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115月/170

Python 入門語法和類型

发布在邵珠庆

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and, or, not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有str, bytes, list, tuple等。它的语法是...[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：

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.

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是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：

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")

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math和cmath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 < c与a < 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。