数据类型和变量

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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:

  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:

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。

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。

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)。