Python连载系列：Python语言相关

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Python语言相关

• 程序和进制
• 变量 - 变量的命名 / 变量的使用 / input函数 / 检查变量类型 / 类型转换
• 数字和字符串 - 整数 / 浮点数 / 复数 / 字符串 / 字符串基本操作 / 字符编码
• 运算符 - 数学运算符 / 赋值运算符 / 比较运算符 / 逻辑运算符 / 身份运算符 / 运算符的优先级

程序和进制

计算机的硬件系统通常由五大部件构成，包括：运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。其中，运算器和控制器放在一起就是我们通常所说的中央处理器，它的功能是执行各种运算和控制指令以及处理计算机软件中的数据。我们通常所说的程序实际上就是指令的集合，我们程序就是将一系列的指令按照某种方式组织到一起，然后通过这些指令去控制计算机做我们想让它做的事情。今天我们大多数时候使用的计算机，虽然它们的元器件做工越来越精密，处理能力越来越强大，但究其本质来说仍然属于“冯·诺依曼结构”的计算机。“冯·诺依曼结构”有两个关键点，一是指出要将存储设备与中央处理器分开，二是提出了将数据以二进制方式编码。二进制是一种“逢二进一”的计数法，跟我们人类使用的“逢十进一”的计数法没有实质性的区别，人类因为有十根手指所以使用了十进制（因为在数数时十根手指用完之后就只能进位了，当然凡事都有例外，玛雅人可能是因为长年光着脚的原因把脚趾头也算上了，于是他们使用了二十进制的计数法，在这种计数法的指导下玛雅人的历法就与我们平常使用的历法不一样，而按照玛雅人的历法，2012年是上一个所谓的“太阳纪”的最后一年，而2013年则是新的“太阳纪”的开始，后来这件事情被以讹传讹的方式误传为”2012年是玛雅人预言的世界末日“这种荒诞的说法，今天我们可以大胆的猜测，玛雅文明之所以发展缓慢估计也与使用了二十进制有关）。对于计算机来说，二进制在物理器件上来说是最容易实现的（高电压表示1，低电压表示0），于是在“冯·诺依曼结构”的计算机都使用了二进制。虽然我们并不需要每个程序员都能够使用二进制的思维方式来工作，但是了解二进制以及它与我们生活中的十进制之间的转换关系，以及二进制与八进制和十六进制的转换关系还是有必要的。如果你对这一点不熟悉，可以自行使用维基百科或者百度百科科普一下。

变量与类型

在程序设计中，变量是一种存储数据的载体。计算机中的变量是实际存在的数据或者说是存储器中存储数据的一块内存空间，变量的值可以被读取和修改，这是所有计算和控制的基础。计算机能处理的数据有很多种类型，除了数值之外还可以处理文本、图形、音频、视频等各种各样的数据，那么不同的数据就需要定义不同的存储类型。

程序就是用来处理数据的，而变量就是用来存储数据的

变量定义

• 在 Python 中，每个变量 在使用前都必须赋值，变量 赋值以后 该变量 才会被创建
• 等号（=）用来给变量赋值
  • = 左边是一个变量名
  • = 右边是存储在变量中的值

变量名 = 值

变量定义之后，后续就可以直接使用了

1) 变量演练1-- IDLE —— Python

# 定义 qq_number 的变量用来保存 qq 号码
In [1]: qq_number = "1234567"

# 输出 qq_number 中保存的内容
In [2]: qq_number
Out[2]: '1234567'

# 定义 qq_password 的变量用来保存 qq 密码
In [3]: qq_password = "123"

# 输出 qq_password 中保存的内容
In [4]: qq_password
Out[4]: '123'

使用交互式方式，如果要查看变量内容，直接输入变量名即可，不需要使用 print 函数

2) 变量演练 2 —— PyCharm

# 定义 qq 号码变量
qq_number = "1234567"

# 定义 qq 密码变量
qq_password = "123"

# 在程序中，如果要输出变量的内容，需要使用 print 函数
print(qq_number)
print(qq_password)

使用解释器执行，如果要输出变量的内容，必须要要使用 print 函数

3) 变量演练 3 —— 超市买苹果

• 可以用 其他变量的计算结果 来定义变量
• 变量定义之后，后续就可以直接使用了

需求

• 苹果的价格是 8.5 元/斤
• 买了 7.5 斤 苹果
• 计算付款金额

# 定义苹果价格变量
price = 8.5

# 定义购买重量
weight = 7.5

# 计算金额
money = price * weight

print(money)

