Python基础语法第二章、变量和运算符

目录

一、常量和表达式

二、变量和类型

2.1变量是什么

2.2变量的语法

2.2.1定义变量

2.2.2使用变量

2.3变量的类型

2.3.1整数

2.3.2浮点数(小数)

2.3.3字符串

2.3.4布尔

2.3.5其他

2.4动态类型

4.1为什么要有这么多类型?

2.4.2动态类型特性

三、注释

3.1注释是什么

3.2注释的语法

3.3注释的规范

四、输入输出

4.1和用户交互

4.2通过控制台输出

4.3通过控制台输入

五、运算符

5.1算术运算符

5.2关系运算符

5.3逻辑运算符

5.4赋值运算符

5.5其他...

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一、常量和表达式

我们可以把 Python 当成一个计算器, 来进行一些算术运算.

print(1 + 2 - 3)
print(1 + 2 * 3)
print(1 + 2 / 3)

注意:
print 是一个 Python 内置的 函数, 这个稍后详细介绍.
可以使用 + - * / ( ) 等运算符进行算术运算. 先算乘除, 后算加减.
运算符和数字之间, 可以没有空格, 也可以有多个空格. 但是一般习惯上写一个空格(比较美观).
形如 1 + 2 - 3 这样是算式, 在编程语言中称为 表达式, 算式的运算结果, 称为 表达式的返回值
其中 1 , 2 , 3 这种称为 字面值常量, + - * / 这种称为 运算符 或者 操作符.
注意: 熟悉 C / Java 的同学可能认为, 2 / 3 结果为 0 (小数部分被截断). 但是在 Python 中得到的结果则是一个小数. 更符合日常使用的直觉. (编程中不存在四舍五入的规则)

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二、变量和类型

2.1变量是什么

有的时候, 我们需要进行的计算可能更复杂一些, 需要把一些计算的中间结果保存起来. 这个时候就需要用到变量.

avg = (67.5 + 89.0 + 12.9 + 32.2) / 4
total = (67.5 - avg) ** 2 + (89.0 - avg) ** 2 + (12.9 - avg) ** 2 + (32.2 - avg)
** 2
result = total / 3
print(result)

注意:
avg, total, result 均为变量.
** 在 Python 中表示乘方运算. ** 2 即为求平方

就像计算器中的 M 键功能类似, 通过变量就可以保存计算过程中的中间结果.

变量可以视为是一块能够容纳数据的空间. 这个空间往往对应到 "内存" 这样的硬件设备上. 

PS: 我们可以把内存想像成是一个宿舍楼, 这个宿舍楼上有很多的房间. 每个房间都可以存放数据.衡量内存的一个重要指标就是内存空间的大小, 比如我的电脑内存是 16GB. 这个数字越大, 意味着内存的存储空间就越大, 能够存放的数据(变量) 就越多. 

2.2变量的语法

2.2.1定义变量

a = 10

创建变量的语句非常简单, 其中
a 为变量名. 当我们创建很多个变量的时候, 就可以用名字来进行区分.
= 为赋值运算符, 表示把 = 右侧的数据放到 = 左侧的空间中.

注意: 变量的名字要遵守一定规则. 

硬性规则(务必遵守)

• 变量名由数字字母下划线构成.
• 数字不能开头.
• 变量名不能和 "关键字" 重复.
• 变量名大小写敏感. num 和 Num 是两个不同的变量名.

软性规则(建议遵守)

• 变量名使用有描述性的单词来表示, 尽量表达出变量的作用.
• 一个变量名可以由多个单词构成, 长一点没关系, 但是含义要清晰.
• 当变量名包含多个单词的时候, 建议使用 "驼峰命名法". 形如 totalCount , personInfo 这种, 除
• 了首个单词外, 剩余单词首字母大写.

2.2.2使用变量

a = 10
print(a)

可以用一个变量的值赋给另外一个变量.

a = 10
b = 20
a = b
print(a)
print(b)

2.3变量的类型

注意: 和 C++ / Java 等语言不同, Python 变量的类型不需要显式指定, 而是在赋值的时候确定的.

