【Python】Python 入门基础

一、Python 背景知识

1、Python 的由来

吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum) 是一个荷兰程序员 (人称龟叔, 名字前三个字母是 Gui)，龟叔在 1989 年圣诞节的时候 (当时 33 岁), 因为在家里待着无聊, 为了打发时间, 开始了 Python 的开发；Python 第一个正式版本发布于 1991 年。

2、Python 的应用场景

经历了多年的发展, Python 目前已经是一个应用场景非常广泛的编程语言了，它主要应用于如下方面：

• 科学计算&数据分析；
• Web 开发 (搭建网站)；
• 自动化运维；
• 人工智能；
• 爬虫程序；
• 自动化测试。
  

3、Python 的优缺点

Python 的优点：

• 语法言简意赅, 容易上手.
• 功能强大, 用途广泛.
• 生态丰富, 具有海量的成熟第三方库.
• 方便调用 C/C++ 编写的代码进行 高性能/系统级 操作

Python 的缺点：

• 执行效率比较弱.
• 对于多核心并发程序支持偏弱.
• 动态类型系统对于大型项目不太友好.

在实际工作中，Python 更多是作为一种辅助性语言，即能够在某些特定场景下帮助程序猿们解决某些问题的一种工具。

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二、常量、表达式和语句

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)

其中 1 2 3 这些数字就是常量， 1 + 2 - 3 是一个表达式，print(1 + 2 - 3) 则是一条语句；

和 C/C++/java 不同，Python 中的一条语句的末尾可以加分号，也可以不加分号，我们通常习惯不加分号；不过当两条语句处于同一行时，就必须用分号分割。

# 正常情况下语句末尾不加分号
print(1 + 2 - 3)
print(1 + 2 * 3)

# 当两条语句处于同一行时必须加分号用于分割
print(1 + 2 - 3); print(1 + 2 * 3)

另外，在 Python 中，整数相除整数的结果是双精度浮点数，但是在 C/C++ 中，整数相除结果仍然是整数：

注：print 是 Python 中内置的输出函数。

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三、变量和类型

1、变量

1.1 变量的定义

在 Python 中变量的类型由初始化值的类型自动推导，而不用我们显示声明，当然我们也可以显示声明变量的类型，但是一般不会；并且当声明的变量类型和初始化值的类型不同时，变量类型仍为初始化值的类型：

注：type() 是 Python 中的内置函数，它可以识别变量的类型。

变量的命名规则 – 必须遵守的硬性规则：

• 变量名必须由数字、字母以及下划线构成.
• 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，即 num 和 Num 是两个不同的变量名.

变量的命名规则 – 建议遵守的软性规则：

• 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” 或者 “蛇形命名法”.

1.2 变量的使用

我们可以读取和修改变量的值,也可以将一个变量的值赋值给另一个变量：

a = 1
print(a)
a = 2
b = a

2、类型

2.1 Python 中的类型

整形

Python 中的整形很特殊 – 它可以根据值的大小来扩大变量在内存中占用的空间大小，也就是说它的数据表示范围是没有上限的，只要内存足够大, 理论上就可以表示无限大小的数据。

注：C/C++/java 中整形家族除了 int 之外，还有 char、short、long、long long 等类型，它们的本质区别是占用的内存空间大小不同，所以能表示的数据范围不同，而既然 Python 中的 int 能表示无限大和无限小的数据，所以自然也不存在 char、short、long 等类型。

浮点型

Python 中的浮点数类型为 float，但它占用的内存空间为8字节，为双精度浮点数，所以 Python 中的 float 等价于 C/C++/java 中的 double 类型；Python 中没有单精度浮点数类型。

字符串

在 Python 中，使用 ’ 或者 " 括起来的一个或多个字符被称为字符串；需要注意单引号构成的字符串和双引号构成的字符串完全相同，没有任何区别。

注：由于 Python 中没有字符类型 char，所以被 ’ 括起来的一个字符也是字符串类型，而不是字符类型。

在 Python 中，我们有时还会遇到需要 ’ 和 " 配合使用的情况，甚至于 ’ " 和 ‘’’ “”" 配合的情况，如下：

布尔

和 C/C++/java 中的布尔类型不同，Python 中的布尔类型的首字母是大写的 – True or False.

