3 Python的数据类型

概述

        在上一节，我们介绍了Python的基础语法，包括：编码格式、标识符、关键字、注释、多行、空行、缩进、引号、输入输出、import、运算符、条件控制、循环等内容。Python是一种动态类型的编程语言，这意味着当你创建一个变量时，不需要提前声明它的数据类型。Python会自动处理这种情况，并在需要时进行类型转换。

        Python提供了丰富多样的数据类型，以满足各种不同的编程需求。理解和掌握这些数据类型的特点、属性和用法，对于编写高效、可靠的Python代码至关重要。Python中的数据类型可以分为两种：基础类型和复杂类型。基础类型包括：数字、字符串等，复杂类型包括：列表、元组、集合、字典等。

        Python的数据类型可以分为两个大类：不可变数据类型和可变数据类型。

        不可变数据类型是指：当该数据类型对应变量的值发生了改变，它对应的内存地址也会发生改变。不可变数据类型包括：数字、字符串、元组。比如：变量a=66后，再赋值a=88，这里实际是新生成了一个数字对象88，再让 a指向它，而原来的数字对象66被丢弃；此时并没有改变a的值，相当于新生成了a。

        可变数据类型是指：当该数据类型对应变量的值发生了改变，它对应的内存地址不会发生改变。可变数据类型包括：列表、集合、字典。比如：变量a=[98, 99, 100]后，再赋值a[1]=50，只是将a的第二个元素值更改，a本身没有修改。

Number（数字）

        Python中的数字支持4种类型，分别为：int、float、bool和complex。

        整型（int）：用于表示正整数、负整数和0，其取值范围是无限的。

        浮点型（float）：用于表示带有小数点的数值，浮点型的大小也是无限的，可以表示很大的浮点数。

        布尔型（bool）：用于表示真、假两种状态，只有两个取值：True和False，常用于逻辑运算和控制语句。

        复数型（complex）：由实部和虚部组成，可以用a + bj的形式表示，其中，a为实部，b为虚部。在Python中，还可以使用complex函数来创建一个复数，比如：a = complex(66, 88)。

        那么，如何区分这4种数字类型呢？可以使用type函数和isinstance函数。type函数用于获取某个变量的数据类型，isinstance函数用于判断某个变量是否为某个数据类型的实例（包括父类实例和子类实例）。

a = 10
b = 6.9
c = True
d = 25 + 36j
# 输出：   
print(type(a), type(b), type(c), type(d))

# 以下均输出：True
print(isinstance(a, int))
print(isinstance(b, float))
print(isinstance(c, bool), isinstance(c, int))
print(isinstance(d, complex))

        另外，布尔型是整型的子类，这也就意味着，True和False可以与数字进行算数运算。True相当于1，False相当于0。

a = True + 5
b = 9 - False
# 输出：6 9 True True
print(a, b, True == 1, False == 0)

String（字符串）

        字符串是Python中的文本数据，用于表示一串字符。字符串是由单引号、双引号或三引号括起来的多个字符组成的序列，其长度（即字符数）可以是任意的。字符串从左边算起时，索引从0开始计数；从右边算起时，索引从-1开始计数。

         要获取字符串的子串，可以使用变量[下标]或变量[头下标:尾下标]的格式。变量[下标]只能获取包含单个字符的字符串，变量[头下标:尾下标]能获取头下标到尾下标之间（注意：包括头下标，不包括尾下标）的字符串。头下标不写时，默认为0；尾下标不写时，默认为到最右边的所有字符。字符串的下标可以超过索引范围，超过后，会自动被限制为可用的极限值。

a = 'hello'
# 输出：hello
print(a)
# 输出：e
print(a[1])
# 输出：hell
print(a[0:-1])
# 输出：hello
print(a[0:])
# 输出：hell
print(a[:-1])
# 输出：hello
print(a[:])
# 输出：el
print(a[1:-2])
# 输出：hel
print(a[-5:3])
# 输出：hello
print(a[-16:99])