2.3.1整数

a = 10
print(type(a))

PS: type 和 print 类似, 也是 python 内置的函数. 可以使用 type 来查看一个变量的类型. 

注意: 和 C++ / Java 等语言不同, Python 的 int 类型变量, 表示的数据范围是没有上限的. 只要内存足够大, 理论上就可以表示无限大小的数据. (自动扩容)

2.3.2浮点数(小数)

a = 0.5
print(type(a))

注意: 和 C++ / Java 等语言不同, Python 的小数只有 float 一种类型, 没有 double 类型. 但是实际上Python 的 float 就相当于 C++ / Java 的 double, 表示双精度浮点数. 

2.3.3字符串

a = 'hello'
print(type(a))

使用 ' ' 或者 " " 引起来的, 称为 字符串. 可以用来表示文本.

注意: 在 Python 中, 单引号构成的字符串和双引号构成的字符串, 没有区别. 'hello' 和 "hello" 是
完全等价的。可以使用 len 函数来获取字符串的长度.

a = 'hello'
print(len(a))

可以使用 + 针对两个字符串进行拼接.

a = 'hello'
b = 'world'
print(a + b)

此处是两个字符串相加. 不能拿字符串和整数/浮点数相加.

2.3.4布尔

布尔类型是一个特殊的类型, 取值只有两种, True (真) 和 False (假).

a = True
print(type(a))
b = False
print(type(b))

2.3.5其他

除了上述类型之外, Python 中还有 list, tuple, dict, 自定义类型 等等. 我们后续再介绍.

2.4动态类型

4.1为什么要有这么多类型?

(1) 类型决定了数据在内存中占据多大空间.例如 float 类型在内存中占据 8 个字节。

PS: 计算机里面使用二进制来表示数据. 也就是每个位只能表示 0 或者 1.
1 个二进制位, 就称为是一个 "比特", 8 个二进制位, 就称为一个 "字节" (Byte)
一个 float 变量在内存中占据 8 个字节空间, 也就是 64 个二进制位.

(2) 类型其实约定了能对这个变量做什么样的操作.

例如 int / float 类型的变量, 可以进行 + - * / 等操作，而 str 类型的变量, 只能进行 + (并且行为是字符串拼接), 不能进行 - * / , 但是还能使用 len 等其他操作。

2.4.2动态类型特性

在 Python 中, 一个变量是什么类型, 是可以在 "程序运行" 过程中发生变化的. 这个特性称为 "动态类型" .

a = 10
print(type(a))
a = 'hello'
print(type(a))

 在程序执行过程中, a 的类型刚开始是 int, 后面变成了 str.C++/Java 这样的语言则不允许这样的操作. 一个变量定义后类型就是固定的了. 这种特性则称为 "静态类型".动态类型特性是一把双刃剑.对于中小型程序, 可以大大的解约代码量(比如写一段代码就可以同时支持多种类型).对于大型程序, 则提高了模块之间的交互成本. (程序猿 A 提供的代码难以被 B 理解).

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三、注释

3.1注释是什么

注释是一种特殊的代码, 它不会影响到程序的执行, 但是能够起到解释说明的作用, 能够帮助程序猿理解程序代码的执行逻辑.

# 计算 4 个数字 67.5, 89.0, 12.9, 32.2 的方差
avg = (67.5 + 89.0 + 12.9 + 32.2) / 4
total = (67.5 - avg) ** 2 + (89.0 - avg) ** 2 + (12.9 - avg) ** 2 + (32.2 - avg)
** 2
result = total / 3
print(result)

3.2注释的语法

批量注释代码：Ctrl+/

(1) 注释行
使用 # 开头的行都是注释.

# 这是一行注释.

(2) 文档字符串
使用三引号引起来的称为 "文档字符串", 也可以视为是一种注释.
可以包含多行内容,
一般放在 文件/函数/类 的开头.
""" 或者 ''' 均可 (等价).

