Python——基本数据类型（模块2: time库的使用）（实例3:文本进度条）

前言

本篇主要介绍基本数据类型，以文本进度条为例，介绍time库的使用。
并在最后对蟒蛇绘制的代码进行分析。
（从本篇开始，出现的一些库中函数介绍以及部分简单代码都将以图片形式呈现）

读完本篇，你将了解：
1.方法论
Python语言数字及字符串类型
2.实践能力
初步学会编程进行字符类操作

本篇将系统介绍：
1.数字类型及操作（整数、浮点数、复数及相关函数）
2.字符串类型及操作（字符串及字符串序号、操作函数、类型的格式化）
3.模块2: time库的使用（时间获取、格式化、程序计时应用）
4.实例3:文本进度条（简单开始->单行动态刷新->完整效果）

了解基本数据类型之后， 通过字符串、数字的组合，将能很容易的操作字符，使我们能更好的开展程序设计

一、数字类型及操作

1.整数类型

与数学中整数的概念一致，可正可负，没有取值范围限制
（1）pow(x,y)函数∶计算x的y次方，由于整数没有限制，想算多大算多大
（2）4种进制表示形式
①十进制:1010,99,-217
②二进制，以0b或0B开头:0b010,-OB101
③八进制，以0o或0O开头:0o123,-OO456
④十六进制，以0x或0X开头:0x9a,-0X89

2.浮点数类型

与数学中实数的概念一致，带有小数点及小数的数字
（1）注意:浮点数取值范围和小数精度都存在限制，但常规计算可忽略
取值范围数量级约-10^（308） 10^（308）
精度数量级：10^-16
（2）不确定尾数：浮点数间运算存在不确定尾数，不是bug
①举例：>>> 0.1 + 0.3输出0.4
>>> 0.1 +0.2输出0.30000000000000004
涉及到计算机对数字运算的内部实现原理
②原理：计算机中采用二进制表达数字，Python中采用53位二进制表示小数部分，约10^-16
由于计算机中的二进制跟十进制之间，不存在严格的对等关系，计算机只能截取53位，无限接近0.1
输出时只保留16位，之后的并未输出。故二进制与十进制之间转换出现不确定尾数
（3）round(x, d):对x四舍五入，d是小数截取位数
①浮点数间运算及比较用round()函数辅助
②不确定尾数一般发生在10^-16左右，round()十分有效
（4）科学计数法
①格式：使用字母e或E作为幂的符号，以10为基数，格式如下:
（a）e（b）表示a*10b
②例如∶4.3e-3 值为0.0043或9.6E5值为960000.0

3.复数（仅Python提供）

与数学中复数的概念一致
（1）定义j=√(-1)，以此为基础，构建数学体系
（2）a+bj被称为复数，其中，a是实部，b是虚部
（3）z.real获得实部、z.imag获得虚部
（4）客观说常规编程中很少使用，但是它却是进行空间变换，尤其是跟复变函数相关的科学体系中最常用的一种类型

4.数字类型及操作

操作符是完成运算的一种符号体系
（1）一些基础操作符

注意：/的结果保留小数

（2）对二元操作符的增强型操作符

（3）数字类型的关系
类型间可进行混合运算，生成结果为"最宽"类型
①三种类型存在一种逐渐"扩展"或"变宽"的关系∶
整数->浮点数->复数
②例如:123 +4.0 = 127.0 (整数+浮点数=浮点数)

5.数值运算函数

（1）Python提供的一些函数

（2）数字类型转换函数

二、字符串类型及操作

1.字符串类型的表示

（1）字符串：
由0个或多个字符组成的有序字符序列
①字符串由一对单引号或一对双引号表示："请输入带有符号的温度值: "或’C’
②字符串是字符的有序序列，可以对其中的字符进行索引（从0开始）
如："请"是"请输入带有符号的温度值:”的第O个字符

（2）字符串有2类共4种表示方法
①由一对单引号或双引号表示，仅表示单行字符串
如：“请输入带有符号的温度值: “或’℃’
②由一对三单引号或三双引号表示，可表示多行字符串（作用而言，也可当作注释使用）
‘’’ Python
语言‘’‘
③如果希望在字符串中包含双引号或单引号呢?
若字符串中出现双引号，那么最外层的引号就要使用单引号，反之
如：'这里有个双引号(”)‘或者"这里有个单引号(’)”
④如果希望在字符串中既包括单引号又包括双引号呢?
则用三个单引号表示
如：’‘’这里既有单引号(’)又有双引号(")‘’‘
⑤故这4种方法存在冗余，使得字符串中出现单引号或者双引号的处理更方便简单

