《 Python树莓派编程》——3.3 Python入门

本节书摘来自华章出版社《Python树莓派编程》一书中的第3章，第3.3节，作者：[美]沃尔弗拉姆·多纳特（Wolfram Donat）著 韩德强　等译，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

3.3　Python入门

让我们开始学习Python吧。在树莓派上运行Python有3种不同的方法：使用内置的IDLE解释器，在终端内运行，或者用作脚本文件。我们先介绍IDLE。

3.3.1　通过IDLE运行Python

IDLE编辑器类似于一个“沙盒”，你无需编写全部脚本内容便可同Python进行交互，并观测它所做的事情。IDLE代表“Integrated DeveLopment Environment”，集成开发环境，它也代表了对Eric Idle的一种尊敬，Eric Idle是英国戏剧团体Monty Python的联合创始人之一（详情见“给我一个灌木丛！”部分）。

IDLE是调试代码最为友好的一种方式，首先，让我们看看它的使用方法。双击桌面的图标（见图3-1），之后你便可以看到如图3-2所示的欢迎界面。

为了迎合大多数的编程传统，让我们编写一个很多种语言都编写过的程序，在光标处输入：

按下Enter键，你会立刻看到屏幕输出：

这便是Python的print语句，默认输出到屏幕上。现在输入：

按下Enter键。光标会跳到下一行，但什么都没发生。实际上，Python解释器已经将x与4进行关联了。如果现在你输入：

会得到：

同样，如果你输入：

也会得到同样的结果：

这表明了Python的另一个特性：动态类型化（dynamic typing）。在类C等语言中，使用变量前必须先定义它的类型，比如：

或者

关于字符串的内容请见本章“字符串”一节。

当你输入x = 5时，Python“知道”x是一个int（整型）变量。

虽然Python采用动态类型系统，它同时也是强类型的。这意味着当你试图将一个int类型的变量与一个string类型的变量相加时，Python会进行错误提示。你也可以使用类来定义自己的类型。Python完全支持object-oriented programming（OOP，面向对象编程），我之后会对此进行详解，但此处你只需知道你可以创建一个包含有整型、字符串型和其他类型的对象，而且这个对象属于它自己的类型即可。Python有一些内置的数据类型：数值、字符串、列表、字典、无组、文件，以及其他类型（如布尔类型）。之后我们会对每个类型逐一进行介绍。

现在回到之前的话题，让我们尝试在IDLE中对变量进行一些操作。输入：

会输出9，如果输入：

则会提示error。此时，如果输入：

会得到：

因为对Python而言，对字符串进行加操作就相当于串联它们。如果你想制作一个列表，则将列表中的每一项置于方括号内：

同样，对于一个字典集合（一组有着键码和键值的文件类型），将内容置于花括号内：

键码和键值都是Python字典数据类型的一部分，它们是链接在一起的数据对。例如，在之前代码示例的字典里，'food'和'spam'分别为键码和键值。同样，'taste'和'yum'也是这样的一组数据。当使用字典时，你输入其键码，便会得到相关联的键值信息。

给我一个灌木丛！

Python这个名字并不是来源于一条蛇。它的创始人van Rossum，是根据BBC的一个喜剧团体Monty Python的名字来命名这门语言的，因为他本人十分喜欢该团体。因此，这门语言中充斥着很多Monty Python的文献内容。传统上“foo”和“bar”在其他编程语言中用来解释代码，而在Python的例子中则变成了“spam”和“eggs”。如果你是Monty Python的一名粉丝，当你看到“Brian”、“ni”和“shrubbery”等这些词语时，便会觉得一切都变得意义非凡了。即便是编译器IDLE，也是根据M.P.的成员Eric Idle命名的。如果你不是很了解他们的作品，我建议你放下本书，去看看他们的事迹。我真诚推荐The Dead Parrot Sketch和The Ministry of Silly Walks，尽管学习这门语言不必了解他们的作品，但这会让你更加享受Python。

3.3.2　通过终端运行Python

让我们快速浏览另一种使用Python的方法，即通过终端使用Python。打开树莓派桌面的终端，在光标处输入Python。之后你会看到和打开IDLE同样的欢迎信息，以及同样的>>>符号。此时，你可以尝试输入在3.3.1节中我们讨论过的相同的命令，而且你会得到相同的结果。

3.3.3　通过脚本运行Python

无论是通过IDLE还是终端，你都无法在真正意义上编写一个“脚本文件”。因为一旦你将窗口关闭，之前定义的变量便荡然无存，而且没有办法保存你之前的工作。而编写Python的最后一个方法（使用文本编辑器编写）解决了这个问题。你可以编写一个完整的程序，保存为.py文件，并且通过终端运行。