思考题

• 如果 只要买苹果，就返 5 块钱
• 请重新计算购买金额

# 定义苹果价格变量
price = 8.5

# 定义购买重量
weight = 7.5

# 计算金额
money = price * weight

# 只要买苹果就返 5 元
money = money - 5
print(money)

提问

• 上述代码中，一共定义有几个变量？

  • 三个：price／weight／money

• money = money - 5
  

  是在定义新的变量还是在使用变量？

  • 直接使用之前已经定义的变量
  • 变量名 只有在 第一次出现 才是 定义变量
  • 变量名 再次出现，不是定义变量，而是直接使用之前定义过的变量

• 在程序开发中，可以修改之前定义变量中保存的值吗？

  • 可以
  • 变量中存储的值，就是可以 变 的

02. 变量的类型

• 在内存中创建一个变量，会包括：
  1. 变量的名称
  2. 变量保存的数据
  3. 变量存储数据的类型
  4. 变量的地址（标示）

2.1 变量类型的演练 —— 个人信息

需求

• 定义变量保存小明的个人信息
• 姓名：小明
• 年龄：18 岁
• 性别：是男生
• 身高：1.75 米
• 体重：75.0 公斤

利用 单步调试 确认变量中保存数据的类型

提问

1. 在演练中，一共有几种数据类型？

   • 4 种
   • str —— 字符串
   • bool —— 布尔（真假）
   • int —— 整数
   • float —— 浮点数（小数）

2. 在 Python中定义变量时需要指定类型吗？

   • 不需要
   • Python 可以根据 = 等号右侧的值，自动推导出变量中存储数据的类型

2.2 变量的类型

• 在 Python 中定义变量是 不需要指定类型（在其他很多高级语言中都需要）

• 数据类型可以分为 数字型 和 非数字型

• 数字型

  • 整型 (int)

  • 浮点型（float）

  • 布尔型（bool）

    • 真 True 非 0 数 —— 非零即真
    • 假 False 0

  • 复数型 (complex)

    • 主要用于科学计算，例如：平面场问题、波动问题、电感电容等问题

• 非数字型

  • 字符串
  • 列表
  • 元组
  • 字典

提示：在 Python 2.x 中，整数 根据保存数值的长度还分为：

• int（整数）
• long（长整数）

• 使用 type 函数可以查看一个变量的类型

In [1]: type(name)

2.3 不同类型变量之间的计算

1) 数字型变量 之间可以直接计算

• 在 Python 中，两个数字型变量是可以直接进行 算数运算的

• 如果变量是 bool型，在计算时

  • True 对应的数字是 1
  • False 对应的数字是 0

演练步骤

1. 定义整数 i = 10
2. 定义浮点数 f = 10.5
3. 定义布尔型 b = True

• 在 iPython 中，使用上述三个变量相互进行算术运算

2) 字符串变量 之间使用 + 拼接字符串

• 在 Python 中，字符串之间可以使用 + 拼接生成新的字符串

In [1]: first_name = "三"

In [2]: last_name = "张"

In [3]: first_name + last_name
Out[3]: '三张'

3) 字符串变量 可以和 整数 使用 * 重复拼接相同的字符串

In [1]: "-" * 50
Out[1]: '--------------------------------------------------'

4) 数字型变量 和 字符串 之间 不能进行其他计算

In [1]: first_name = "zhang"

In [2]: x = 10

In [3]: x + first_name
---------------------------------------------------------------------------
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'
类型错误：`+` 不支持的操作类型：`int` 和 `str`

2.4 变量的输入

• 所谓 输入，就是 用代码 获取 用户通过 键盘 输入的信息
• 例如：去银行取钱，在 ATM 上输入密码
• 在 Python 中，如果要获取用户在 键盘 上的输入信息，需要使用到 input 函数

1) 关于函数

• 一个 提前准备好的功能(别人或者自己写的代码)，可以直接使用，而 不用关心内部的细节
• 目前已经学习过的函数

2) input 函数实现键盘输入

• 在 Python 中可以使用 input 函数从键盘等待用户的输入
• 用户输入的 任何内容 Python 都认为是一个 字符串
• 语法如下：

字符串变量 = input("提示信息：")