"""
这是文档字符串
这是文档字符串
"""

3.3注释的规范

1. 内容准确: 注释内容要和代码一致, 匹配, 并在代码修改时及时更新.
2. 篇幅合理: 注释既不应该太精简, 也不应该长篇大论.
3. 使用中文: 一般中国公司都要求使用中文写注释, 外企另当别论.
4. 积极向上: 注释中不要包含负能量(例如 领导 SB 等).

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四、输入输出

4.1和用户交互

程序需要和用户进行交互.

• 用户把信息传递给程序的过程, 称为 "输入".
• 程序把结果展示给用户的过程, 称为 "输出".

输入输出的最基本的方法就是控制台. 用户通过控制台输入一些字符串, 程序再通过控制台打印出一些字符串.

PyCharm 运行程序, 下方弹出的窗口就可以视为是控制台.

windows 自带的 cmd 程序, 也可以视为是控制台. 

输入输出的最常见方法是图形化界面. 如我们平时用到的 QQ, 浏览器, steam 等, 都不需要用户输入命令,而只是通过鼠标点击窗口点击按钮的方式来操作.

4.2通过控制台输出

Python 使用 print 函数输出到控制台

print('hello')

不仅能输出一个字符串, 还可以输出一个其他类型的变量

a = 10
print(a)
b = True
print(b)

更多的时候, 我们希望能够输出的内容是混合了字符串和变量的.

num = 10
print(f'num = {num}')

注意:

• 使用 f 作为前缀的字符串, 称为 f-string
• 里面可以使用 { } 来内嵌一个其他的变量/表达式.

PS: Python 中还支持其他的格式化字符串的方法, 咱们此处只了解这个最简单的即可. 其他的暂时不做介绍. 

4.3通过控制台输入

python 使用 input 函数, 从控制台读取用户的输入.

num = 0
num = input('请输入一个整数: ')
print(f'你输入的整数是 {num}')

注意:

• input 的参数相当于一个 "提示信息", 也可以没有.
• input 的返回值就是用户输入的内容. 是字符串类型. 

a = input('请输入第一个整数: ')
b = input('请输入第二个整数: ')
print(f'a + b = {a + b}')

 此处的结果是字符串拼接, 不是算术运算. 如果要想进行算术运算, 需要先转换类型

a = input('请输入第一个整数: ')
b = input('请输入第二个整数: ')
a = int(a)
b = int(b)
print(f'a + b = {a + b}')

通过 int( ) 把变量转成了 int 类型.
类似的, 使用 float( ), bool( ), str( ) 等可以完成对应的类型转换. 

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五、运算符

5.1算术运算符

像 + - * / % ** // 这种进行算术运算的运算符, 称为 算术运算符

注意1: / 中不能用 0 作为除数. 否则会 抛出异常

print(10 / 0)

异常 是编程语言中的一种常见机制, 表示程序运行过程中, 出现了一些 "意外情况", 导致程序不能继续往下执行了. 

注意2: 整数 / 整数 结果可能是小数. 而不会截断

print(1 / 2)

注意3: % 不是 "百分数", 而是求余数.

print(7 % 2)

注意4: ** 是求乘方. 不光能算整数次方, 还能算小数次方.

print(4 ** 2)
print(4 ** 0.5)

注意5: // 是取整除法(也叫地板除). 整数除以整数, 结果还是整数(舍弃小数部分, 并向下取整. 不是四舍五入)

print(7 // 2)
print(-7 // 2)

5.2关系运算符

像 < <= > >= == != 这一系列的运算符称为 关系运算符, 它们是在比较操作数之间的关系.
其中

• <= 是 "小于等于"
• >= 是 "大于等于"
• == 是 "等于"
• != 是 "不等于"

(1) 如果关系符合, 则表达式返回 True. 如果关系不符合, 则表达式返回 False

a = 10
b = 20
print(a < b)
print(a <= b)
print(a > b)
print(a >= b)
print(a == b)
print(a != b)

