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Python 入門語法和類型

Python的设计目标之一是让源代码具备高度的可读性。它设计时尽量使用其它语言经常使用的标点符号和英语单词,让源代码整体看起来很整洁美观。它不像静态语言如C、Pascal那样需要重复书写声明语句,也不像它们的语法那样经常有特殊情况和惊喜。

缩进

Python开发者有意让违反了缩进规则的程序不能通过编译,以此来强制程序员养成良好的编程习惯。并且在Python语言里,缩进而非花括号或者某种关键字,被用于表示语句块的开始和退出。增加缩进表示语句块的开始,而减少缩进则表示语句块的退出。缩进成为了语法的一部分。例如

if语句:

 

if age < 21:
    print("你不能買酒。")
    print("不過你能買口香糖。")
print("這句話處於if語句塊的外面。")

根据PEP的规定,必须使用4个空格来表示每级缩进。使用Tab字符和其它数目的空格虽然都可以编译通过,但不符合编码规范。支持Tab字符和其它数目的空格仅仅是为了兼容很旧的Python程序和某些有问题的编辑器。

语句和控制流

  • if语句,当条件成立时执行语句块。经常与else,elif(相当于else if)配合使用。
  • for语句,遍历列表、字符串、字典、集合等迭代器,依次处理迭代器中的每个元素。
  • while语句,当条件为真时,循环执行语句块。
  • try语句。与except,finally配合使用处理在程序运行中出现的异常情况。
  • class语句。用于定义类型
  • def语句。用于定义函数和类型的方法。
  • pass语句。表示此行为空,不执行任何操作。
  • assert语句。用于程序调试阶段时测试运行条件是否满足。
  • with语句。Python2.6以后定义的语法,在一个场景中运行语句块。比如,运行语句块前加锁,然后在语句块运行结束后释放它。
  • yield语句。在迭代器函数内使用,用于返回一个元素。自从Python 2.5版本以后。这个语句变成一个运算符。

表达式

Python的表达式写法与C/C++类似。只是在某些写法有所差别。

  • 主要的算术运算符与C/C++类似。+, -, *, /, //, **, ~, %分别表示加法或者取正、减法或者取负、乘法、除法、整除、乘方、取补、取模。>>, <<表示右移和左移。&, |, ^表示二进制的AND, OR, XOR运算。>, <, ==, !=, <=, >=用于比较两个表达式的值,分别表示大于、小于、等于、不等于、小于等于、大于等于。在这些运算符里面,~, |, ^, &, <<, >>必须应用于整数。
  • Python使用andornot表示逻辑运算。
  • is, is not用于比较两个变量是否是同一个对象。in, not in用于判断一个对象是否属于另外一个对象。
  • Python支持"列表推导式"(list comprehension),比如计算0-9的平方和:
>>> sum(x * x for x in range(10))285

 

  • Python使用lambda表示匿名函数。匿名函数体只能是表达式。比如:
>>> add=lambda x, y : x + y>>> add(3,2)5

 

  • Python使用y if cond else x表示条件表达式。意思是当cond为真时,表达式的值为y,否则表达式的值为x。相当于C++和Java里的cond?y:x
  • Python区分列表(list)和元组(tuple)两种类型。list的写法是[1,2,3],而tuple的写法是(1,2,3)。可以改变list中的元素,而不能改变tuple。在某些情况下,tuple的括号可以省略。tuple对于赋值语句有特殊的处理。因此,可以同时赋值给多个变量,比如:
>>> x, y=1, 2 #同时给x,y赋值,最终结果:x=1, y=2

特别地,可以使用以下这种形式来交换两个变量的值:

>>> x, y=y, x #最终结果:y=1, x=2
  • Python使用'(单引号)和"(双引号)来表示字符串。与Perl、Unix Shell语言或者Ruby、Groovy等语言不一样,两种符号作用相同。一般地,如果字符串中出现了双引号,就使用单引号来表示字符串;反之则使用双引号。如果都没有出现,就依个人喜好选择。出现在字符串中的\(反斜杠)被解释为特殊字符,比如\n表示换行符。表达式前加r指示Python不解释字符串中出现的\。这种写法通常用于编写正则表达式或者Windows文件路径。
  • Python支持列表切割(list slices),可以取得完整列表的一部分。支持切割操作的类型str, bytes, list, tuple等。它的语法...[left:right]或者...[left:right:stride]。假定nums变量的值是[1, 3, 5, 7, 8, 13, 20],那么下面几个语句为真:
  • nums[2:5] == [5, 7, 8] 从下标为2的元素切割到下标为5的元素,但不包含下标为2的元素。
  • nums[1:] == [3, 5, 7, 8, 13, 20] 切割到最后一个元素。
  • nums[:-3] == [1, 3, 5, 7] 从最开始的元素一直切割到倒数第3个元素。
  • nums[:] == [1, 3, 5, 7, 8, 13, 20] 返回所有元素。改变新的列表不会影响到nums。
  • nums[1:5:2] == [3, 7]