        字符串还可以使用+符号进行拼接，使用*符号进行拷贝，使用\符号转义特殊字符。当然，如果不想让\符号发生转义，也是可以的：在字符串前面添加一个r或R即可，以表示后面的是一个原始字符串。

a = 'hello'
b = a + ' CSDN'
# 输出：hello CSDN
print(b)

c = a * 2
# 输出：hellohello
print(c)

d = 3 * a
# 输出：hellohellohello
print(d)

e = 'hello\nCSDN'
# 输出：hello
#CSDN
print(e)

f = r'hello\nCSDN'
# 输出：hello\nCSDN
print(f)

        与C/C++、Java等语言不同，Python中的字符串不能被改变。试图向字符串的索引位置赋值时，比如：a[1]='P'，会提示类似下面的错误信息：'str' object does not support item assignment。Python也没有单独的字符类型（比如：C/C++中的char类型），一个字符就是长度为1的字符串。

List（列表）

        列表是Python中的有序集合数据类型，可以包含任意类型的元素（同一个列表中的数据类型可以不同）。列表是通过方括号括起来，用逗号进行分隔的元素序列，支持各种操作，包括：元素的添加、删除、修改、查找等。

        与字符串一样，列表也可以被索引和截取。列表被截取后，返回一个包含所需元素的新列表。

a = [10, 20, 30, 40, 50]
# 输出：20 50 [30, 40] [30, 40, 50]
print(a[1], a[-1], a[2:-1], a[2:])
# 输出：[10, 20, 30, 40, 50]
print(a[-10:10])

        列表还可以使用+符号进行拼接，使用*符号进行拷贝。如果要判断一个元素是否在列表中，可以使用in关键字。如果要遍历一个列表，则可以使用for in。反向遍历时，使用[::-1]。第一个冒号两边省略数字，表示所有元素；第二个冒号右边为-1，表示列表元素反向遍历。

a = [10, 20, 30]
# 输出：[10, 20, 30, 10, 20, 30]
print(a * 2)
# 输出：[10, 20, 30, 1, 2]
print(a + [1, 2])
# 输出：False True
print(66 in a, 20 in a)
# 正向遍历，依次输出：10 20 30
for item in a:
    print(item)
# 反向遍历，依次输出：30 20 10
for item in a[::-1]:
    print(item)

        Python中包含一些全局方法，用于获取列表的元素个数、列表元素的最大值、列表元素的最小值、列表元素的总和，分别为：len、max、min、sum。

a = [10, 20, 30]
# 输出：3
print(len(a))
# 输出：30
print(max(a))
# 输出：10
print(min(a))
# 输出：60
print(sum(a))

        除了全局方法，列表自身还有一些成员方法，用于对列表进行添加、插入、移除、统计、反转等操作，分别为：append、insert、remove、count、reverse等。

a = [10, 20, 30]
a.append(66)
a.append(20)
# 输出：[10, 20, 30, 66, 20]
print(a)
# 统计元素20的个数，输出：2
print(a.count(20))
# 查找第一个值匹配的元素的位置，输出：2
print(a.index(30))
# 100不在列表中，运行会报错：100 is not in list
# print(a.index(100))
# 移除最后一个元素并返回，输出：20
print(a.pop())
# 输出：[10, 20, 30, 66]
print(a)
# 在某个位置插入一个元素
a.insert(0, 99)
# 输出：[99, 10, 20, 30, 66]
print(a)
# 反转列表
a.reverse()
# 输出：[66, 30, 20, 10, 99]
print(a)
# 移除第一个值匹配的元素
a.remove(30)
# 输出：[66, 20, 10, 99]
print(a)
# 35不在列表中，运行会报错：x not in list
# a.remove(35)
# 追加另一个序列中的元素
a.extend(["hello", "CSDN"])
# 输出：[66, 20, 10, 99, 'hello', 'CSDN']
print(a)
# 清空列表
a.clear()
# 输出：[]
print(a)

        注意：列表的index和remove方法在找不到元素时，运行时会报错，而不是像其他语言一样返回-1，或者什么也不做。因此，使用index和remove方法，更好的方式是像下面这样。

a = [10, 20, 30]
index = a.index(66) if 66 in a else -1
# 输出：-1
print(index)
if 20 in a:
    a.remove(20)
# 输出：[10, 30]
print(a)

