《Python从小白到大牛》第6章 数据类型

《Python从小白到大牛》已经上市！

《Python从小白到大牛》

在声明变量时会用到数据类型，在前面已经用到一些数据类型，例如整数和字符串等。在Python中所有的数据类型都是类，每一个变量都是类的“实例”。没有基本数据类型的概念，所以整数、浮点和字符串也都是类。

Python有6种标准数据类型：数字、字符串、列表、元组、集合和字典，列表、元组、集合和字典可以保存多项数据，他们每一个都是一种数据结构，本书中把他们统称为“数据结构”类型。

本章先介绍数字和字符串，列表、元组、集合和字典数据类型后面章节会详细介绍。

数字类型

Python数字类型有4种：整数类型、浮点类型、复数类型和布尔类型。需要注意的是布尔类型也是数字类型，它事实上是整数类型的一种。

整数类型

Python整数类型为int，整数类型的范围可以很大，可以表示很大的整数，这只受所在计算机硬件的限制。

给Python 2的提示 Python
3不再区分整数和长整数，只要你需要所有的整数都可以是长整数。

默认情况下一个整数值，例如16表示的十进制整数。那么其他进制，如二进制数、八进制数和十六进制整数表示方式如下：

• 二进制数：以 0b 或0B为前缀，注意0是阿拉伯数字，不要误认为是英文字母o。

• 八进制数，以0o或0O为前缀，第一个字符是阿拉伯数字0，第二个字符是英文字母o或O。

• 十六进制数：以 0x或0X为前缀，注意0是阿拉伯数字。

例如整数值28、0b11100、0B11100、0o34、0O34、0x1C和0X1C都同一个数字。在Python
Shell输出结果如下：

>>> 28
28
>>> 0b11100
28
>>> 0O34
28
>>> 0o34
28
>>> 0x1C
28
>>> 0X1C
28

浮点类型

浮点类型主要用来储存小数数值，Python浮点类型为float，Python只支持双精度浮点类型，而且是与本机相关。

浮点类型可以使用小数表示，也可以使用科学计数法表示，科学计数法中会使用大写或小写的e表示10的指数，如e2表示102。

在Python Shell中运行示例如下：

>>> 1.0
1.0
>>> 0.0
0.0
>>> 3.36e2
336.0
>>> 1.56e-2
0.0156

其中3.36e2表示的是3.36×102，1.56e-2表示的是1.56×10-2。

复数类型

复数在数学中是非常重要的概念，无论是理论物理学，还是电气工程实践中都经常使用。但是很多计算机语言都不支持复数，而Python是支持复数的，这使得Python能够很好地用来进行科学计算。

Python中复数类型为complex，例如1+2j表示的是实部1，虚部2的复数。在Python
Shell中运行示例如下：

>>> 1+2j
(1+2j)
>>> (1+2j) + (1+2j)
(2+4j)

上述代码实现了两个复数(1+2j)的相加。

布尔类型

Python中布尔类型为bool，bool是int的子类，它只有两个值：True和False。

注意
任何类型数据都可以通过bool()函数转换为布尔值，那些被认为“没有的”、“空的”值会转换为False，反之转换为True。如None（空对象）、False、0、0.0、0j（复数）、''（空字符串）、[]（空列表）、()（空元组）和{}（空字典）这些数值会转换为False，否则是True。

示例如下：

>>> bool(0)
False
>>> bool(2)     
True
>>> bool(1)
True
>>> bool('')
False
>>> bool('  ')
True
>>> bool([])
False
>>> bool({})
False

上述代码中bool(2)和bool(1)表达式输出的True，这说明2和1都能转换为Ture，在整数中只有0是转换为False的，其他类型亦是如此。

数字类型相互转换

学习了前面的数据类型后，大家会思考一个问题，数据类型之间是否可以转换呢？Python通过了一些函数可以实现不同数据类型之间的转换。如：数字类型之间互相转换以及整数与字符串之间的转换。本节先讨论数字类型的互相转换。

除复数外，其他的三种数字类型整数、浮点和布尔都可以互相进行转换，转换分为隐式类型转换和显式类型转换。

隐式类型转换

多个数字类型数据之间可以进行数学计算，由于参与进行计算的数字类型可能不同，此时会发生隐式类型转换。计算过程中隐式类型转换规则如表6-1所示。

表 6‑1隐式类型转换规则

操作数1类型	操作数2类型	转换后的类型
布尔	整数	整数
布尔、整数	浮点	浮点

布尔数值可以隐式转换为整数类型，布尔值True转换为整数1，布尔值False转换整数0。在Python
Shell中运行示例如下：

>>> a = 1 + True
>>> print(a)
2
>>> a = 1.0 + 1
>>> type(a)         ①

>>> print(a)
2.0
>>> a = 1.0 + True
>>> print(a)
2.0
>>> a = 1.0 + 1 + False
>>> print(a)
2.0

