Python系列（一）之Python基础

你的名字 2022-06-04 08:49 250阅读 0赞

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## 1. 数据类型和变量 ##

Python使用缩进来组织代码块，一般使用4个空格的缩进。使用\#来注释一行，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。Python对大小写敏感。

### 1.1 整数 ###

Python可以处理任意大小的整数，包括负整数，写法与数学上写法一致，例如：-100。如果用十六进制表示，则用前缀为`0x`和`0-9`，`a-f`表示，例如：0xff00。

### 1.2 浮点数 ###

浮点数的表示方法：3.14，-9.01。若是科学技术法表示，则10用e代替，例如：1.23×109表示为1.23e9。

整数和浮点数在计算机内存储的方式不同，整数运算永远是精确的（包括除法运算），浮点数运算可能会存在四舍五入的误差。

### 1.3 字符串 ###

字符串是**单引号**或**双引号**括起来的文本。

*  如果字符串中包含单引号，则用双引号括起来；
 *  如果包含双引号，则用单引号括起来；
 *  如果既包含单引号又包含双引号，则使用转义字符`\`来标识，例如：`'I\'m \"OK\"!'`表示的是`I'm "OK"!`。
 *  python中用`r''`表示`''`内部的字符串默认不转义，例如`print(r'\\\t\\')`即打印`\\\t\\`。
 *  python中用`'''...'''`三引号来输入多行内容，其中`...`是提示符，表示接着上一行输入，例如：
    
        >>> print('''line1 ... line2 ... line3''')
        line1
        line2
        line3

### 1.4 布尔值 ###

布尔值只有`True`和`Flase`两种（注意大小写，Python对大小写敏感），常用于if的条件判断。

布尔值运算规则如下：

*  `and`运算是与运算，只有所有都为`True`，`and`运算结果才是`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`。
 *  `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`。

### 1.5 空值 ###

空值是Python里一个特殊的值，用`None`表示。

### 1.6 变量 ###

Python中变量类型不固定，即动态语言，不需要提前声明。使用`=`直接赋值，同一个变量可以反复赋值，且可以是不同类型的变量。例如：

a = 123    #a是整数，即a指向整数123
    a = "ABC"  #将a赋值成字符串，即a指向字符串"ABC"
    b = a      #将b指向a所指向的数据("ABC")
    a = "XYZ"  #将a指向字符串"XYZ"
    print(b)   #打印b将打印"ABC"而不是"XYZ"

变量`a="ABC"`赋值中，Python解释器处理了以下事项：

1.  在内存中创建一个`"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"`。
3.  把a赋值给b，实际上是将b指向`a所指向的数据`。

### 1.7 常量 ###

常量一般用全部大写的变量名表示，例如：`PI=3.14`。实际上，Python没有机制保证PI的值不会被改变，所以本质仍然是个变量。

Python的除法：

*  `/`的除法计算结果是浮点数，即使是两个整数相除也是浮点数，例如`9 / 3`结果为`3.0`。
 *  `//`除法只取结果的整数部分，例如`10 // 3`结果是整数部分3。
 *  `%`表示取余数，例如：`10 % 3`结果是余数1。

### 1.8 总结 ###

Python支持多种数据类型，在计算机内部可以把任何数据看成一个”对象”，而变量赋值就是将变量和数据对象关联起来，即变量指向该数据对象。例如`x=y`，表示把变量x指向y所指向的数据对象，随后对y的赋值并不影响x的指向。

Python的整数和浮点数没有大小的限制。若超出一定范围就用`inf`（无限大）表示。

## 2. 字符串和编码 ##

### 2.1 字符编码 ###

*  `ASCII`编码，早期的编码包含大小写英文字母、数字和一些符号，用一个字节（8位）表示。因编码量少可能会出现乱码问题。
 *  `Unicode`编码，统一各国语言编码，用两个字节（16位）表示。如果文本全是英文，则会比ASCII编码需要多一倍的存储空间，在存储和传输上不划算。
 *  `UTF-8`编码，即可变长的Unicode编码，UTF-8编码把一个Unicode字符根据不同的数字大小编码成1-6个字节，常用的英文字母被编码成1个字节，汉字通常是3个字节，只有很生僻的字符才会被编码成4-6个字节。如果你要传输的文本包含大量英文字符，用UTF-8编码能节省空间。