        列表的比较可以直接使用>、<、==、!=等运算符。只有当两个列表的元素个数、每个位置上的元素的类型和值都相等时，两个列表才相等。注意：不同类型的列表不能比较，运行时会报类似下面的错误信息：'<' not supported between instances of 'int' and 'str'。

a = [10, 20, 30]
b = [20, 10, 30]
# 输出：False
print(a > b)
b = [10, 20, 30]
# 输出：True
print(a == b)
b = ['hello', 'CSDN']
# 不同类型的列表比较会报错，提示：'<' not supported between instances of 'int' and 'str'
# print(a < b)

Tuple（元组）

        元组与列表类似，是由小括号括起来的元素序列，通常用于表示一组固定的数据。与列表不同，元组是不可变的，也就是说，无法修改元组中的元素。

        注意：当元组中只包含一个元素时，需要在该元素后面添加逗号。否则，小括号会被当作运算符使用，导致类型不正确。

a = ('hello', 'CSDN', 'Go')
# 输出：
print(type(a))
a = ()
# 空元组，输出：
print(type(a))
a = (66)
# 一个元素时，没有逗号，a被认为是整型，输出：
print(type(a))
a = (66, )
# 一个元素时，有逗号，a被认为是元组，输出：
print(type(a))

        与字符串、列表一样，元组也可以被索引和截取，并支持+符号拼接、*符号拷贝，以及len、max、min、sum等全局方法，这里就不再赘述了。元组中的元素是不允许被修改的，尝试给其赋值（比如：a[0] = 66）会提示类似下面的错误信息：'tuple' object does not support item assignment。

a = (10, 20, 30, 40, 50)
# 输出：20 50 (30, 40) (30, 40, 50)
print(a[1], a[-1], a[2:-1], a[2:])
# 输出：(10, 20, 30, 40, 50)
print(a[-10:10])

a = (10, 20, 30)
# 输出：(10, 20, 30, 10, 20, 30)
print(a * 2)
# 输出：(10, 20, 30, 1, 2)
print(a + (1, 2))
# 输出：False True
print(66 in a, 20 in a)
# 正向遍历，依次输出：10 20 30
for item in a:
    print(item)
# 反向遍历，依次输出：30 20 10
for item in a[::-1]:
    print(item)

a = (10, 20, 30)
# 输出：3
print(len(a))
# 输出：30
print(max(a))
# 输出：10
print(min(a))
# 输出：60
print(sum(a))

Set（集合）

        Python中的集合是由大括号括起来的无序的元素序列，不能包含重复的元素。集合支持数学中的集合运算，比如：并集、交集、差集等。要创建一个集合，可以使用大括号{}或者set函数。注意：创建一个空集合，必须使用set函数，而不能使用{}，因为{}被用来创建下面将要介绍的空字典。

a = {66, 88, 99}
# 使用大括号创建集合，输出：{88, 66, 99}
print(a)
a = {66, 88, 99, 66, 88}
# 集合会自动移除重复元素，输出：{88, 66, 99}
print(a)
a = set(['a', 'b', 'c'])
# 使用set函数从列表创建集合，输出：{'a', 'c', 'b'}
print(a)
a = set('CSDN')
# 使用set函数从字符串创建集合，输出：{'S', 'N', 'D', 'C'}
print(a)
a = set()
# 使用set函数创建空集合，输出：set()
print(a)

        向集合中添加元素可以使用add函数，向集合中添加元素、列表、元组、字典可以使用update函数。如果元素在集合中已存在，则不进行任何操作。从集合中移除元素可以使用remove函数和discard函数，其区别在于：如果元素不存在，remove函数会报错，而discard函数则不会报错。pop函数可以随机移除集合中的一个元素，当集合为空时，pop函数会报错。clear函数用于清空集合中的所有元素。

a = {66, 88, 99}
# 输出：3
print(len(a))
a.add(100)
# 输出：{88, 66, 99, 100}
print(a)
a.update([1, 2, 3])
# 输出：{1, 66, 99, 100, 2, 3, 88}
print(a)
a.remove(1)
# 输出：{66, 99, 100, 2, 3, 88}
print(a)
a.discard(2)
a.discard(5)
# 输出：{66, 99, 100, 3, 88}
print(a)
a.pop()
# 输出：{99, 100, 3, 88}
print(a)
a.clear()
# 输出：set()
print(a)

