Python开发的入门教程(一)-数据类型、变量

淡淡的烟草味﹌ 2022-11-29 12:28 124阅读 0赞

## 介绍 ##

Python第一门课程，是Python开发的入门教程，将介绍Python语言的特点和适用范围，Python基本的数据类型，条件判断和循环，函数，以及Python特有的切片和列表生成式。

## Python的数据类型 ##

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Python程序中，整数的表示方法和数学上的写法一模一样，例如：1，100，-8080，0，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0-9，a-f表示，例如：0xff00，0xa5b4c3d2，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，1.23x109和12.3x108是相等的。浮点数可以用数学写法，如1.23，3.14，-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10用e替代，1.23x10^9就是1.23e9，或者12.3e8，0.000012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

字符串是以’‘或""括起来的任意文本，比如’abc’，“xyz"等等。请注意，’'或”"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a，b，c这3个字符。

*  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True、False两种值，要么是True，要么是False，在Python中，可以直接用True、False表示布尔值（请注意大小写），也可以通过布尔运算计算出来。

布尔值可以用and、or和not运算。

and运算是与运算，只有所有都为 True，and运算结果才是 True。

or运算是或运算，只要其中有一个为 True，or 运算结果就是 True。

not运算是非运算，它是一个单目运算符，把 True 变成 False，False 变成 True。

*  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

## Python的注释 ##

任何时候，我们都可以给程序加上注释。注释是用来说明代码的，给自己或别人看，而程序运行的时候，Python解释器会直接忽略掉注释，所以，有没有注释不影响程序的执行结果，但是影响到别人能不能看懂你的代码。

Python的注释以 \# 开头，后面的文字直到行尾都算注释

# 这一行全部都是注释...
    print 'hello' # 这也是注释

## Python的变量 ##

在Python中，变量的概念基本上和初中代数的方程变量是一致的。  
例如，对于方程式 y=x\*x ，x就是变量。当x=2时，计算结果是4，当x=5时，计算结果是25。  
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。在Python程序中，变量是用一个变量名表示,*变量名必须是大小写英文、数字和下划线（\_）的组合，且不能用数字开头*，比如：  
a = 1  
变量a是一个整数。  
t\_007 = ‘T007’  
变量t\_007是一个字符串。  
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：

a = 123    # a是整数
    print a
    a = 'imooc'   # a变为字符串
    print a

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 = "mooc"; // 错误：不能把字符串赋给整型变量

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

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’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’

## Python中定义字符串 ##

前面我们讲解了什么是字符串。字符串可以用’'或者"“括起来表示。  
如果字符串本身包含’怎么办？比如我们要表示字符串 I’m OK ，这时，可以用” "括起来表示：

"I'm OK"

类似的，如果字符串包含"，我们就可以用’ '括起来表示：

'Learn "Python" in imooc'

如果字符串既包含’又包含"怎么办？  
这个时候，就需要对字符串的某些特殊字符进行“转义”，Python字符串用\\进行转义。  
要表示字符串 Bob said “I’m OK”.  
由于 ’ 和 " 会引起歧义，因此，我们在它前面插入一个\\表示这是一个普通字符，不代表字符串的起始，因此，这个字符串又可以表示为

'Bob said \"I\'m OK\".'

注意：转义字符 \\ 不计入字符串的内容中。  
常用的转义字符还有：

\n 表示换行
    \t 表示一个制表符
    \\ 表示 \ 字符本身

## Python中raw字符串与多行字符串 ##

如果一个字符串包含很多需要转义的字符，对每一个字符都进行转义会很麻烦。为了避免这种情况，我们可以在字符串前面加个前缀 r ，表示这是一个 raw 字符串，里面的字符就不需要转义了。例如：

r'\(~_~)/ \(~_~)/'

但是r’…'表示法不能表示多行字符串，也不能表示包含’和 "的字符串（为什么？）

如果要表示多行字符串，可以用’’’…’’'表示：

'''Line 1
    Line 2
    Line 3'''

上面这个字符串的表示方法和下面的是完全一样的：

'Line 1\nLine 2\nLine 3'

还可以在多行字符串前面添加 r ，把这个多行字符串也变成一个raw字符串：

r'''Python is created by "Guido".
    It is free and easy to learn.
    Let's start learn Python in imooc!'''

