Python学习记录1

参考:https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400

python出身随性,是著名的“龟叔”Guido van Rossum在1989年圣诞节期间,为了打发无聊的圣诞节而编写的一个编程语言。

特点:“优雅”、“明确”、“简单”,适合我等小白人士倾情学习。

1.直接运行py文件

有同学问,能不能像.exe文件那样直接运行.py文件呢?在Windows上是不行的,但是,在Mac和Linux上是可以的,方法是在.py文件的第一行加上一个特殊的注释:

#!/usr/bin/env python3

print(‘hello, world’)

然后,通过命令给hello.py以执行权限:

$ chmod a+x hello.py

就可以直接运行hello.py了,比如在Mac下运行:
run-python-in-shell

2.输入输出

(1)输出

print()会依次打印每个字符串,遇到逗号“,”会输出一个空格

>>> print('The quick brown fox', 'jumps over', 'the lazy dog')

输出:
The quick brown fox jumps over the lazy dog

(2)输入
name = input('please enter your name: ')
print('hello,', name)

再次运行这个程序,你会发现,程序一运行,会首先打印出please enter your name:,这样,用户就可以根据提示,输入名字后,得到hello, xxx的输出:

C:\Workspace> python hello.py
please enter your name: Michael
hello, Michael

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()函数来完成这件事情:

s = input('birth: ')
birth = int(s)

3.缩进

Python使用缩进来组织代码块,请务必遵守约定俗成的习惯,坚持使用4个空格的缩进。

在文本编辑器中,需要设置把Tab自动转换为4个空格,确保不混用Tab和空格。

缩进有利有弊。好处是强迫你写出格式化的代码,但没有规定缩进是几个空格还是Tab。按照约定俗成的管理,应该始终坚持使用4个空格的缩进。

缩进的另一个好处是强迫你写出缩进较少的代码,你会倾向于把一段很长的代码拆分成若干函数,从而得到缩进较少的代码。

缩进的坏处就是“复制-粘贴”功能失效了,这是最坑爹的地方。当你重构代码时,粘贴过去的代码必须重新检查缩进是否正确。此外,IDE很难像格式化Java代码那样格式化Python代码。

4.数据类型

(1)整数

Python可以处理任意大小的整数,当然包括负整数。

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。

(2)浮点数

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。

(3)字符串

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

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''')
(4)布尔值

一个布尔值只有True、False两种值。

布尔值可以用and、or和not运算。

(5)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。

(6)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。

5.变量常量

(1)变量

python变量本身类型不固定,这种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。和静态语言相比,动态语言更灵活,就是这个原因。

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。

为了理解这句话,理解变量在计算机内存中的表示非常重要。当我们写:a = 'ABC'时,Python解释器干了两件事情:

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:

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’:

py-var-code-1

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’:

py-var-code-2

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:

py-var-code-3

所以,最后打印变量b的结果自然是’ABC’了。

(2)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。

6.python除法

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。

7.字符串和编码

(1)编码

美国人:ASCII码
中国人:GB2312
日本:Shift_JIS
韩国:Euc-kr

混乱!

Unicode应运而生!

Unicode把所有语言都统一到一套编码里,这样就不会再有乱码问题了。

Unicode标准也在不断发展,但最常用的是用两个字节表示一个字符(如果要用到非常偏僻的字符,就需要4个字节)。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持Unicode。

现在,捋一捋ASCII编码和Unicode编码的区别:ASCII编码是1个字节,而Unicode编码通常是2个字节。

字母A用ASCII编码是十进制的65,二进制的01000001

字符0用ASCII编码是十进制的48,二进制的00110000,注意字符’0’和整数0是不同的;

汉字已经超出了ASCII编码的范围,用Unicode编码是十进制的20013,二进制的01001110 00101101

如果把ASCII编码的A用Unicode编码,只需要在前面补0就可以,因此,字母A的Unicode编码是00000000 01000001

新的问题又出现了:如果统一成Unicode编码,乱码问题从此消失了。但是,如果你写的文本基本上全部是英文的话,用Unicode编码比ASCII编码需要多一倍的存储空间,在存储和传输上就十分不划算。

所以,本着节约的精神,又出现了把Unicode编码转化为“可变长编码”的UTF-8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编码就能节省空间:

字符 ASCII Unicode UTF-8
A 01000001 00000000 01000001 01000001
x 01001110 00101101 11100100 10111000 10101101