        集合还支持数学中的集合运算，比如：并集、交集、差集等。运算符|、&、-、^分别用于计算两个集合的并集、交集、差集、异或集，对应函数union、intersection、difference、symmetric_difference。

a = set('hello')
b = set('hope')
# 计数集合a和b的并集，输出：{'e', 'p', 'h', 'o', 'l'}
print(a | b)
# 计数集合a和b的交集，输出：{'e', 'h', 'o'}
print(a & b)
# 计数在集合a，不在集合b的元素，输出：{'l'}
print(a - b)
# 计算不同时包含于集合a和b的元素，输出：{'l', 'p'}
print(a ^ b)

# 计数集合a和b的并集，输出：{'e', 'p', 'h', 'o', 'l'}
print(a.union(b))
# 计数集合a和b的交集，输出：{'e', 'h', 'o'}
print(a.intersection(b))
# 计数在集合a，不在集合b的元素，输出：{'l'}
print(a.difference(b))
# 计算不同时包含于集合a和b的元素，输出：{'l', 'p'}
print(a.symmetric_difference(b))

Dictionary（字典）

        字典是Python中的键值对数据类型，用于存储键值对映射关系。字典是由键值对组成的无序集合，键必须是唯一的，值可以不唯一。字典的内容在大括号{}内，键值对之间使用逗号进行分隔，键值之间使用冒号进行分隔。

a = {}
# 空字典，输出：{} 0 
print(a, len(a), type(a))
a = {'red': 6, 'blue': 9, 'green': 12}
# 输出：9
print(a['blue'])
# 键不存在时，运行会报错：KeyError: 'black'
# print(a['black'])
if 'white' not in a:
    print('white not in a')
# 移除某个键，必须确保键存在，否则运行时会报错
del a['green']
# 输出：{'red': 6, 'blue': 9}
print(a)

        字典提供快速查找、访问键值对的功能和接口。

        get(key, default=None)：返回指定键的值，如果键不在字典中，则返回default设置的默认值。

        setdefault(key, default=None)：如果key在字典中，返回对应的值。如果不在字典中，则插入key及设置的默认值 default，并返回 default。

        pop(key[,default])：删除字典key所对应的值，返回被删除的值。

        popitem()：返回并删除字典中的最后一对键和值。

        items()：返回一个键值对的视图对象。

        keys()：返回一个键的视图对象。

        values()：返回一个值的视图对象。

        clear()：删除字典内所有元素。

        fromkeys(seq[, value])：创建一个新字典，以序列seq中的元素做字典的键，value为字典所有键对应的初始值。

a = {'red': 6, 'blue': 9, 'green': 12}
# 输出：9
print(a.get('blue'))
# 输出：100
print(a.get('black', 100))
# 输出：12
print(a.setdefault('green'))
# 输出：100
print(a.setdefault('white', 100))
# 输出：{'red': 6, 'blue': 9, 'green': 12, 'white': 100}
print(a)
a.pop('red')
# 输出：{'blue': 9, 'green': 12, 'white': 100}
print(a)
a.popitem()
# 输出：{'blue': 9, 'green': 12}
print(a)
# 依次输出：blue 9, green 12
for m, n in a.items():
    print(m, n)
# 依次输出：blue, green
for k in a.keys():
    print(k)
# 依次输出：9, 12
for v in a.values():
    print(v)
a.clear()
# 输出：{}
print(a)
a = dict.fromkeys(['lemon', 'apple', 'banana'], 99)
# 输出：{'lemon': 99, 'apple': 99, 'banana': 99}
print(a)