### 2.2 字符编码使用场景 ###

*  在计算机内存中，统一使用Unicode编码。
 *  当需要保存到硬盘或者需要传输的时候，就转换为UTF-8编码。
    
    例如：
    
     用记事本编辑的时候，从文件读取的UTF-8字符被转换为Unicode字符到内存里，编辑完成后，保存的时候再把Unicode转换为UTF-8保存到文件。
    
    ![SouthEast][]
    
     浏览网页的时候，服务器会把动态的生成的Unicode内容转换为UTF-8再传输到浏览器，所以很多网页的源码上会有类似`<meta charset="UTF-8" />`的信息，表示该网页正是用的UTF-8编码。
    
    ![SouthEast 1][]

### 2.3 Python的字符串 ###

Python3的版本中，字符串是Unicode编码，即支持多语言。

对于单个字符的编码，Python提供`ord()`函数获取字符的整数表示，`chr()`函数把编码转换为对应的字符。例如：

>>> ord('A')
    65
    >>> ord('中')
    20013
    >>> chr(66)
    'B'
    >>> chr(25991)
    '文'

如果知道字符的整数编码，可以用十六进制写`str`：

>>> '\u4e2d\u6587'
    '中文'

### 2.4 字符串(编码)转换 ###

Python的字符串类型是`str`，在内存中以Unicode表示，一个字符对应若干个字节。如果要在网络上传输，或者保存到磁盘上，就需要把`str`变为以字节为单位的`bytes`(UTF-8/ASCII编码)。

Python对`bytes`类型的数据用带`b`前缀的单引号或双引号表示：

x = b'ABC'

#### 2.4.1 encode()\[str→bytes\] ####

以Unicode表示的`str`通过`encode()`方法可以编码为指定的`bytes`，即Unicode编码转换成UTF-8编码或ASCII编码，例如：

>>> 'ABC'.encode('ascii')
    b'ABC'
    >>> '中文'.encode('utf-8')
    b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
    #错误例子
    >>> '中文'.encode('ascii')  
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 0-1: ordinal not in range(128)

#### 2.4.2 decode()\[bytes→str\] ####

要把UTF-8编码或ASCII编码转换成Unicode编码，即bytes类型转换为str类型，可用decode()转换。例如：

>>> b'ABC'.decode('ascii')
    'ABC'
    >>> b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8')
    '中文'
    #错误例子
    >>> b'\xe4\xb8\xad\xff'.decode('utf-8')
    Traceback (most recent call last):
      ...
    UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0xff in position 3: invalid start byte

如果`bytes`中只有一小部分无效的字节，可以传入`errors='ignore'`忽略错误的字节：

>>> b'\xe4\xb8\xad\xff'.decode('utf-8', errors='ignore')
    '中'

#### 2.4.3 len() ####

对于`str`类型len()计算的是字符数，对于`bytes`类型len()计算的是字节数。

#对于str类型
    >>> len('ABC')
    3
    >>> len('中文')
    2
    #对于bytes类型
    >>> len(b'ABC')
    3
    >>> len(b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87')
    6
    >>> len('中文'.encode('utf-8'))
    6

1个中文字符经过UTF-8编码后通常会占用3个字节，而1个英文字符只占用1个字节。

为了避免中文乱码，一般使用UTF-8编码对`str`和`bytes`进行转换，即Unicode→UTF-8。所以一般在Python源文件开头写以下信息：

#!/usr/bin/env python3
    # -*- coding: utf-8 -*-

第一行注释是为了告诉Linux/OS X系统，这是一个Python可执行程序，Windows系统会忽略这个注释；

第二行注释是为了告诉Python解释器，按照UTF-8编码读取源代码，否则，你在源代码中写的中文输出可能会有乱码。

### 2.5 格式化 ###

#### 2.5.1 %的方式 ####

使用`%`来格式化字符串，其中`%s`永远起作用，可以把任何数据类型转换成字符串，如果字符串中包含`%`，则使用`%%`转义表示字符串中的`%`。常用占位符如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>占位符</th> 
   <th>替换内容</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>%s</td> 
   <td>字符串</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>%d</td> 
   <td>整数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>%f</td> 
   <td>浮点数</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>%x</td> 
   <td>十六进制整数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