(2) 关系运算符不光针对整数/浮点数进行比较, 还能针对字符串进行比较.

a = 'hello'
b = 'world'
print(a < b)
print(a <= b)
print(a > b)
print(a >= b)
print(a == b)
print(a != b)

 

注意:

• 直接使用 == 或者 != 即可对字符串内容判定相等. (这一点和 C / Java 不同).
• 字符串比较大小, 规则是 "字典序" 

关于字典序:想象一个英文词典, 上面的单词都是按照字母顺序排列. 如果首个字母相同, 就比较第二个字母. (就比如著名单词 abandon).我们认为一个单词在词典上越靠前, 就越小. 越靠后, 就越大.

(3) 对于浮点数来说, 不要使用 == 判定相等.

print(0.1 + 0.2 == 0.3)

注意: 浮点数在计算机中的表示并不是精确的! 在计算过程中, 就容易出现非常小的误差. 

print(0.1)
print(0.2)
print(0.3)
print(0.1 + 0.2)

可以看到, 0.1 + 0.2 的结果并非是 0.3 , 而是带了个小尾巴. 虽然这个尾巴非常小了, 但是 == 是锱铢必较的, 仍然会导致 == 的结果为 False.

正确的比较方式: 不再严格比较相等了, 而是判定差值小于允许的误差范围.

a = 0.1 + 0.2
b = 0.3
print(-0.000001 < (a - b) < 0.000001)

5.3逻辑运算符

像 and or not 这一系列的运算符称为 逻辑运算符.

• and 并且. 两侧操作数均为 True, 最终结果为 True. 否则为 False. (一假则假)
• or 或者. 两侧操作数均为 False, 最终结果为 False. 否则为 True. (一真则真)
• not 逻辑取反. 操作数本身为 True, 则返回 False. 本身为 False, 则返回 True.

a = 10
b = 20
c = 30
print(a < b and b < c)
print(a < b and b > c)
print(a > b or b > c)
print(a < b or b > c)
print(not a < b)
print(not a > b)

一种特殊写法
a < b and b < c 这个操作等价于 a < b < c . 这个设定和大部分编程语言都不相同.

关于短路求值

和其他编程语言类似, Python 也存在短路求值的规则.

• 对于 and, 如果左侧表达式为 False, 则整体一定为 False, 右侧表达式不再执行.
• 对于 or, 如果左侧表达式为 True, 则整体一定为 True, 右侧表达式不再执行.

print(10 > 20 and 10 / 0 == 1)
print(10 < 20 or 10 / 0 == 1)

5.4赋值运算符

(1) = 的使用
= 表示赋值. 这个我们已经用过很多次了. 注意和 == 区分.
= 除了基本的用法之外, 还可以同时针对多个变量进行赋值.

链式赋值

a = b = 10

多元赋值

a, b = 10, 20

代码实例: 交换两个变量

基础写法

a = 10
b = 20
tmp = a
a = b
b = tmp

基于多元赋值

a = 10
b = 20
a, b = b, a

(2) 复合赋值运算符

Python 还有一些 复合赋值运算符. 例如 += -= *= /= %=
其中 a += 1 等价于 a = a + 1 . 其他复合赋值运算符也是同理.

a = 10
a = a + 1
print(a)
b = 10
b += 1
print(b)

注意: 像 C++ / Java 中, 存在 ++ -- 这样的自增/自减运算符. Python 中则不支持这种运算. 如果需要使用,则直接使用 += 1 或者 -= 1++ -- 最大的问题就是容易分不清前置和后置的区别. 这一点 Python 语法在设计的时候就进行了规避, 避免出现这种不直观, 并且容易混淆的语法

5.5其他...

除了上述之外, Python 中还有一些运算符, 比如 身份运算符 (is, is not), 成员运算符 (in, not in), 位运算符( & | ~ ^ << >>) 等.