（3）字符串的序号
正向递增序号和反向递减序号

①使用[ ]获取字符串中一个或多个字符
1）索引∶返回字符串中单个字符 <字符串>[M]
"请输入带有符号的温度值: "[0]或者TempStr[-1]
2）切片:返回字符串中一段字符子串 <字符串>[M: N]
“请输入带有符号的温度值:”[1:3]或者TempStr[0:-1]
（这里之前说过，不再多作赘述）

②字符串切片的高级用法
使用[M: N:K]根据步长对字符串切片
1）<字符串>[M: N]，M缺失表示至开头，N缺失表示至结尾
如：“o一二三四五六七八九十”[:3]结果是"O一二"（从最开始到3前一个为止）
2）<字符串>[M: N: K]，根据步长K对字符串切片
“o一二三四五六七八九十”[1:8:2]结果是"一三五七"（从第一位置到第八位置前结束，步长为2取）
3）小技巧：将字符串逆序[::-1]
“o一二三四五六七八九十”[::-1]结果是"十九八七六五四三二一o"
（从最开始到结尾，步长-1（即从后向前逐一取出），相当于逆序）

③转义符
1）转义符表达特定字符的本意
“这里有个双引号(”)”结果为：这里有个双引号(")
2）转义符形成一些组合，表达一些不可打印的含义
如："\b"回退“ \n"换行(光标移动到下行首)“ \r”回车(光标移动到本行首)

2.字符串操作符

（1）由0个或多个字符组成的有序字符序列

（2）举例：获取星期字符串
输入∶1-7的整数，表示星期几
输出∶输入整数对应的星期字符串
例如∶输入3，输出星期三

weekStr = "星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日"
weekId = eval(input("请输入星期数字（1-7）："))
pos = (weekId-1)*3  # 算出起始索引的位置
print(weekStr[pos:pos+3]) # 使用切片操作，将切片结果返回给用户

利用操作符改进

weekStr = "一二三四五六日"
weekId = eval(input("请输入星期数字（1-7）："))
print("星期"+weekStr[weekId-1])

3.字符串处理函数

（1）一些以函数形式提供的字符串处理功能

str和eval是一对对应的函数

这两个函数也是一对对应函数
（2）Unicode编码
Python字符串的编码方式
①统一字符编码，即覆盖几乎所有字符的编码方式
②从0到1114111(Ox10FFFF)空间，每个编码对应一个字符
③Python字符串中每个字符都是Unicode编码字符，使得Python程序不限于中文英文韩文日文俄文等
④一些有趣的例子：
>>> "1 +1 = 2 " +chr( 10004)输出’1 +1 = 2 √’

4.字符串处理方法

（1）方法
"方法"在编程中是一个专有名词
①"方法"特指（a）.(b)风格中的函数b()
②方法本身也是函数，但与a有关，是a能提供的函数，必须a.b()风格使用（面向对象的一种使用风格）
③字符串及变量也是a，存在一些方法

（2）8个常用方法（字符串及变量也是a，存在一些方法）

①split()函数：例子中用逗号分隔字符串，即只要出现逗号就会把字符串拆解为两个部分
故A后的逗号就会将A单独形成一个字符串，B同样。然后将他们放成一个列表类型返回给用户
②center()函数：（对字符串格式进行处理）根据width居中，居中后剩余两侧填充为fillchar（使打印规则的输出处理简易）
③strip()函数：去除字符串左右两侧预定义字符

5.字符串类型的格式化

格式化是对字符串进行格式表达的方式
（1）字符串格式化使用.format()方法，用法如下:
<模板字符串>.format(<逗号分隔的参数>)
（2）槽
相当于一个占位信息符，它使用一对{}来表示，只在字符串中有用
①举例

1）每一个槽中所要添加的内容与.format方法中对应的参数相一致
2）槽的3个顺序在不指定的情况下默认为012
3）将format方法中的参数按照对应顺序填到模板字符串的槽中
4）进一步可在槽中指定需要添加的参数的位置

（3）Python语言使用槽机制加上format方法，来形成字符串的格式化
除参数序号之外，如果某一个槽中确定关联的某一个参数，可以对参数的输出格式进行控制。
在槽内部使用格式化的控制标记来进行格式控制