现在，让我们用树莓派自带的文本编辑器Leafpad编写一段非常简短的脚本程序。从Accessories菜单中打开Leafpad（见图3-3）。

在打开的窗口中，输入：

将该文件命名为test.py保存至桌面。现在开启一个终端程序并将目录转至桌面，输入：

之后你便可以运行刚才的脚本了，输入：

终端上便会显示数字6了。恭喜！你刚刚已经完成了包括编写、保存、执行一个Python脚本程序最基本的操作！

在编写本书中的脚本程序时，你可以使用任何一种文本编辑器。如果你习惯使用Leafpad，就尽情使用吧。我习惯用nano或者emacs这些基于终端的编辑器，因为我经常远程登录树莓派，但Leafpad不能运行在远程登录会话中。为此，我将告诉你如下编写文件的方式：

不过，按自己喜好使用编辑器就好。

接下来，让我们简单看看每一种数据类型以及它们能用来做什么。

3.3.4　探究Python的数据类型

像我们之前提到过的那样，Python提供了很多内置的数据类型。在接下来的环节中，你会接触到数值、字符串、列表、字典、元组和文件这几个数据类型。

1. 数值

数值的含义不言而喻，实际上，如果之前有过编程经验你便会了解Python的数值类型：整型、短整型、长整型、浮点类型，以及其他。Python中有一些表达式运算符可以允许你对这些数字进行计算，包括+、–、/、*、和%；一些比较运算符如>、>=、!=、or和and。还有很多其他的运算符。

所有这些运算符都是内置的，但你可以通过Python另一个强大的特性（导入模块），导入其他的运算符。模块是你可以导入脚本并将其添加至Python本地功能的额外的库。在这一点上，Python和Java很像：如果你想做一些其他操作，导入一个已存在的库会使事情变得十分轻松。例如，如果你想分析文本，例如分析网页页面，你可以查看一个叫Beautiful Soup的模块。如果你需要远程登录一台计算机（如果愿意，用一些其他的项目也可以），导入telnetlib这个模块，这样你需要的一切就齐备了。至于数值的操作，math模块中包含有各种各样的数学函数，可以用来增加Python的数学功能。你可以自己试试，打开一个IDLE，输入：

你会得到16。因为这是一个绝对值功能的函数（我会在本章函数内容部分进行讨论），而且这个函数已经包含在Python默认库内。但是，如果输入：

便会出错，因为ceiling功能并不包含在默认库内。它必须被导入。输入：

之后终端会得到17.0的结果—x的ceiling值，或者说是大于x的最小整数。然而你也许不会用到ceiling功能，但导入math模块会给你提供各种额外的功能，如对数和三角函数功能及角度转换的功能，而添加这些功能只需要一行代码。

2. 字符串

在Python中，字符串定义为一组有序的用于表示基于文字信息的字符集合。Python并没有像C语言或其他语言中的char类型变量，一个单字符就是简单的单字符字符串。字符串可包含任何可视为文本的信息：字母、数字、标点符号、程序名等。当然，这意味着：

和

并不相同。你可以向第一个示例中的x加3，但如果你对第二个示例做同样的事情，Python并不会提示错误—此处x指向值为4的字符串，而不是一个整数，因为4是用引号括起来的。Python并不区分单引号或双引号，你可用任意一种括起一些字符，而被引号括起的内容则被视为字符串。这会起到很好效果：你可以在字符串内包含一个引号字符，而不需要像C语言那样通过反斜杠对引号进行转义。例如：

意味着：

并不需要转义字符。

在使用Python的过程中，你可能会经常使用一些基本的字符串操作，如len（计算字符串的长度）、连接、迭代、索引和切片（相当于Python中的子字符串操作）。为了更加详细地说明，请在IDLE中输入如下的代码，对比你得到的结果和下面给出的结果：

‘shrubbery’的长度为9个字符。

‘spam’、‘and’、‘eggs’单个字符串连接了。

输出‘title’中的每一个字符。

“spam”中第一个（[0]）和第三个（[2]）字符分别是：'s'和'a'。

第二个到第四个字符是'pa'。（当在字符串中确定范围时，一般不包含第一个参数，而包含第二个参数。）

如果有一个整数（例如4）以字符串类型输入，你可以将其从string类型转换成int类型，如果你需要将其平方，只要简单输入：

你可以转换至ASCII码或者从ASCII码转换成字符串类型，使用类似于%d和%s这类转义字符进行格式化即可，或者将大写字符全部转换为小写字符，有很多其他的类似操作全部包含在Python内置的string库中。

3. 列表

列表和字典可以说是Python中最强大的内置数据结构。实际上它们是其他数据类型的集合，而且使用起来十分灵活。它们可以在位置上进行改变，根据需求扩展或者收缩，而且可以包含其他类型的对象或被它们所包含。

如果你有使用过其他编程语言的经历，可能会认为Python中的列表和C语言中的指针数组有些相似。实际上，在Python编译器内，列表就相当于C语言中的数组。由于它们包含的指针对象可以指向几乎任意一种数据类型（包括其他列表），因此它们可以包含任意其他数据类型的对象。列表也是可以建立索引的—同C语言中数组建立索引的速度一样快。它们可以像C++和C#中的列表一样扩展和收缩，也可以被分割成不同列表或者独立成一个元素，还可以进行串联—你对字符串进行的诸多操作同样适用于列表。