从上述代码表达式的运算结果类型，可知表6-1所示的类型转换规则，这里不再赘述。另外，上述代码第①行使用了type()函数,
type()函数可以返回传入数据的类型，说明是浮点类型。

显式类型转换

在不能进行隐式转换情况下，则可以使用转换函数进行显式转换了。除复数外，三种数字类型整数、浮点和布尔都有自己的转换函数，分别是int()、float()和bool()函数，bool()函数在6.1.4节已经介绍过了，这里不再赘述。

int()函数可以将布尔、浮点和字符串转换为整数。布尔数值True使用int()函数返回1，False使用int()函数返回0；浮点数值使用int()函数会截掉小数部分。int()函数转换字符串会在下一节再介绍。

float()函数可以将布尔、整数和字符串转换为浮点。布尔数值True使用float()函数返回1.0，False使用float()函数返回0.0；整数值使用float()函数会加上小数部分（.0）。float()函数转换字符串会在下一节再介绍。

在Python Shell中运行示例如下：

>>> int(False)
0
>>> int(True)
1
>>> int(19.6)
19
>>> float(5)
5.0
>>> float(False)
0.0
>>> float(True)
1.0

字符串类型

由字符组成的一串字符序列，称为“字符串”，字符串是有顺序的，从左到右，索引从0开始依次递增。Python中字符串类型是str。

字符串表示方式

Python中字符串表示方式三种：

• 普通字符串。采用单引号（'）或双引号（"）包裹起来的字符串。

• 原始字符串（raw
  string）。在普通字符串前加r，字符串中的特殊字符不需要转义，按照字符串的本来“面目”呈现。

• 长字符串。字符串中包含了换行缩进等排版字符，可以使用三重单引号（'''）或三重双引号（"""）包裹起来，这就是长字符串。

1. 普通字符串

很多程序员习惯于使用单引号（'）表示字符串。下面示例表示的都是Hello World字符串：

'Hello World'
"Hello World"
'\u0048\u0065\u006c\u006c\u006f\u0020\u0057\u006f\u0072\u006c\u0064'    ①
"\u0048\u0065\u006c\u006c\u006f\u0020\u0057\u006f\u0072\u006c\u0064"    ②

Python中的字符采用Unicode编码，所以字符串可以包含中文等亚洲字符。代码第①行和第②行的字符串是用Unicode编码表示的字符串，事实上它表示的也是Hello
World字符串，可通过print函数将Unicode编码表示的字符串输出到控制台，则会看到Hello
World字符串。在Python Shell中运行示例如下：

>>> s = 'Hello World'
>>> print(s)
Hello World
>>> s = "Hello World"
>>> print(s)
Hello World
>>> s = '\u0048\u0065\u006c\u006c\u006f\u0020\u0057\u006f\u0072\u006c\u0064'
>>> print(s)
Hello World
>>> s = "\u0048\u0065\u006c\u006c\u006f\u0020\u0057\u006f\u0072\u006c\u0064"
>>> print(s)
Hello World

如果想在字符串中包含一些特殊的字符，例如换行符、制表符等在普通字符串中则需要转义，前面要加上反斜杠（\），这称为字符转义。表6-2所示是常用的几个转义符。

表 6‑2 转义符

字符表示	Unicode编码	说　　明
\t	\u0009	水平制表符
\n	\u000a	换行
\r	\u000d	回车
\"	\u0022	双引号
\'	\u0027	单引号
\\	\u005c	反斜线

在Python Shell中运行示例如下：

>>> s = 'Hello\n World'
>>> print(s)
Hello
 World
>>> s = 'Hello\t World'
>>> print(s)
Hello    World
>>> s = 'Hello\' World'
>>> print(s)
Hello' World
>>> s = "Hello' World"  ①
>>> print(s)
Hello' World
>>> s = 'Hello" World'      ②
>>> print(s)
Hello" World
>>> s = 'Hello\\ World' ③
>>> print(s)
Hello\ World
>>> s = 'Hello\u005c World' ④
>>> print(s)
Hello\ World

对于字符串中的单引号（'）和双引号（"）也可以不要转义符，在包含单引号的字符串中使用双引号包裹字符串，见代码第①行；在包含双引号的字符串中使用单引号包裹字符串，见代码第②行。另外，可以在使用Unicode编码替代需要转义的特殊字符，代码第④行与代码第③是等价的。