3) 类型转换函数

4) 变量输入演练 —— 超市买苹果增强版

需求

• 收银员输入 苹果的价格，单位：元／斤
• 收银员输入 用户购买苹果的重量，单位：斤
• 计算并且 输出 付款金额

演练方式 1

# 1. 输入苹果单价
price_str = input("请输入苹果价格：")

# 2. 要求苹果重量
weight_str = input("请输入苹果重量：")

# 3. 计算金额
# 1> 将苹果单价转换成小数
price = float(price_str)

# 2> 将苹果重量转换成小数
weight = float(weight_str)

# 3> 计算付款金额
money = price * weight

print(money)

提问

1. 演练中，针对价格

   定义了几个变量？

   • 两个
   • price_str 记录用户输入的价格字符串
   • price 记录转换后的价格数值

2. 思考 —— 如果开发中，需要用户通过控制台 输入 很多个 数字，针对每一个数字都要定义两个变量，方便吗？

演练方式 2 —— 买苹果改进版

1. 定义 一个 浮点变量 接收用户输入的同时，就使用 float 函数进行转换

price = float(input("请输入价格:"))

• 改进后的好处：

1. 节约空间，只需要为一个变量分配空间
2. 起名字方便，不需要为中间变量起名字

• 改进后的“缺点”：

1. 初学者需要知道，两个函数能够嵌套使用，稍微有一些难度

提示

• 如果输入的不是一个数字，程序执行时会出错，有关数据转换的高级话题，后续会讲！

2.5 变量的格式化输出

苹果单价 9.00 元／斤，购买了 5.00 斤，需要支付 45.00 元

• 在 Python 中可以使用 print 函数将信息输出到控制台

• 如果希望输出文字信息的同时，一起输出 数据，就需要使用到 格式化操作符

• %被称为格式化操作符，专门用于处理字符串中的格式

  • 包含 % 的字符串，被称为 格式化字符串
  • % 和不同的 字符 连用，不同类型的数据 需要使用 不同的格式化字符

• 语法格式如下：

print("格式化字符串" % 变量1)

print("格式化字符串" % (变量1, 变量2...))

我们在这里将之前学到的东西再综合实战一下

下面通过几个例子来说明变量的类型和变量使用。

"""
使用变量保存数据并进行加减乘除运算

Author: 海森堡
"""
a = 321
b = 12
print(a + b)    # 333
print(a - b)    # 309
print(a * b)    # 3852
print(a / b)    # 26.75

在Python中可以使用type函数对变量的类型进行检查。程序设计中函数的概念跟数学上函数的概念是一致的，数学上的函数相信大家并不陌生，它包括了函数名、自变量和因变量。如果暂时不理解这个概念也不要紧，我们会在后续的章节中专门讲解函数的定义和使用。

"""
使用type()检查变量的类型

Author: 海森堡
"""
a = 100
b = 12.345
c = 1 + 5j
d = 'hello, world'
e = True
print(type(a))    # <class 'int'>
print(type(b))    # <class 'float'>
print(type(c))    # <class 'complex'>
print(type(d))    # <class 'str'>
print(type(e))    # <class 'bool'>

可以使用Python中内置的函数对变量类型进行转换。

• int()：将一个数值或字符串转换成整数，可以指定进制。
• float()：将一个字符串转换成浮点数。
• str()：将指定的对象转换成字符串形式，可以指定编码。
• chr()：将整数转换成该编码对应的字符串（一个字符）。
• ord()：将字符串（一个字符）转换成对应的编码（整数）。

下面的代码通过键盘输入两个整数来实现对两个整数的算术运算。

"""
使用input()函数获取键盘输入(字符串)
使用int()函数将输入的字符串转换成整数
使用print()函数输出带占位符的字符串

Author: 海森堡
"""
a = int(input('a = '))
b = int(input('b = '))
print('%d + %d = %d' % (a, b, a + b))
print('%d - %d = %d' % (a, b, a - b))
print('%d * %d = %d' % (a, b, a * b))
print('%d / %d = %f' % (a, b, a / b))
print('%d // %d = %d' % (a, b, a // b))
print('%d %% %d = %d' % (a, b, a % b))
print('%d ** %d = %d' % (a, b, a ** b))

说明：上面的print函数中输出的字符串使用了占位符语法，其中%d是整数的占位符，%f是小数的占位符，%%表示百分号（因为百分号代表了占位符，所以带占位符的字符串中要表示百分号必须写成%%），字符串之后的%后面跟的变量值会替换掉占位符然后输出到终端中，运行上面的程序，看看程序执行结果就明白啦。