例如：

>>> 'Hello, %s' % 'world'
    'Hello, world'
    >>> 'Hi, %s, you have $%d.' % ('Michael', 1000000)
    'Hi, Michael, you have $1000000.'
    #整数和浮点数
    >>> print('%2d-%02d' % (3, 1))
    >>> print('%.2f' % 3.1415926)
    # %s的通用性
    >>> 'Age: %s. Gender: %s' % (25, True)
    'Age: 25. Gender: True'
    #转义字符串中的%
    >>> 'growth rate: %d %%' % 7
    'growth rate: 7 %'

#### 2.5.2 format() ####

可以使用字符串的`format()`方法，它会用传入的参数依次替换字符串内的占位符`{0}`、`{1}`……。但建议直接使用`%`的方式。

>>> 'Hello, {0}, 成绩提升了 {1:.1f}%'.format('小明', 17.125)
    'Hello, 小明, 成绩提升了 17.1%'

## 3. list和tuple类型 ##

### 3.1 list ###

list表示列表，是**可变**的**有序**列表，即有序的集合，可以随时添加和删除元素。

#### 3.1.1 list的定义 ####

>>> classmates = ['Michael', 'Bob', 'Tracy']
    >>> classmates
    ['Michael', 'Bob', 'Tracy']

#### 3.1.2 len() ####

用`len()`函数可以获得list元素的个数

>>> len(classmates)
    3

#### 3.1.3 list的索引 ####

*  list元素索引从0开始
 *  索引可以引用负数表示倒数序号，例如classmates\[-1\]表示倒数最后一个元素，索引`-1`等价于`len(classmates) - 1`
 *  索引越界会报`IndexError`错误，倒序索引也会越界

#### 3.1.4 list元素增删 ####

##### 3.1.4.1 追加末尾元素 #####

>>> classmates.append('Adam')
    >>> classmates
    ['Michael', 'Bob', 'Tracy', 'Adam']

##### 3.1.4.2 指定位置插入元素 #####

>>> classmates.insert(1, 'Jack')
    >>> classmates
    ['Michael', 'Jack', 'Bob', 'Tracy', 'Adam']

##### 3.1.4.3 删除末尾元素 #####

>>> classmates.pop()
    'Adam'
    >>> classmates
    ['Michael', 'Jack', 'Bob', 'Tracy']

##### 3.1.4.4 删除指定位置元素 #####

用pop(i)的方法，i为索引值

>>> classmates.pop(1)
    'Jack'
    >>> classmates
    ['Michael', 'Bob', 'Tracy']

##### 3.1.4.5 替换元素 #####

即直接给对应索引的元素重新赋值。

>>> classmates[1] = 'Sarah'
    >>> classmates
    ['Michael', 'Sarah', 'Tracy']

#### 3.1.5多维list ####

list中元素的数据类型可以不同，如果要实现二维list，即将一维list中的元素定义为list即可，同理可以实现多维list。例如访问二维list可用`s[2][1]`的方式，表示一维list中的第三个元素list中的第二个元素。

>>> s = ['python', 'java', ['asp', 'php'], 'scheme']
    >>> len(s)
    4

#### 3.1.6 空list ####

空list即一个元素也没有，长度为0。

>>> L = []
    >>> len(L)
    0

### 3.2 tuple ###

#### 3.2.1 tuple的定义 ####

tuple表示元组，即**不可变**的**有序**元素的集合。即没有修改元素的函数，例如append()，insert()，元素赋值等。

因为tuple元素不可变，所以代码更安全。当定义tuple时，元素就必须被确定下来。如果tuple中只含一个元素，则在该元素后加逗号。避免与小括号运算产生歧义。

#以下是单元素tuple的定义
    >>> t = (1,)
    >>> t
    (1,)
    #以下是小括号运算
    >>> t = (1)
    >>> t
    1

