python基础-01-数据变量和类型

python基础-01-数据变量和类型

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· 教程

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 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，之所以称为小数，是因为按照科学计数法表示，一个浮点数的小数点位置是可变的，例如，{1.23}\times{10^9} 和 {12.3}\times{10^8} 是完全相等的。浮点数可以用数学写法，例如 1.23，3.14，-9.01 等等。但对于很大或很小的浮点数，就必须用科学计数法表示，{1.23}\times{10^9} 就是 {1.23e9}，或者 {12.3e8}，{0.000021} 可以写成 {2.1e5}。

整数和浮点数在计算机内部存储方式是不同的，整数运算永远是精确的（包括除法），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。请注意，'' 和 "" 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 和 c 这 3 个字符。如果 ' 本身也是一个字符，那可以用 "" 括起来，例如 "I'm OK" 包含的字符是 I，'，m，空格，0，K。

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\"!' 表示的字符串内容为： 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 的交互命令行用 print() 函数打印字符串试试看。

>>> 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进行输入，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的输入，注意 ... 是提示符，不是输入内容的一部分。

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 Python 程序并保存为 .py 格式的文件，就是：

print('''line1
line2
line3''')

多行字符串 '''...''' 还可以在前面加上 r 使用，表示不转义，例如：

print(r"""hello,\n
world""")

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 和 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（注意大小写），也可以通过布尔运算得到：

>>> True
True
>>> False
False
>>> 3 > 2
True
>>> 3 > 5
False

布尔值可以用 and、or 和 not 运算。

and 是与运算，只有所有条件都为 True 时，and 运算结果才为 True：

>>> True and True
True
>>> True and False
False
>>> False and False
False
>>> 5 > 3 and 3 > 1
True

not 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，我们在后面会继续讲到。

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，变量名必须是大小写英文、数字和下划线 _ 的组合，且不能以数字开头，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。

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
print(a)
a = 'ABC'
print(a)

123
ABC

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：

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符号，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，再赋值给变量 x。由于 x 之前的指是 10，重新赋值后，x 的值变为 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：

  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，并将它指向 '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，例如以下的代码：

a = 'ABC'
b = a
a = 'XYZ'
print("b:", b)

b: ABC

最后变量 b 的输出结果为 'ABC' 还是 'XYZ' 呢？如果从数学意义上理解，就会错误地得出 b 与 a 的值相同，也应该是 'XYZ'，但实际上 b 的值为 'ABC'，让我们一行一行地对代码进行分析：

  • 执行 a = 'ABC'，解释器创建了字符串 'ABC' 和变量 a，并把 a 指向 'ABC'：
    https://bu.dusays.com/2022/10/20/6350e5315f719.png
  • 执行 b = a，解释器创建了变量 b，并把 b 指向 a 所指向的字符串 'ABC'：
    https://bu.dusays.com/2022/10/20/6350e54e90340.png
  • 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 没有改变：
    https://bu.dusays.com/2022/10/20/6350e55a1b6ec.png

所以最后变量 b 的输出结果为 'ABC'。

常量

所谓常量就是不能改变的变量，比如常用的数学常数 \pi 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，也是可行的。

最后解释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 //，成为地板除，两个整数的除法仍然是整数：

>>> 10 // 3
3

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

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 就是把变量 x 指向真正的对象，而这个对象恰好是变量 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 到 2147483648。
  • 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）。

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