变量的命名规则

命名规则 可以被视为一种 惯例，并无绝对与强制 目的是为了 增加代码的识别和可读性

标识符和关键字

标示符就是程序员定义的 变量名、函数名

• 标示符可以由 字母、下划线 和 数字 组成
• 不能以数字开头
• 不能与关键字重名

关键字

• 关键字 就是在 Python 内部已经使用的标识符
• 关键字 具有特殊的功能和含义
• 开发者 不允许定义和关键字相同的名字的标示符

变量的命名规则

命名规则 可以被视为一种 惯例，并无绝对与强制 目的是为了 增加代码的识别和可读性

注意 Python 中的 标识符 是 区分大小写的

1. 在定义变量时，为了保证代码格式，= 的左右应该各保留一个空格

2. Python中，如果变量名需要由 二个 或 多个单词 组成时，可以按照以下方式命名

   1. 每个单词都使用小写字母

   2. 单词与单词之间使用 _下划线 连接

   • 例如：first_name、last_name、qq_number、qq_password

驼峰命名法

• 当 变量名 是由二个或多个单词组成时，还可以利用驼峰命名法来命名
• 小驼峰式命名法
  • 第一个单词以小写字母开始，后续单词的首字母大写
  • 例如：firstName、lastName
• 大驼峰式命名法
  • 每一个单词的首字母都采用大写字母
  • 例如：FirstName、LastName、CamelCase

在Python中使用变量时，需要遵守一些规则和指南。违反这些规则将引发错误，而指南旨在让你编写的代码更容易阅读和理解。请务必牢记下述有关变量的规则。

• 变量名只能包含字母、数字和下划线。变量名可以字母或下划线打头，但不能以数字打头，例如，可将变量命名为message_1，但不能将其命名为1_message。

• 变量名不能包含空格，但可使用下划线来分隔其中的单词。例如，变量名greeting_message可行，但变量名greetingmessage会引发错误。

• 不要将Python关键字和函数名用作变量名，即不要使用Python保留用于特殊用途的单词，如print （请参见附录A.4）。

• 变量名应既简短又具有描述性。例如，name比n好，student_name比s_n好，name_length比length_of_persons_name好。

• 慎用小写字母l和大写字母O，因为它们可能被人错看成数字1和0。

要创建良好的变量名，需要经过一定的实践，在程序复杂而有趣时尤其如此。随着你编写的程序越来越多，并开始阅读别人编写的代码，将越来越善于创建有意义的变量名。

运算符

Python支持多种运算符，下表大致按照优先级从高到低的顺序列出了所有的运算符，运算符的优先级指的是多个运算符同时出现时，先做什么运算然后再做什么运算。除了我们之前已经用过的赋值运算符和算术运算符，我们稍后会陆续讲到其他运算符的使用。

• 算数运算符
• 比较（关系）运算符
• 逻辑运算符
• 赋值运算符
• 运算符的优先级

算数运算符

• 是完成基本的算术运算使用的符号，用来处理四则运算

• 在 Python 中 * 运算符还可以用于字符串，计算结果就是字符串重复指定次数的结果

In [1]: "-" * 50
Out[1]: '----------------------------------------' 

比较（关系）运算符

Python 2.x 中判断 不等于 还可以使用 <> 运算符

!= 在 Python 2.x 中同样可以用来判断 不等于

逻辑运算符

赋值运算符

• 在 Python 中，使用 = 可以给变量赋值
• 在算术运算时，为了简化代码的编写，Python 还提供了一系列的 与 算术运算符 对应的 赋值运算符
• 注意：赋值运算符中间不能使用空格

运算符的优先级

• 以下表格的算数优先级由高到最低顺序排列

实战

"""
比较运算符和逻辑运算符的使用

Author: 海森堡
"""
flag0 = 1 == 1
flag1 = 10 > 2
flag2 = 20 < 1
flag3 = flag1 and flag2
flag4 = flag1 or flag2
flag5 = not (1 != 2)
print('flag0 =', flag0)    # flag0 = True
print('flag1 =', flag1)    # flag1 = True
print('flag2 =', flag2)    # flag2 = False
print('flag3 =', flag3)    # flag3 = False
print('flag4 =', flag4)    # flag4 = True
print('flag5 =', flag5)    # flag5 = False