搞清楚了ASCII、Unicode和UTF-8的关系,我们就可以总结一下现在计算机系统通用的字符编码工作方式:

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。

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:
在这里插入图片描述
浏览网页的时候,服务器会把动态生成的Unicode内容转换为UTF-8再传输到浏览器:
在这里插入图片描述

(2)字符串

搞清楚了令人头疼的字符编码问题后,我们再来研究Python的字符串。

在最新的Python 3版本中,字符串是以Unicode编码的,也就是说,Python的字符串支持多语言,例如:

>>> print('包含中文的str')
包含中文的str

对于单个字符的编码,Python提供了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:

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

如果知道字符的整数编码,还可以用十六进制这么写str:

>>> '\u4e2d\u6587'
'中文'

两种写法完全是等价的。

由于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。

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'

要注意区分’ABC'b'ABC',前者是str,后者虽然内容显示得和前者一样,但bytes的每个字符都只占用一个字节。

以Unicode表示的str通过encode()方法可以编码为指定的bytes,例如:

>>> 'ABC'.encode('ascii')
b'ABC'
>>> '中文'.encode('utf-8')
b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
>>> '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)

纯英文的str可以用ASCII编码为bytes,内容是一样的,含有中文的str可以用UTF-8编码为bytes。含有中文的str无法用ASCII编码,因为中文编码的范围超过了ASCII编码的范围,Python会报错。

在bytes中,无法显示为ASCII字符的字节,用\x##显示。

反过来,如果我们从网络或磁盘上读取了字节流,那么读到的数据就是bytes。要把bytes变为str,就需要用decode()方法:

>>> b'ABC'.decode('ascii')
'ABC'
>>> b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8')
'中文'

如果bytes中包含无法解码的字节,decode()方法会报错:

>>> 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'

要计算str包含多少个字符,可以用len()函数:

>>> len('ABC') 
3
>>> len('中文') 
2

len()函数计算的是str的字符数,如果换成bytes,len()函数就计算字节数:

>>> len(b'ABC')
3
>>> len(b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87')
6
>>> len('中文'.encode('utf-8'))
6

可见,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。

在操作字符串时,我们经常遇到str和bytes的互相转换。为了避免乱码问题,应当始终坚持使用UTF-8编码对str和bytes进行转换。

由于Python源代码也是一个文本文件,所以,当你的源代码中包含中文的时候,在保存源代码时,就需要务必指定保存为UTF-8编码。当Python解释器读取源代码时,为了让它按UTF-8编码读取,我们通常在文件开头写上这两行:

#!/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。

申明了UTF-8编码并不意味着你的.py文件就是UTF-8编码的,必须并且要确保文本编辑器正在使用UTF-8 without BOM编码:
在这里插入图片描述
如果.py文件本身使用UTF-8编码,并且也申明了# -- coding: utf-8 --,打开命令提示符测试就可以正常显示中文:
在这里插入图片描述

(3)字符串的格式化输出

在Python中,采用的格式化方式和C语言是一致的,用%实现,举例如下:

>>> 'Hello, %s' % 'world'
'Hello, world'
>>> 'Hi, %s, you have $%d.' % ('Michael', 1000000)
'Hi, Michael, you have $1000000.'
占位符 替换内容
%d 整数
%f 浮点数
%s 字符串
%x 十六进制整数

格式化整数和浮点数还可以指定是否补0和整数与小数的位数:

print('%2d-%02d' % (3, 1))
print('%.2f' % 3.1415926)

如果你不太确定应该用什么,%s永远起作用,它会把任何数据类型转换为字符串:

>>> 'Age: %s. Gender: %s' % (25, True)
'Age: 25. Gender: True'

有些时候,字符串里面的%是一个普通字符怎么办?这个时候就需要转义,用%%来表示一个%:

>>> 'growth rate: %d %%' % 7
'growth rate: 7 %'

format()
另一种格式化字符串的方法是使用字符串的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}……,不过这种方式写起来比%要麻烦得多:

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

小结:

Python 3的字符串使用Unicode,直接支持多语言。

当str和bytes互相转换时,需要指定编码。最常用的编码是UTF-8。Python当然也支持其他编码方式,比如把Unicode编码成GB2312:

>>> '中文'.encode('gb2312')
b'\xd6\xd0\xce\xc4'

但这种方式纯属自找麻烦,如果没有特殊业务要求,请牢记仅使用UTF-8编码。

格式化字符串的时候,可以用Python的交互式环境测试,方便快捷。

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