函数

Python的函数支持递归、默认参数值、可变参数,但不支持函数重载。为了增强代码的可读性,可以在函数后书写”文档字符串“(Documentation Strings,或者简称docstrings),用于解释函数的作用、参数的类型与意义、返回值类型与取值范围等。可以使用内置函数help()打印出函数的使用帮助。比如:

复制代码

1 >>> def randint(a, b):
2 ...     "Return random integer in range [a, b], including both end points."
3 ...
4 >>> help(randint)
5 Help on function randint in module __main__:
6  
7 randint(a, b)
8     Return random integer in range [a, b], including both end points.

复制代码

对象的方法

对象的方法是指绑定到对象的函数。调用对象方法的语法instance.method(arguments)。它等价于调用Class.method(instance, arguments)。当定义对象方法时,必须显式地定义第一个参数为self,用于访问对象的内部数据。self相当于C++, Java里面的this变量。比如:

复制代码

class Fish:
    def eat(self, food):
        if food is not None:
            self.hungry=False
 
#构造Fish的实例:
f=Fish()
#以下两种调用形式是等价的:
Fish.eat(f, "earthworm")
f.eat("earthworm")

复制代码

Python认识一些以”__“开始并以"__"结束的特殊方法名,它们用于实现运算符重载和实现多种特殊功能。

类型

Python采用动态类型系统。在编译的时候,Python不会检查对象是否拥有被调用的方法或者属性,而是直至运行时,才做出检查。所以操作对象时可能会抛出异常。不过,虽然Python采用动态类型系统,它同时也是强类型的。Python禁止没有明确定义的操作,比如数字加字符串。

与其它面向对象语言一样,Python允许程序员定义类型。构造一个对象只需要像函数一样调用类型即可,比如,对于前面定义的Fish类型,使用Fish()。类型本身也是特殊类型type的对象(type类型本身也是type对象),这种特殊的设计允许对类型进行反射编程。

Python内置丰富的数据类型。与Java、C++相比,这些数据类型有效地减少代码的长度。下面这个列表简要地描述了Python内置数据类型(适用于Python 3.x):

类型 描述 例子
str 一个由字符组成的不可更改的有串行。在Python 3.x里,字符串由Unicode字符组成。 'Wikipedia'
"Wikipedia"
"""Spanning
multiple
lines"""
bytes 一个由字节组成的不可更改的有串行。 b'Some ASCII'
b"Some ASCII"
list 可以包含多种类型的可改变的有串行 [4.0, 'string', True]
tuple 可以包含多种类型的不可改变的有串行 (4.0, 'string', True)
set, frozenset 与数学中集合的概念类似。无序的、每个元素唯一。 {4.0, 'string', True}
frozenset([4.0, 'string', True])
dict 一个可改变的由键值对组成的无串行。 {'key1': 1.0, 3: False}
int 精度不限的整数 42
float 浮点数。精度与系统相关。 3.1415927
complex 复数 3+2.7j
bool 逻辑值。只有两个值:真、假 True
False

除了各种数据类型,Python语言还用类型来表示函数、模块、类型本身、对象的方法、编译后的Python代码、运行时信息等等。因此,Python具备很强的动态性。

数学运算

Python使用与C、Java类似的运算符,支持整数与浮点数的数学运算。同时还支持复数运算与无穷位数(实际受限于计算机的能力)的整数运算。除了求绝对值函数abs()外,大多数数学函数处于mathcmath模块内。前者用于实数运算,而后者用于复数运算。使用时需要先导入它们,比如:

>>> import math
>>> print(math.sin(math.pi/2))
1.0

fractions模块用于支持分数运算;decimal模块用于支持高精度的浮点数运算。

Python定义求余运行a % b的值处于开区间[0, b)内,如果b是负数,开区间变为(b, 0]。这是一个很常见的定义方式。不过其实它依赖于整除的定义。为了让方程式:b * (a // b) + a % b = a恒真,整除运行需要向负无穷小方向取值。比如7 // 3的结果是2,而(-7) // 3的结果却是-3。这个算法与其它很多编程语言不一样,需要注意,它们的整除运算会向0的方向取值。

Python允许像数学的常用写法那样连着写两个比较运行符。比如a < b < ca < b and b < c等价。C++的结果与Python不一样,首先它会先计算a < b,根据两者的大小获得0或者1两个值之一,然后再与c进行比较。

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