2 Python的基础语法

概述

        在上一节的内容中，我们介绍了Python的诞生、发展历程、特色、缺点和应用领域。从本节开始，我们将正式学习Python。Python是一门简洁和优雅的语言，有自己特殊的一些语法规则。因此，在介绍Python编程的有关知识之前，先熟悉下Python的基础语法，是非常有必要的。

        截止到2023年7月，Python的最新版本为3.12，本专栏将使用Python 3.x的语法介绍相关知识。

编码格式

        在Python 2.x中，源文件默认编码格式为ASCII。如果内容中含有汉字，不指定编码格式的话，便不能正确的读取和输出。可以将下面的代码放到源文件的开头，来指定编码格式为UTF-8。

# -*- coding: UTF-8 -*-

        在Python 3.x中，源文件默认编码格式为UTF-8。故在使用Python 3.x时，通常不需要指定编码格式。

标识符

        标识符是软件编程中通用的概念，用于给变量、函数、接口、类等进行命名。Python中的标识符区分大小写，由字母、数字和下划线组成，第一个字符必须是字母或下划线，不能以数字开头。在Python 3.x中，可以用中文作为标识符。

        以下划线开头的标识符具有特殊含义。单下划线开头的标识符（比如：_name），表示不能直接访问的类属性，需通过类提供的接口才能访问。双下划线开头的标识符（比如：__age），表示类的私有成员。双下划线开头和结尾的标识符（比如：__init__()为类的构造函数），表示Python中的内置标识。

关键字

        Python中的关键字，也叫保留字，不能把这些关键字用作任何标识符的名称。Python 3.11中一共有35个关键字，可用keyword模块中的kwlist输出这些关键字。

import platform
import keyword

print(platform.python_version())
print(keyword.kwlist)

        上述代码的输出如下：

3.11.4
['False', 'None', 'True', 'and', 'as', 'assert', 'async', 'await', 'break', 'class', 
'continue', 'def', 'del', 'elif', 'else', 'except', 'finally', 'for', 'from', 'global', 
'if', 'import', 'in', 'is', 'lambda', 'nonlocal', 'not', 'or', 'pass', 'raise', 
'return', 'try', 'while', 'with', 'yield']

注释

        在Python中，单行注释使用#，多行注释使用三个单引号（'''）或三个双引号（"""）。

import platform
import keyword

#print('hello world')

'''
print(platform.python_version())
print(keyword.kwlist)
'''

"""
第一行注释
第二行注释
第三行注释
"""

print('hello CSDN')

多行

        通常情况下，python一行写一条语句，结尾不需要添加任何结束符号（如：C/C++的分号）。如果语句比较长，需要跨越多行时，可以使用反斜杠'\'符号来实现多行语句。但有一个例外，在()、[]、{}中的多行语句，不需要使用反斜杠'\'符号。

a = 66
b = 33 + \
55 + \
77
# c为元组
c = (1, 3, 5, 7, 9)
# d为列表
d = ['hello', 
     'CSDN',
     'Fighting']
# e为set
e = {90,
     91,
     92}

        当然，如果需要将多条语句写在一行，Python也是允许的，在每条语句后面加上分号即可。

a = 66; b = 99; c = 1
print(a + b + c)

空行

        空行与代码缩进有所不同，空行是程序代码的一部分，但并不是Python语法的一部分。编写Python代码时，即使不插入空行，Python解释器运行也不会报错。函数之间、类的方法之间、不同功能块之间用空行进行分隔，表示一段新的代码的开始，便于日后代码的维护和重构。

def func1():
    print('Hello CSDN')

def func2():
    print('Hello World')

func1()
func2()

缩进

        与C/C++、Java等语言不同，Python不使用大括号{}来表示类、函数、逻辑块的边界范围，而是使用缩进。缩进的空格数是可变的（推荐4个空格），但是同一个代码块的语句必须包含相同的缩进空格数，否则，程序运行时会报错。

a = 99
if a > 100:
    print('ok')
    print('a is larger than 100')
else:
    print('cancel')
    print('a is equal to or less than 100')

# 缩进空格不一致，运行会报错：IndentationError: unindent does not match any outer indentation level
  print('hello')

引号

        Python可以使用单引号（'）、双引号（"）、三引号（''' 或 """）来表示字符串。开始的引号与结束的引号的类型必须一致，三引号可以由多行组成。当字符串中含有双引号时，可以使用单引号，这样不需要使用转移字符'\'。同样的，当字符串中含有单引号时，可以使用双引号。

a = 'Hello'
# 字符串中含有单引号，使用单引号时，必须使用转义字符
b = 'I\'m hope_wisdom'
# 字符串中含有单引号，使用双引号时，不需要使用转义字符
c = "I'm hope_wisdom"
d = '''I have 
a dream'''
e = """成就
   一亿技术人
"""