（4）format()方法的格式控制
①槽内部对格式化的配置方式
通过一个冒号来引导一些参数，控制某一个变量在槽位置的输出格式
Python一共提供了六种格式控制标记

分为两组记忆
②前三个参数为一组，这三个参数分别表达填充、对齐和宽度
基本模式：
1）给出一个输出宽度
2）决定即将输出的这个参数在这个宽度中的对齐方式
3）确定对齐方式之后，若还有空余空间，该填充什么字符
首先要给定填充，其次设定对齐，最后设定宽度
4）举例

第一个例子中：
在一个模板字符串中，槽中给出“：=^20”。=指填充符号，空余空间中填=的单字符
^表明居中对齐（>指右对齐）指的是所放入槽中的format方法中的第0个参数以居中对齐方式来显示
20指输出宽度
第三个例子中：
省略填充、对齐，直接给出宽度。默认情况下填充为空格，变量左对齐

③后三个都是与具体的数字有关（控制数字类型输出）
1）<,>:数字的千位分隔符（这种情况只有在输出字符串，但是当作数字给人阅读的时候才会使用）
2）<.精度>:浮点数小数精度或字符串最大输出长度
3)<类型>:我们以什么样的类型将变量放到槽中
4）举例

第一个例子中：
.2f表示保留两位小数并使用千位分隔符
第二个例子中：
对425以:b的形式输出二进制格式，以:c的形式输出字符形式（即Unicode编码形式）
以:d的形式输出十进制格式， 以:o的形式输出八进制格式
以:x的形式输出十六进制格式， 以:X的形式输出大写十六进制格式
第三个例子中：
以:e的形式采用科学计数法e形式表示浮点数， 以:E的形式采用科学计数法E形式表示浮点数，
以:f的形式采用通常的非科学计数法表示浮点数， 以:%的形式采用百分号形式表示浮点数。

三、time库的使用

1.time库基本介绍

（1）time库是Python中处理时间的标准库
①计算机时间的表达
②提供获取系统时间并格式化输出功能
③提供系统级精确计时功能，用于程序性能分析

（2）使用方法:
import time
time.b()
以此调用相关函数（最典型最直接Python库的使用方法）

（3）time库包括三类函数
①时间获取:time() ctime() gmtime()
②时间格式化并输出: strftime() strptime()
③程序计时（time库的重要功能）: sleep(), perf_counter()

2.时间获取

（1）一些函数

①时间戳是一个很长的浮点数，表示从1970年1月1日0:00开始，到当前这一时刻为止的，一个以秒为单位的数值
②ctime()：给出一个具体的时分秒的时间（time库中获取人类译读方式时间的最简单的函数）

③gmtime():获取当前时间，但获取后生成的格式不一样，生成的是一种计算机程序可以处理的时间格式
（2）这三个函数基本能对获取来的时间做所有可能的后续处理

3.时间格式化

将时间以合理的方式展示出来
（1）格式化
①格式化:类似字符串格式化，需要有展示模板
②展示模板由特定的格式化控制符组成（告诉程序输出的时间大概是什么样子）
③实现时间格式化的方法：strftime()方法
（2）strftime()

（3）时间格式化很重要的一点
将计算机内部时间中，表达的年月日时分秒等相关的与时间有关的信息，用一种变量的形式进行合理组合，并合理输出
通过控制来表达输出格式
（4）time库中的控制符
格式：%+字母

（可回顾刚刚的例子）

（5）strptime()

将一个字符串变成一个计算机内部可操作的一个时间（特定程序中才会使用）

4.程序计时应用

（1）程序计时应用广泛
①程序计时指测量起止动作所经历时间的过程
②测量时间: perf_counter()（获取计算机中CPU以其频率运行的时钟，往往以纳秒来计算,非常精准）
③产生时间: sleep()（让程序休眠或产生一定时间）

（2）perf_counter()

（3）sleep()

四、实例4:文本进度条

1.需求分析

（1）文本进度条
①采用字符串方式打印可以动态变化的文本进度条
②进度条需要能在一行中根据程序的运行逐渐变化（与时间有一定关系）
（2）如何获得文本进度条的变化时间?
采用sleep()模拟一个持续的进度

2.“文本进度条“简单的开始

（1）代码实现

# TextProBarV1
import time
scale = 10
print("------执行开始------")
for i in range(scale+1):
    a = '*' * i
    b = '.' * (scale-i)
    c = (i/scale)*100
    print("{:3.0f}%[{}->{}]".format(c, a, b))
    time.sleep(0.1)
print("------执行结束------")

