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。
对于很大的数,例如 10000000000 ,很难数清楚0的个数。Python允许在数字中间以 _ 分隔,因此,写成 10_000_000_000 和 10000000000 是完全一样的。十六进制数也可以写成 0xa1b2_c3d4 。
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,1.23x10 9 和12.3x10 8 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,1.23x10 9 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,注意 ... 是提示符,不是代码的一部分:
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - python _ □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│>>> print('''line1 │
│... line2 │
│... line3''') │
│line1 │
│line2 │
│line3 │
│ │
│>>> _ │
│ │
│ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
当输入完结束符 ``` 和括号 ) 后,执行该语句并打印结果。
如果写成程序并存为 .py 文件,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:
# -*- coding: utf-8 -*- ---- print(r'''hello,\n world''')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:
# -*- coding: utf-8 -*- ---- 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:
在内存中创建了一个 'ABC' 的字符串;
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:
# -*- coding: utf-8 -*- ---- 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。
练习
请打印出以下变量的值:
# -*- coding: utf-8 -*- n = 123 f = 456.789 s1 = 'Hello, world' s2 = 'Hello, \'Adam\'' s3 = r'Hello, "Bart"' s4 = r'''Hello, Lisa!''' ---- print(???)
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。
对变量赋值 x = y 是把变量 x 指向真正的对象,该对象是变量 y 所指向的。随后对变量 y 的赋值 不影响 变量 x 的指向。
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)。