#### 3.2.2 特别说明 ####

tuple中的元素不可变表示元素的指向不可变，但该元素如果是list，则该list的内容可变。即list表示的是指向，该list的指向不可变，但是list中元素的指向可变，即list中的元素可变。例如：

>>> t = ('a', 'b', ['A', 'B'])
    >>> t[2][0] = 'X'
    >>> t[2][1] = 'Y'
    >>> t
    ('a', 'b', ['X', 'Y'])

示意图：

list元素修改前：`t = ('a', 'b', ['A', 'B'])`

![SouthEast 2][]

list元素修改后：`t = ('a', 'b', ['X', 'Y'])`

![SouthEast 3][]

## 4. dict和set类型 ##

### 4.1 dict ###

#### 4.1.1 dict的定义 ####

dict即字典，相当于golang中的`map`类型，key-value型。具有极快的查找速度。

//dict的赋值
    >>> d = {
       'Michael': 95, 'Bob': 75, 'Tracy': 85}
    >>> d['Michael']
    95
    //dict元素的赋值
    >>> d['Adam'] = 67

由于dict中**key的值是唯一**的，因此如果多次赋值，最终结果为最后一次的赋值。

#### 4.1.2 dict的查找 ####

如果key不存在会报错，检测key是否存在可以通过`in`或`get()`方法。当key不存在时，`in`的方式返回`False`，`get()`方法返回`None`或指定值。

#key不存在的报错
    >>> d['Thomas']
    Traceback (most recent call last):
      File "<stdin>", line 1, in <module>
    KeyError: 'Thomas'
    
    #in方式检查key是否存在
    >>> 'Thomas' in d
    False
    
    #get()方法检查key是否存在
    >>> d.get('Thomas')
    >>> d.get('Thomas', -1)
    -1

#### 4.1.3 dict的删除 ####

要删除dict中的元素，可以通过用`pop(key)`方法，删除该key对应的键值对。

>>> d.pop('Bob')
    75
    >>> d
    {
       'Michael': 95, 'Tracy': 85}

#### 4.1.4 特别说明 ####

**dict的特点**：

1.  查找和插入的速度极快，不会随着key的增加而变慢；
2.  需要占用大量的内存，内存浪费多。
3.  dict的key必须是**不可变对象**，在Python中，字符串、整数等都是不可变的，而list是可变的，就不能作为key。

**对比list的特点**：

1.  查找和插入的时间随着元素的增加而增加；
2.  占用空间小，浪费内存很少。

### 4.2 set ###

set表示无序和无重复元素的集合，与数学意义上的集合类似，也可以看成是只有key没有value的dict。

#### 4.2.1 set的定义 ####

要创建一个set，需要提供一个list作为输入集合，如果list中有重复元素则自动过滤掉。

>>> s = set([1, 2, 3])
    >>> s
    {
       1, 2, 3}
    #如果有重复元素会自动过滤掉
    >>> s = set([1, 1, 2, 2, 3, 3])
    >>> s
    {
       1, 2, 3}

#### 4.2.2 set的添加和删除 ####

通过`add(key)`方法可以添加元素到set中，可以重复添加，但无效。

>>> s.add(4)
    >>> s
    {
       1, 2, 3, 4}
    >>> s.add(4)
    >>> s
    {
       1, 2, 3, 4}

通过`remove(key)`方法可以删除元素。

>>> s.remove(4)
    >>> s
    {
       1, 2, 3}

#### 4.2.3 set的交集和并集 ####

>>> s1 = set([1, 2, 3])
    >>> s2 = set([2, 3, 4])
    #交集
    >>> s1 & s2
    {
       2, 3}
    #并集
    >>> s1 | s2
    {
       1, 2, 3, 4}