## Python中Unicode字符串 ##

字符串还有一个编码问题。  
因为计算机只能处理数字，如果要处理文本，就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特（bit）作为一个字节（byte），所以，一个字节能表示的最大的整数就是255（二进制11111111=十进制255），0 - 255被用来表示大小写英文字母、数字和一些符号，这个编码表被称为ASCII编码，比如大写字母 A 的编码是65，小写字母 z 的编码是122。  
如果要表示中文，显然一个字节是不够的，至少需要两个字节，而且还不能和ASCII编码冲突，所以，中国制定了GB2312编码，用来把中文编进去。  
类似的，日文和韩文等其他语言也有这个问题。为了统一所有文字的编码，Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里，这样就不会再有乱码问题了。  
Unicode通常用两个字节表示一个字符，原有的英文编码从单字节变成双字节，只需要把高字节全部填为0就可以。  
因为Python的诞生比Unicode标准发布的时间还要早，所以最早的Python只支持ASCII编码，普通的字符串’ABC’在Python内部都是ASCII编码的。  
Python在后来添加了对Unicode的支持，以Unicode表示的字符串用u’…'表示，比如：

print u'中文'
    中文

注意: 不加 u ，中文就不能正常显示。  
Unicode字符串除了多了一个 u 之外，与普通字符串没啥区别，转义字符和多行表示法仍然有效：

转义：

u'中文\n日文\n韩文'

多行：

u'''第一行
    第二行'''

raw+多行：

ur'''Python的Unicode字符串支持"中文",
    "日文",
    "韩文"等多种语言'''

如果中文字符串在Python环境下遇到 UnicodeDecodeError，这是因为.py文件保存的格式有问题。可以在第一行添加注释

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

目的是告诉Python解释器，用UTF-8编码读取源代码。然后用Notepad++ 另存为… 并选择UTF-8格式保存。

## Python中整数和浮点数 ##

Python支持对整数和浮点数直接进行四则混合运算，运算规则和数学上的四则运算规则完全一致。

基本的运算：

1 + 2 + 3   # ==> 6
    4 * 5 - 6   # ==> 14
    7.5 / 8 + 2.1   # ==> 3.0375

使用括号可以提升优先级，这和数学运算完全一致，注意只能使用小括号，但是括号可以嵌套很多层：

(1 + 2) * 3    # ==> 9
    (2.2 + 3.3) / (1.5 * (9 - 0.3))    # ==> 0.42145593869731807

和数学运算不同的地方是，Python的整数运算结果仍然是整数，浮点数运算结果仍然是浮点数：

1 + 2    # ==> 整数 3
    1.0 + 2.0    # ==> 浮点数 3.0

但是整数和浮点数混合运算的结果就变成浮点数了：

1 + 2.0    # ==> 浮点数 3.0

为什么要区分整数运算和浮点数运算呢？这是因为整数运算的结果永远是精确的，而浮点数运算的结果不一定精确，因为计算机内存再大，也无法精确表示出无限循环小数，比如 0.1 换成二进制表示就是无限循环小数。  
那整数的除法运算遇到除不尽的时候，结果难道不是浮点数吗？我们来试一下：

11 / 4    # ==> 2

令很多初学者惊讶的是，Python的整数除法，即使除不尽，结果仍然是整数，余数直接被扔掉。不过，Python提供了一个求余的运算 % 可以计算余数：

11 % 4    # ==> 3

如果我们要计算 11 / 4 的精确结果，按照“整数和浮点数混合运算的结果是浮点数”的法则，把两个数中的一个变成浮点数再运算就没问题了：

11.0 / 4    # ==> 2.75

## Python中布尔类型 ##

我们已经了解了Python支持布尔类型的数据，布尔类型只有`True`和`False`两种值，但是布尔类型有以下几种运算：  
与运算：只有两个布尔值都为 True 时，计算结果才为 True。

True and True   # ==> True
    True and False   # ==> False
    False and True   # ==> False
    False and False   # ==> False

或运算：只要有一个布尔值为 True，计算结果就是 True。

True or True   # ==> True
    True or False   # ==> True
    False or True   # ==> True
    False or False   # ==> False

非运算：把True变为False，或者把False变为True：

not True   # ==> False
    not False   # ==> True

布尔运算在计算机中用来做条件判断，根据计算结果为True或者False，计算机可以自动执行不同的后续代码。  
在Python中，布尔类型还可以与其他数据类型做 and、or和not运算，请看下面的代码：

a = True
    print a and 'a=T' or 'a=F'

计算结果不是布尔类型，而是字符串 ‘a=T’，这是为什么呢？  
因为Python把0、空字符串’'和None看成 False，其他数值和非空字符串都看成 True，所以：  
True and ‘a=T’ 计算结果是 ‘a=T’  
继续计算 ‘a=T’ or ‘a=F’ 计算结果还是 ‘a=T’  
要解释上述结果，又涉及到 and 和 or 运算的一条重要法则：短路计算。

1.  在计算 a and b 时，如果 a 是 False，则根据与运算法则，整个结果必定为 False，因此返回 a；如果 a 是 True，则整个计算结果必定取决与 b，因此返回 b。
2.  在计算 a or b 时，如果 a 是 True，则根据或运算法则，整个计算结果必定为 True，因此返回 a；如果 a 是 False，则整个计算结果必定取决于 b，因此返回 b。  
    所以Python解释器在做布尔运算时，只要能提前确定计算结果，它就不会往后算了，直接返回结果。

## 结语 ##

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