2. 原始字符串（raw string）

在普通字符串前面加字母r，表示字符串是原始字符串，原始字符串是直接按照字符串的字面意思来使用，没有转义字符。在Python
Shell中运行示例代码如下：

>>> s = 'Hello\tWorld'  ①
>>> print(s)
Hello   World
>>> s = r'Hello\tWorld'  ②
>>> print(s)
Hello\tWorld

代码第①是普通字符串，代码第②是原始字符串，他们的区别只是在字符串前面加字母r。从输出结果可见，原始字符串中的\t没有被当成制表符使用。

3. 长字符串

字符串中包含了换行缩进等排版字符，则可以使用长字符串。在Python
Shell中运行示例代码如下：

>>> s  ='''Hello
 World'''
>>> print(s)
Hello
 World
>>> s = """ Hello \t            ①
        World"""
>>> print(s)
 Hello  
        World

在长字符串中如果包含特殊字符，也需要转义的，见代码第①行。

字符串格式化

在实际的编程过程中，经常会遇到将其他类型变量与字符串拼接到一起，并进行格式化输出。例如计算的金额需要保留小数点后四为、数字需要右对齐等，这些都需要格式化。

在字符串格式化时可以使用字符串的format()方法，以及占位符。在Python
Shell中运行示例如下：

>>> name = 'Mary'
>>> age = 18
>>> s = '她的年龄是{0}岁。'.format(age)        ①
>>> print(s)
她的年龄是18岁。
>>> s = '{0}芳龄是{1}岁。'.format(name, age) ②
>>> print(s)
Mary芳龄是18岁。
>>> s = '{1}芳龄是{0}岁。'.format(age, name) ③
>>> print(s)
Mary芳龄是18岁。
>>> s = '{n}芳龄是{a}岁。'.format(n=name,  a=age)    ④
>>> print(s)
Mary芳龄是18岁。

字符串中可以有占位符（{}表示的内容），配合format()方法使用，会将format()方法中的参数替换占位符内容。占位符可以用参数索引表示，见代码第①行、第②行和第③行，也可以使用参数的名字表示占位符，见代码第④行，n和a都是参数名字。

占位符中还可以有格式化控制符，对字符串的格式进行更加精准控制。不同的数据类型在进行格式化时需要不同的控制符，这些格式化控制符如表6-3所示。

表 6‑3字符串格式化控制符

控制符	说　　明
s	字符串格式化
d	十进制整数
f、F	十进制浮点数
g、G	十进制整数或浮点数
e、E	科学计算法表示浮点数
o	八进制整数，符号是小英文字母o
x、X	十六进制整数，x是小写表示，X是大写表示

格式控制符是位于占位符索引或占位符名字的后面，之间用冒号分隔，例如{1:d}表示索引为1的占位符格式参数是十进制整数。在Python
Shell中运行示例如下：

>>> name = 'Mary'
>>> age = 18
>>> money = 1234.5678
>>> "{0}芳龄是{1:d}岁。".format(name, age)   ①       
'Mary芳龄是18岁。'
>>> "{1}芳龄是{0:5d}岁。".format(age, name)  ②
'Mary芳龄是   18岁。'
>>> "{0}今天收入是{1:f}元。".format(name, money)       ③
'Mary今天收入是1234.567800元。'
>>> "{0}今天收入是{1:.2f}元。".format(name, money)     ④
'Mary今天收入是1234.57元。'
>>> "{0}今天收入是{1:10.2f}元。".format(name, money)   ⑤
'Mary今天收入是   1234.57元。'
>>> "{0}今天收入是{1:g}元。".format(name, money)       
'Mary今天收入是1234.57元。'
>>> "{0}今天收入是{1:G}元。".format(name, money)       
'Mary今天收入是1234.57元。'
>>> "{0}今天收入是{1:e}元。".format(name, money)       
'Mary今天收入是1.234568e+03元。'
>>> "{0}今天收入是{1:E}元。".format(name, money)       
'Mary今天收入是1.234568E+03元。'
>>> '十进制数{0:d}的八进制表示为{0:o}，十六进制表示为{0:x}'.format(28) 
'十进制数28的八进制表示为34，十六进制表示为1c'

上述代码第①行中{1:d}是格式化十进制整数，代码第②行中{0:5d}是指定输出长度为5的字符串，不足用空格补齐。代码第③行中{1:d}是格式化十进制浮点数，从输出的结果可见，小数部分太长了，如果想控制小数部分可以使用代码第④行的{1:.2f}占位符，其中表示保留小数两位（四舍五入）。如果想设置长度可以使用代码第⑤行的{1:10.2f}占位符，其中10表示总长度，包括小数点和小数部分，不足用空格补位。