### 4.3 不可变对象 ###

变量表示一个指向，而变量指向的内容表示一个对象。例如`a="abc"`中`a`是变量即指向，而`abc`是字符串对象。

Python中整数和字符串是不可变对象，而list是可变对象。

>>> a = 'abc'
    >>> b = a.replace('a', 'A')
    >>> b
    'Abc'
    >>> a
    'abc'

例如上例中，`a`是变量，`abc`是字符串对象，当调用a的`replace`的方法时，实际上是基于原字符串对象重新创建了一个新的字符串对象`Abc`，而没有改变原字符串对象的内容。

对于不变对象来说，调用对象自身的任意方法，不会改变该对象自身的内容。而会创建新的对象并返回。

## 5. 条件语句 ##

### 5.1 if格式 ###

if <条件判断1>:
        <执行1>
    elif <条件判断2>:
        <执行2>
    elif <条件判断3>:
        <执行3>
    else:
        <执行4>

以上是if语句的完整格式，注意事项：

*  Python使用缩进规则，如果if判断条件为true，则执行缩进部分的内容。
 *  if的执行逻辑是从上往下判断，如果某个判断为true，则会忽略剩下的`elif`和`else`。

例如：以下例子打印的结果是teenager，即满足第一个if条件则后续判断不再执行。

age = 20
    if age >= 6:
        print('teenager')
    elif age >= 18:
        print('adult')
    else:
        print('kid')

### 5.2 条件简写 ###

if x:
        print('True')

只要`x`是非零数值、非空字符串、非空list等，就判断为`True`，否则为`False`。

### 5.3 input()使用 ###

s = input('birth: ')
    birth = int(s)
    if birth < 2000:
        print('00前')
    else:
        print('00后')

`input()`返回的数据类型是`str`，`str`不能直接和整数比较，必须先把`str`转换成整数。Python提供了`int()`函数来转换成整数。

## 6. 循环语句 ##

### 6.1 for循环 ###

for…in循环，即把list或tuple中的每个元素迭代出来，执行后续操作。

names = ['Michael', 'Bob', 'Tracy']
    for name in names:
        print(name)

Python提供一个`range(x)`函数，生成`0-(x-1)`的整数序列。

>>> list(range(5))
    [0, 1, 2, 3, 4]
    //求和运算
    sum = 0
    for x in range(101):
        sum = sum + x
    print(sum)

### 6.2 while循环 ###

while循环，只要条件满足，就不断循环，条件不满足时退出循环。

sum = 0
    n = 99
    while n > 0:
        sum = sum + n
        n = n - 2
    print(sum)

### 6.3 break ###

在循环中，`break`语句可以提前退出循环。

n = 1
    while n <= 100:
        if n > 10: # 当n = 11时，条件满足，执行break语句
            break # break语句会结束当前循环
        print(n)
        n = n + 1
    print('END')

### 6.4 continue ###

在循环过程中，可以通过`continue`语句，跳过当前的这次循环，直接开始下一次循环。

n = 0
    while n < 10:
        n = n + 1
        if n % 2 == 0: # 如果n是偶数，执行continue语句
            continue # continue语句会直接继续下一轮循环，后续的print()语句不会执行
        print(n)

`break`和`continue`通常都必须配合`if`语句使用。

本文参考：[廖雪峰Python教程][Python]

[http_www.huweihuang.com_article_python_basics_python-basics]: http://www.huweihuang.com/article/python/basics/python-basics/
[SouthEast]: /images/20220604/5b677d7931fe46238493034ec7d50832.png
[SouthEast 1]: /images/20220604/692821d8369e4db2a703dd22a0bb3044.png
[SouthEast 2]: /images/20220604/bfc4e6b5d0544437842e256e2410b42b.png
[SouthEast 3]: /images/20220604/286d9b94e4e94fb388cedf898b589ee4.png
[Python]: https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0014316089557264a6b348958f449949df42a6d3a2e542c000/001431658427513eef3d9dd9f7c48599116735806328e81000