①该代码完成了一个基本的文本进度条框架
②执行效果：生成一个有开始、结束标记，且有一定进度百分比表示的进度条格式

（2）代码简单分析
①引入time库，使用time库的sleep()函数来生成一个持续不断的时间
②打印“执行开始”“执行结束”作为标签
③定义变量scale=10，指文本进度条的大概的宽度
④for循环模拟进度：for i in range(n)结构
⑤基本原理：定义休眠时间，每次循环都会打印当前进度条状态，进行一个简单的休眠
⑥for循环中的相关工作：
1）a等于字符（乘号）与循环变量i的乘积（字符串与整数的乘积表示字符串被复制的次数）
指当前百分比所表达的信息
2）b等于’.'与当前剩余的进度条的比例之间的乘积
3）a与b构成当前进度比例中，与已经执行的和未知执行的之间的对应的（星号）和‘.'两者之间的关系
4）变量c等于i除以scale乘以100，输出与当前进度条与进度相关的百分比
⑦print函数设置三个槽，在每个槽中增加了百分比以及相应字符串
⑧指向效果如上图

3.“文本进度条“单行动态刷新

（1）单行动态刷新：
刷新的关键是\r
①刷新的本质是:用后打印的字符覆盖之前的字符
②不能换行:print()需要被控制（print()默认输出之后会换行到下一行）
③要能回退:需要让打印后光标退回到之前的位置\r（输出字符串之后，光标会移动到字符串之后）
（2）代码实现

# TextProBarV1
import time
for i in range(101):
    print("\r{:3}%".format(i), end="")
    time.sleep(0.1)

①使用time库及sleep()函数，101次的循环（0%到100%）
②代码关键：print函数
输出信息之后，增加,end=""这样一个参数，可以改变每一次print输出最后增加的那个信息
比如在这里我们使end赋值为空字符串，那么print函数每一次输出字符串之后，不会增加换行
只会把光标停留在当次输出字符串的后面
③总结：若希望输出的字符串后面增加什么信息，就在end参数中增加，不希望增加换行，使end赋值为空字符串
④print的第一个参数：\r，一个槽，并给出百分号
\r：打印输出之前，它能够使光标退回到当前行的行首

4.“文本进度条“实例完整效果

（1）代码实现

# TextProBarV3
import time
scale = 50
print("执行开始".center(scale//2, "-"))
start = time.perf_counter()
for i in range(scale+1):
    a = '*' * i
    b = '.' * (scale - i)
    c = (i / scale) * 100
    dur = time.perf_counter() - start
    print("\r{:3.0f}%[{}->{}]{:.2f}s".format(c, a, b, dur), end="")
    time.sleep(0.1)
print("\n"+"执行结束".center(scale//2, '-'))

（2）代码分析
与第一段代码很接近，重点分析修改
①第一个和最后一个print，center函数用-填充在两侧
②增加计时效果：对程序进度有更好的展示（程序运行开始变量start开始时间)
③for循环：保留abc变量，新增dur变量记录每一次需要打印文本进度条时所消耗的时间，当前时间减去最开始记录的时间
④for中的print函数：打印文本进度条
1）单行刷新效果：最开始增加\r，实现光标向行首的移动
2）同时print函数要增加end参数，end赋值为空字符串：每次输出之后不换行
（3）效果：具有一定格式框架，有进度“*”输出，又有时间记录的完整的文本进度条
（4）这段代码覆盖了字符串处理，覆盖了数字处理，时间库的使用
效果如图

5.“文本进度条“举一反三

（1）计算问题扩展
①文本进度条程序使用了perf_counter()计时
②计时方法适合各类需要统计时间的计算问题
③例如︰比较不同算法时间、统计部分程序运行时间
（2）进度条扩展
①在任何运行时间需要较长的程序中增加进度条
②在任何希望提高用户体验的应用中增加进度条
③进度条是人机交互的纽带之一
（3）文本进度条的不同设计函数（作扩展用）

总结

经过本篇的学习，可以大致掌握运用time库去实现基本的文本进度条（本篇只是基础），大家可以尝试不同的进度条设计风格。善于使用time库函数来抓取时间。
如有错误，欢迎指正！
注：代码非原创
下篇将介绍程序的控制结构。
ps（又咕咕了）