如果要创建一个列表，需要用方括号（[]）进行定义：

或者

创建好之后，你便可以对它们进行操作了，比如连接等：

（你可能会意识到在：列表同数组一样，索引是从0开始的。）通过索引和切片操作，你可以用删除或添加来改变队列的内容：

在列表中，你也可以调用一些相关的函数进行操作，如：append、sort、reverse和pop。如果想要获得最新列表的函数，输入：

这样你便可以知道最新函数的细节信息。

Python的帮助功能十分强大。如果你不知道该做什么或者什么做法可行时，在终端内输入help（困惑的内容），之后便可得到极大的帮助（更多内容可以参考“Python help”部分）。

Python help

如果你在使用Python时遇到了困难，提供的官方在线文档会十分有帮助。将浏览器转到http://docs.python.org/2/library/stdtypes.html，你就可以看到可用的所有标准数据类型的信息以及使用方法了。类似地，在http://docs.python.org/2/library/functions.html提供了经常使用的一些函数的所有信息。Python中内置的help功能也十分全面。如果想尝试help功能，在IDLE中输入：

之后输入：

接着，你就能看到你想知道的任何关于字符串的内容了。

4. 字典

类似于列表，Python中的字典也可以将其他数据对象灵活地组合在一起。但与列表不同的是，字典数据类型是不可排序的；你可以通过下标访问每组数据，但在字典中数据是通过键码进行访问的。换言之，字典包含键码–键值（key-value）数据对。每次访问键码都会返回键值的内容。例如，在下面的字典中，'spam'值可通过它的键码'food'进行访问：

同列表一样，字典也可以进行嵌套：

这意味着键码'ood'同{'ham' : 1, 'eggs' : 2}的内容相关联，而其本身就是一个字典类型数据。

字典类有明确的调用方法：

这条指令会列出在dict中的所有键码。

此处返回'True'，意味着在dict中确实包含键值为'food'的数据，如果不包含的话则返回'False'。

字典类型数据的位置也可改变。

这使得'food'的键值从'spam'变成'eggs'。（在此你会发现：'eggs'不仅是一个普通项，也是一个单数据列表。）

如你所见，键码不一定必须是字符串类型。你可以使用任何不可变的对象作为键码；如果你使用整型变量作为键码，字典就会和列表的功能一样了—也就是通过序号（整型值）进行查找。

5. 元组和文件

在此要介绍的最后两个主要的数据类型是元组和文件。元组是其他对象的集合，而且数据不能更改，文件则是指在计算机上文件对象的接口。

元组是有序的对象的集合。它们很像列表，但不同于列表的是，元组的数据位置是不允许更改的，而且是通过圆括号描述的，不是方括号，如：

这里，t包含两个整型变量：一个字符串变量和一个列表。你可以对元组进行嵌套操作，索引编号操作，切片操作，以及任何你可以对列表进行的操作都适用于元组。

所以，既然它和列表如此相似，为何还有存在的必要呢？最为大众所接受的答案是：因为它所包含的内容是不可变的—它们不可更改。通过将一组对象定义为元组而不是列表，你可以确保在程序中任何地方使用相同的一组数据。这和C语言中定义的const变量有些类似—如果你想在某个位置对其进行修改，编译器会进行错误提示。

我在第2章曾提到过关于文件的内容，所以这个名词对你应该并不陌生。在Python中，有一个内置的open函数，可以用来创建一个文件对象，并与计算机内的一个文件建立链接。文件对象与其他类型有一些不同，它们只能对那些外部的文件进行一系列的操作。这些操作包括读（read）、写（write）、打开（open）、关闭（close），以及各种解析文本文件的函数。为了进行更详细的说明，在下面的代码中我将进行打开test.txt文件（如果文件不存在则创建新的文件）的操作，并对打开的文件进行写操作，写入一行文字（通过换行转义字符实现换行操作），最后关闭这个文件：

无论你在哪个目录下，执行这些指令后的结果都是一样的。

需要注意的是，如果test.txt已经存在，调用myfile.write()函数会将已存在的内容覆盖。如果你希望追加内容而不是覆盖，在打开文件时应使用'a'而不是'w'。

一旦打开了一个文件，你可以读取内容并写入内容，需要注意的是：你只能从文件读取字符串类型的内容。这意味着在你对文件内的对象进行任何操作之前，你不得不将其还原为它们“真正”的数据类型；如果myfile.readline()返回的值是'456'，你必须通过int()将456转换为整型变量，之后才能进行计算。

文件操作十分实用，因为你可以对一个文件进行创建或者写操作，但它们有些超出本章介绍的范围。我将在项目中使用它们时再进行介绍。