字符串查找

在给定的字符串中查找子字符串是比较常见的操作。字符串类（str）中提供了find和rfind方法用于查找子字符串，返回值是查找子字符串所在的位置，没有找到返回-1。下面只具体说明find和rfind方法。

• str.find(sub[, start[,
  end]])。在索引start到end之间查找子字符串sub，如果找到返回最左端位置的索引，如果没有找到返回-1。start是开始索引，end是结束索引，这两个参数都可以省略，如果start省略说明查找从字符串头开始；如果end省略说明查找到字符串尾结束；如果全部省略就是查找全部字符串。

• str.rfind(sub[, start[,
  end]])。与find方法类似，区别是如果找到返回最右端位置的索引。如果在查找的范围内只找到一处子字符串，那么这里find和rfind方法返回值相同的。

提示 在Python文档中[]表示可以省略部分，find和rfind方法参数[, start[,
end]]表示start和end都可以省略。

在Python Shell中运行示例代码如下：

>>> source_str = "There is a string accessing example."
>>> len(source_str)             ①
36
>>> source_str[16]              ②
'g'
>>> source_str.find('r')            
3
>>> source_str.rfind('r')
13
>>> source_str.find('ing')
14
>>> source_str.rfind('ing')
24
>>> source_str.find('e', 15)
21
>>> source_str.rfind('e', 15)
34
>>> source_str.find('ing', 5)
14
>>> source_str.rfind('ing', 5)
24
>>> source_str.find('ing', 18, 28)
24
>>> source_str.rfind('ingg', 5)
-1

上述代码第①行len(source_str)返回字符串长度，注意len是函数，不是字符串的一个方法，它的参数是字符串。代码第②行source_str[16]访问字符串中索引16的字符。

上述字符串查找方法比较类似，这里重点解释一下source_str.find('ing',
5)和source_str.rfind('ing',
5)表达式。从图6-1可见ing字符串出现过两次，索引分别是14和24。source_str.find('ing',
5)返回最左端索引14，返回值为14；source_str.rfind('ing', 5)返回最右端索引24。

图6-1　source_str字符串索引

提示
函数与方法的区别？方法是定义在类中的函数，在类的外部调用时需要通过类或对象调用，例如上述代码source_str.find('r')就是调用字符串对象source_str的find方法，find方法是在str类中定义的。而通常的函数不是类中定义的，也称为顶层函数，他们不属于任何一个类，调用时直接使用函数即可，例如上述代码中的len(source_str)，就是调用len函数，只不过它的参数是字符串对象source_str。

字符串与数字相互转换

在实际的编程过程中，经常会用到字符串与数字相互转换。下面从两个不同的方面介绍字符串与数字相互转换。

1. 字符串转换为数字

字符串转换为数字可以使用int()和float()实现，这两个函数在6.2.2节介绍了实现数字类型之间的转换，事实上这两个函数也可以接收字符串参数，如果字符串能成功转换为数字，则返回数字，否则引发异常。

在Python Shell中运行示例代码如下：

>>> int('9')
9
>>> int('9.6')
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
    int('9.6')
ValueError: invalid literal for int() with base 10: '9.6'
>>> float('9.6')
9.6
>>> int('AB')
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
    int('AB')
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'AB'
>>>

默认情况下int()函数都将字符串参数当成是十进制数字进行转换，所以int('AB')会失败。int()函数也可以指定基数（进制），在Python
Shell中运行示例如下：

>>> int('AB', 16)
171

2. 数字转换为字符串

数字转换字符串有很多种方法，6.3.2节介绍的字符串格式化可以实现将数字转换为字符串。另外，Python中字符串提供了str()函数。

可以使用str()函数可以将任何类型的数字都转换为字符串。在Python
Shell中运行示例代码如下：

>>> str(3.24)
'3.24'
>>> str(True)
'True'
>>> str([])
'[]'
>>> str([1,2,3])
'[1, 2, 3]'
>>> str(34)
'34'

从上述代码可以str()函数很强大，什么类型都可以转换。但缺点是不能格式化，如果格式化字符串需要使用format函数。在Python
Shell中运行示例代码如下：

>>> '{0:.2f}'.format(3.24)
'3.24'
>>> '{:.1f}'.format(3.24)
'3.2'
>>> '{:10.1f}'.format(3.24)
'       3.2'

提示 在格式化字符串时，如果只有一个参数，占位符索引可以省略。

本章小结

本章主要介绍了Python中的数据类型，读者需要重点掌握数字类型与字符串类型，熟悉数字类型互相转换，以及数字类型与字符串之间的转换。

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