Python基础02 | 数据类型和操作

修订历史：

• 2024/09/19 完成 python 常用内置数据类型、运算符、以及 eval 函数的笔记

1 数据类型和操作

1.1 常用内置数据类型 （Builtin Types）

1. 数字类型（Numeric Types）:
   • 整数（Integer）：int，比如 3，-3
   • 浮点数（float）：float, 比如 3.14，-3.14
   • 复数（complex number）：complex，比如 3+4j
2. 布尔类型（Boolean Types）:例如 True 和 False
3. 文本序列类型（Text Sequence Type）：字符串类型（String Types）。字符串是由 Unicode 码位构成的不可变序列。示例：'spam', "eggs"等
4. 序列类型（Sequence Types）：
   • 列表：list
   • 元组：tuple
   • range对象：range 类型表示不可变的数字序列。
5. 集合类型（Set Types）：set
6. 映射类型（Mapping Types）:字典（dict）
7. 其他内置类型：
   • 函数（Function Types）
   • 模块类型（Module Types）
   • 方法（Method Types）
   • 代码对象（Code Types）
   • 类型对象：type
   • 类与类实例（Class and Instance Types）
   • 空对象：None类型（None Types）

# 数字类型: 整数类型
print(type(3)) # <class 'int'>
print(type(-3)) # <class 'int'>

# 1 数字类型：浮点数类型
print(type(3.14)) # <class 'float'>
print(type(-3.14)) # <class 'float'>

# 1 数字类型： 复数类型
print(type(3+4j)) # <class 'complex'>

# 2 布尔类型
print(8 < 10) # True

# 3 文本序列类型：字符串
print(type("Hello")) # <class 'str'>

# 4 序列类型：列表
print(type([1, 2, 3])) # <class 'list'>

# 4 序列类型：元组
print(type((1, 2, 3))) # <class 'tuple'>

# 4 序列类型：range
print(type(range(5))) # <class 'range'>

# 5 集合类型：集合
print(type({1, 2, 3})) # <class 'set'>

# 6 映射类型：字典
print(type({"name": "John", "age": 25})) # <class 'dict'>

# 7 其他类型
print(type(None)) # <class 'NoneType'>
print(type(type(1))) # <class 'type'>

import math
print(type(math)) # <class 'module'>

1.2 常用内置常数（Biltin Constants）

python 内置常数有：

1. None：表示一个空对象，用于表示一个未定义的值。
2. True 和 False：布尔值，用于表示真和假。
3. Ellipsis：表示一个省略号，用于表示一个未指定的对象。
4. NotImplemented：表示一个未实现的对象。
5. __debug__：表示一个布尔值，用于表示是否启用调试模式。
6. __import__：用于动态导入模块。
7. __name__：表示当前模块的名称。

math 库中的一些数学常量

1. pi：圆周率，约等于 3.14159。
2. e：自然对数底数，约等于 2.71828。
3. tau：圆周长，约等于 6.28318。
4. inf：正无穷大。
5. nan：非数字，表示一个无效的数值。

import math

## python 常用内置常数
print(True) # True
print(False) # False
print(None) # None

# math库内置数学常数
print(math.pi) # 3.141592653589793
print(math.e)   # 2.718281828459045
print(math.inf) # inf
print(-math.inf) # -inf
print(math.nan) # nan

1.3 常用内置运算符（Builtin Operators）

• 算术运算符：+, -, *, @, /, //, **, %（模运算或余数运算符）, - (一元算符), + (一元算符)
• 关系运算符：<, <=, >=, >, ==, !=
• 赋值： +=, -=, *=, /=, //=, **=, %=
• 逻辑运算符：and, or, not

1.4 type() 和 isinstance()

在 Python 中，isinstance() 和 type() 都可以用来检查一个对象的类型。但两者存在一些区别，

1. 类型检查的性能：type() 在性能上与 isinstance() 有差异，因为 type() 直接比较对象的内存地址，而 isinstance() 需要查询继承链。

import timeit

# 测试 type() 的性能
type_performance = timeit.timeit("type(1) is int", number=10000000)

# 测试 isinstance() 的性能
isinstance_performance = timeit.timeit("isinstance(1, int)", number=10000000)

print(f"type() 性能: {type_performance}") # type() 性能: 0.7724234889901709
print(f"isinstance() 性能: {isinstance_performance}") # isinstance() 性能: 0.7347535559965763

2. 检查类型的不同层次：type() 检查的是对象的最顶层类型，而 isinstance() 可以检查类型继承链中的任何层次。例如，使用一个模拟的类层次结构：

首先，我们定义一个简单的类层次结构，包括一个父类 A 和一个继承自 A 的子类 B：

# 定义一个简单的类层次结构，包括一个父类 `A` 和一个继承自 `A` 的子类 `B`：
class A:
    pass

class B(A):
    pass


# 创建 B 类的一个实例
obj = B()

# 使用 type() 检查对象的直接类型
print("type(obj):", type(obj))  # 输出: <class '__main__.B'>

# 使用 isinstance() 检查对象是否是 A 的实例
print("isinstance(obj, A):", isinstance(obj, A))  # 输出: True

# 使用 isinstance() 检查对象是否是 B 的实例
print("isinstance(obj, B):", isinstance(obj, B))  # 输出: True

3. 检查抽象基类（ABCs）：isinstance() 可以用来检查一个对象是否实现了特定的抽象基类（ABC），而 type() 则不可以。例如，使用 collections.abc 模块中的抽象基类.

from collections.abc import Sequence

class MyList(list):
    pass

my_list = MyList()

isinstance(my_list, Sequence)  # 返回 True，因为 MyList 是 list 的子类，而 list 实现了 Sequence
type(my_list) is Sequence      # 返回 False，因为 MyList 的直接类型不是 Sequence

4. 应用场景
   • isinstance() 函数用于判断一个对象是否属于某个类型，而 type() 函数用于返回对象的类型。
   • isinstance() 函数可以判断一个对象是否属于某个类，而 type() 函数只能判断一个对象是否属于某个具体的类型。
   • isinstance() 函数可以判断一个对象是否属于某个类的子类，而 type() 函数只能判断一个对象是否属于某个具体的类型。
   • isinstance() 函数可以判断一个对象是否属于多个类，而 type() 函数只能判断一个对象是否属于一个具体的类型。

2 补充

eval 函数

eval() 是 python 内置函数，用于执行一个字符串表达式，并返回表达式的值。 语法格式： eval(expression, globals=None, locals=None)

• expression：要执行的表达式，可以是字符串，也可以是 Python 表达式。
• globals：一个字典，用于指定全局变量。默认为 None，表示使用当前作用域的全局变量。
• locals：一个字典，用于指定局部变量。默认为 None，表示使用当前作用域的局部变量。

例如：

# 使用 eval() 执行一个字符串表达式
eval("1 + 2")  # 返回 3

# 使用 eval() 执行一个 Python 表达式
eval("print('Hello, World!')")  # 打印 "Hello, World!"


# 将字符串转换为字典，列表，元组
eval("{'name': 'John', 'age': 25}")  # 返回 {'name': 'John', 'age': 25}
eval("[1, 2, 3]")  # 返回 [1, 2, 3]
eval("(1, 2, 3)")  # 返回 (1, 2, 3)

备注：

• eval() 因为可以执行任意代码，故为了避免注入恶意代码，可以考虑更安全的替代方案，比如 ast.literal_eval()。

参考资料

• docs.python.org/zh-cn/3.9/l…
• docs.python.org/3/library/s…
• momodel.cn/classroom/c…