输入输出

        Python提供了input函数用于输入。input函数将所有输入都当作字符串看待，返回字符串类型。

        Python提供了print函数用于输出，默认的分隔符为空格符，默认会换行（结尾符为换行符），可以通过额外的sep和end参数指定分隔符和结尾符。

a = input('input your name: ')
print('your name is', a)
# 输出：apple-banana-lemon#
print('apple', 'banana', 'lemon', sep='-', end='#')

import

        在Python中需要引入其他库和模块的功能时，使用import关键字。

        将整个模块导入时，使用：import 模块名。此时调用模块中的函数时，必须带上模块名。

        从模块中导入函数A、B、C时，使用：from 模块名 import A, B, C。此时调用模块中的函数时，不用带上模块名。还可以使用as将函数名指定为其他名称，比如：from 模块名 import A as A_alias（后续使用A_alias即可）。如果需要导入模块中的所有函数，可以使用：from 模块名 import *。

import platform
from platform import version, release
from platform import processor as my_processor

print(platform.system())
print(version(), release())
print(my_processor())

运算符

        表达式由运算符和操作数两部分组成，比如：66+88是一个表达式，其中，66、88是操作数，而+则是运算符。Python中常见的运算符可参考下表。

运算符	含义	使用说明
+	相加	a + b
-	相减	a - b
*	相乘	a * b
/	相除	a / b，10 / 4的结果为：2.5
//	取整除	a // b，10 // 4的结果为：2
%	取模	a % b，10 % 4的结果为：2
**	取幂	a**b，2**3的结果为：8
==	是否相等	a == b
!=	是否不等于	a != b
>	是否大于	a > b
<	是否小于	a < b
>=	是否大于等于	a >= b
<=	是否小于等于	a <= b
=	赋值	a = 100
+=	加法赋值	a += b，与a = a + b相同
-=	减法赋值	a -= b，与a = a - b相同
*=	乘法赋值	a *= b，与a = a * b相同
/=	除法赋值	a /= b，与a = a / b相同
//=	整除赋值	a //= b，与a = a // b相同
%=	取模赋值	a %= b，与a = a % b相同
**=	取幂赋值	a **= b，与a = a ** b相同
<<	左移几位	a << 2
>>	右移几位	a >> 2
&	按位与	a & b
|	按位或	a | b
~	按位取反	~a
^	按位异或	a ^ b
and	布尔与	a and b
or	布尔或	a or b
not	布尔非	not a
is	两个标识符是否引用同一个对象	a is b
is not	两个标识符是否引用不同对象	a is not b
in	是否为序列、集合或映射的成员	a in b
not in	是否不为序列、集合或映射的成员	a not in b

        这些运算符的优先级可参看下表，表中的运算符从上到下，对应的优先级从高到低。

运算符	备注
**	幂运算
~ + -	按位取反、正号、负号
* / % //	乘、除、取模、取整除
+ -	加法、减法
>> <<	右移、左移
&	按位与
| ^	按位或、按位异或
<= < > >=	比较运算符
== !=	等于、不等于
= %= /= //= -= += *= **=	赋值运算符
is is not	身份运算符
in not in	成员运算符
not and or	逻辑运算符

条件控制

        在Python中，使用if、elif、else这三个关键字进行条件判断与执行控制。

a = 66
if a < 66:
    print('condition 1')
elif a < 88:
    print('condition 2')
elif a < 100:
    print('condition 3')
else:
    print('condition 4')

        if、else还可以用作三目运算符，用于简化代码。

a = 100
b = 9 if a < 188 else 10

        在Python 3.10中，新增了match、case的条件判断。match后的对象会依次与case后的值进行匹配，如果匹配成功，则执行匹配到的表达式；否则，直接跳过。case _则可以匹配剩下的所有情况，但只能放在最后面，否则，运行时会提示类似的错误信息：wildcard makes remaining patterns unreachable。

a = 2
match a:
    case 1:
        print('condition 1')
    case 2:
        print('condition 2')
    case 3:
        print('condition 3')
    case _:
        print('all')

循环

        在Python中，使用while和for in进行循环的执行。在循环体中，continue用于退出本次循环，继续执行下一次循环；break则用于退出整个循环。while和for in后面，还可以添加else语句。当循环正常退出时，会执行else里面的代码；当循环执行了break跳出时，不会执行else里面的代码。

i = 0
while (i < 10):
    if i == 5:
        i += 1
        continue
    print(i)
    i += 1
else:
    # 会执行下面的语句，因为是正常退出循环的
    print('while loop completed')

a = ['C', 'S', 'D', 'N']
for item in a:
    if item == 'D':
        break
    print(item)
else:
    # 不会执行下面的语句，因为是通过break跳出循环的
    print('for loop completed')

#!/usr/bin/python3的作用

        在有些Python源码中，会发现文件的首行为：#!/usr/bin/python3或#!/usr/bin/env python3。这条语句在Windows下基本没什么作用，主要在Linux、Mac等系统下生效。当使用chmod +x file.py命令增加file.py文件的可执行权限后，可以通过上面的语句找到python3程序，进而通过./file.py的方式直接执行python源码文件。

        #!/usr/bin/python3和#!/usr/bin/env python3区别在于：前者直接指定了python3解释器的具体路径，后者则让env去查找python3的路径，并替换作为python3解释器的具体路径。