None 是一个特殊的空值。

此外,Python 还提供了列表、字典等多种数据类型,还允许创建自定义数据类型,我们后面会继续讲到。

# 变量

变量的概念基本上和初中代数的方程变量是一致的,只是在计算机程序中,变量不仅可以是数字,还可以是任意数据类型。

变量在程序中就是用一个变量名表示了,变量名必须是大小写英文、数字和 _ 的组合,且不能用数字开头,比如:

a = 1
1

变量 a 是一个整数。

t_007 = 'T007'
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变量 t_007 是一个字符串。

Answer = True
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变量 Answer 是一个布尔值 True

在 Python 中,等号 = 是赋值语句,可以把任意数据类型赋值给变量,同一个变量可以反复赋值,而且可以是不同类型的变量,例如:

# -*- coding: utf-8 -*-

a = 123 # a是整数
print(a)
a = 'ABC' # a变为字符串
print(a)
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这种变量本身类型不固定的语言称之为动态语言,与之对应的是静态语言。静态语言在定义变量时必须指定变量类型,如果赋值的时候类型不匹配,就会报错。例如 Java 是静态语言,赋值语句如下(// 表示注释):

int a = 123; // a是整数类型变量
a = "ABC"; // 错误:不能把字符串赋给整型变量
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和静态语言相比,动态语言更灵活,就是这个原因。

请不要把赋值语句的等号等同于数学的等号。比如下面的代码:

x = 10
x = x + 2
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如果从数学上理解 x = x + 2 那无论如何是不成立的,在程序中,赋值语句先计算右侧的表达式 x + 2,得到结果 12,再赋给变量 x。由于 x 之前的值是 10,重新赋值后,x 的值变成 12

最后,理解变量在计算机内存中的表示也非常重要。当我们写:

a = 'ABC'
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时,Python 解释器干了两件事情:

  1. 在内存中创建了一个 'ABC' 的字符串;

  2. 在内存中创建了一个名为 a 的变量,并把它指向 'ABC'

也可以把一个变量 a 赋值给另一个变量 b,这个操作实际上是把变量 b 指向变量 a 所指向的数据,例如下面的代码:

# -*- coding: utf-8 -*-

a = 'ABC'
b = a
a = 'XYZ'
print(b)
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最后一行打印出变量 b 的内容到底是 'ABC' 呢还是 'XYZ'?如果从数学意义上理解,就会错误地得出 b 和 a 相同,也应该是 'XYZ',但实际上 b 的值是 'ABC',让我们一行一行地执行代码,就可以看到到底发生了什么事:

  1. 执行 a = 'ABC',解释器创建了字符串 'ABC'和变量 a,并把 a 指向 'ABC'

  2. 执行 b = a,解释器创建了变量 b,并把 b 指向 a 指向的字符串 'ABC'

  3. 执行 a = 'XYZ',解释器创建了字符串 'XYZ',并把 a 的指向改为 'XYZ',但 b 并没有更改

  4. 所以,最后打印变量 b 的结果自然是 'ABC'了。

# 常量

所谓常量就是不能变的变量,比如常用的数学常数 π 就是一个常量。在 Python 中,通常用全部大写的变量名表示常量:

PI = 3.14159265359
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但事实上 PI 仍然是一个变量,Python 根本没有任何机制保证 PI 不会被改变,所以,用全部大写的变量名表示常量只是一个习惯上的用法,如果您一定要改变变量 PI 的值,也没人能拦住您。

最后解释一下整数的除法为什么也是精确的。在 Python 中,有两种除法,一种除法是 /:

>>> 10 / 3
3.3333333333333335
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/ 除法计算结果是浮点数,即使是两个整数恰好整除,结果也是浮点数:

>>> 9 / 3
3.0
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还有一种除法是 //,称为地板除,两个整数的除法仍然是整数:

>>> 10 // 3
3
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您没有看错,整数的地板除 // 永远是整数,即使除不尽。要做精确的除法,使用 / 就可以。

因为 // 除法只取结果的整数部分,所以 Python 还提供一个余数运算 %,可以得到两个整数相除的余数:

>>> 10 % 3
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无论整数做 // 除法还是取余数,结果永远是整数,所以,整数运算结果永远是精确的。

# 小结

Python 支持多种数据类型,在计算机内部,可以把任何数据都看成一个“对象”,而变量就是在程序中用来指向这些数据对象的,对变量赋值就是把数据和变量给关联起来。

对变量赋值 x = y 是把变量 x 指向真正的对象,该对象是变量 y 所指向的。随后对变量 y 的赋值不影响变量 x 的指向。

注意:Python 的整数没有大小限制,而某些语言的整数根据其存储长度是有大小限制的,例如 Java 对 32 位整数的范围限制在 -2147483648 - 2147483647。

Python 的浮点数也没有大小限制,但是超出一定范围就直接表示为 inf(无限大)。