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)
以#
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。好处是强迫你写出格式化的代码,但没有规定缩进是几个空格还是Tab。按照约定俗成的管理,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你写出缩进较少的代码,你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。当你重构代码时,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。
小结
Python使用缩进来组织代码块,请务必遵守约定俗成的习惯,坚持使用4个空格的缩进。
在文本编辑器中,需要设置把Tab自动转换为4个空格,确保不混用Tab和空格。
数据类型和变量
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: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是完全相等的。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,1.23x109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
字符串是以单引号'
或双引号"
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。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,O
,K
这6个字符。
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\"!'
表示的字符串内容是:
I'm "OK"!
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\\') \ \
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\\
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
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...
,提示你可以接着上一行输入。如果写成程序,就是:
print('''line1
line2
line3''')
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:
>>> True
True
>>> False False >>> 3 > 2 True >>> 3 > 5 False
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
:
>>> True and True
True >>> True and False False >>> False and False False >>> 5 > 3 and 3 > 1 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
:
>>> True or True
True >>> True or False True >>> False or False False >>> 5 > 3 or 1 > 3 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
:
>>> not True
False
>>> not False True >>> not 1 > 2 True
布尔值经常用在条件判断中,比如:
if age >= 18:
print('adult')
else: print('teenager')
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
变量a
是一个整数。
t_007 = 'T007'
变量t_007
是一个字符串。
Answer = True
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:
a = 123 # a是整数
print(a)
a = 'ABC' # 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 = "ABC"; // 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:
在内存中创建了一个
'ABC'
的字符串;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:
a = 'ABC'
b = a
a = 'XYZ'
print(b)
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:
执行a = 'ABC'
,解释器创建了字符串'ABC'
和变量a
,并把a
指向'ABC'
:
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'
:
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:
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
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,如果你一定要改变变量PI
的值,也没人能拦住你。
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
/
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
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
你没有看错,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
1
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。