其他类型

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。

2.2 类型的意义

Python 中为什么会存在这么多类型呢？这是因为不同的类型有不同的意义：

• 类型决定了数据在内存中占据多大空间；比如 float 在内存中占8字节，bool在内存中占1字节。
• 类型其实约定了能对这个变量做什么样的操作；比如 int/float 可以进行 + - * /，而 str 只能进行 +。

总结：类型系统其实是在对变量进行 “归类”. 相同类型的变量(数据) 往往具有类似的特性和使用规则。

2.3 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”；而像 C/C++/java，变量的类型一旦在定义时确定后在后面的程序中就不能被改变，这种特性称为 “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)。

总结：动态类型相比于静态类型更 “灵活”，它提高了语言的表达能力；然而在编程中领域中，"灵活"往往是一个贬义词，因为它代表着更容易出错，尤其是在多人协作的开发的大型项目中；所以相较来说静态类型要更好一些。

注：一个编程语言, 是否是动态类型, 只是取决于运行时变量的类型是否发生改变，不取决于变量定义的时候是否声明类型！Python 同样支持变量定义时声明类型，但它是动态类型。

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四、注释

1、注释风格

Python 中有两种风格的注释：

（1）行注释：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。

• 它可以包含多行内容;
• 一般放在 文件/函数/类 的开头;
• 使用 “”" 和 ‘’’ 等价.

"""
这是文档字符串
这是文档字符串
"""

PyCharm 中多行注释/取消注释快捷键：Ctrl + /

2、注释规范

注释的规范：

• 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.
• 篇幅合理: 注释既不应该太精简, 也不应该长篇大论.
• 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.
• 积极向上: 注释中不要包含负能量(例如 领导 SB 等).

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五、输入输出

1、input

Python 中的输入函数是 input，当我们调用 input 函数并运行程序后，input 就会一直等待用户输入；需要特别注意的是，input 函数的返回值是 str，如果我们要使用其返回值进行算术运算，则需要进行类型转换或者调用 eval 函数。

2、print

print 是 Python 的输出函数，它可以输出任何类型的变量；同时，它还可以输出 int/float 混合表达式的值，也可以拼接字符串。

但是我们不能在 print 中将 int 与 str 进行拼接，如果想拼接整形和字符串，我们需要使用格式化字符串 f-string – 在字符串"前面加上字符 f 表示格式化，然后在字符串中用 {} 包裹住要输出的整形值：

注：在格式化打印字符串的道路上，很多编程语言都进行了各自的探索 – 比如 C 语言的 printf 函数使用 %d, %s 这样的占位符来进行格式化控制；C+＋的 std:cout 使用流插入运算符 << 配合运算符重载和函数重载来实现格式化控制；Java采用了字符串拼接，允许字符串和其他类型的值进行拼接；Python最早支持的格式化字符串也是效仿 C 语言的 printf，只是在其继承上做了改进，直到 Python 3.6 版本才开始支持 f-string。

注：Python 也支持在 print 函数中使用 , 将两个不同/相同类型的变量进行输出，而不会发生冲突：

其实，print 函数还有其他更复杂、更准确的进行格式化输出控制的方法，这里我就不再介绍。

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六、运算符

1、算术运算符

Python 中有如下算术运算符：

• 加减乘除 + - * /
• 取模、乘方、整数除法：% ** //

除运算

在 C/C++ 中，整数除以整数的结果还是一个整数，比如 2/1=0，而在 Python 中，整数除整数的结果也可能是小数，而不会发生截断：

而 Python 中的整数除法 // 其实才是对应的 C/C++ 中的除法 – // 是整数除法，整数除以整数结果还是整数并向下取整 (舍弃小数部分, 并向下取整, 注意不是四舍五入，也不是0向取整)：

Python 中的除0问题

在 Python 中，如果遇到除0运算这种运行错误，就会抛出异常，异常抛出后程序就直接终止执行了，而不会继续往下执行：

注意：在 Python 中，除以整数0和除以浮点数0结果都是抛出异常，而在有些编程语言中，除以浮点数0的结果是无穷大。

取模运算

取模运算也就是是求余数，需要注意的是在 Python 中，负数取模得到的结果始终是大于0的，而在 C/C++ 中，负数取模的结果也可能是负数：

乘方运算

** 是求乘方，它可以一个数的任意次方，包括整数次方和小数次方 (开方)、正数次方和负数次方：

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，其运算规则如下：

• 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.
• 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.
• 在比较字符串时，比较依据是字符串的字典序大小.

字符串比较

在某些编程语言中，字符串是不能直接进行比较的，比如 C语言 必须使用 compare 函数进行比较 (直接比较比较的是两个字符串首元素地址的大小)，Java 只能使用 equals 方法进行比较 (直接比较比较的是两个字符串是否是同一对象)，但其实这是小众的行为；

多数的编程语言其实是支持字符串直接进行比较的，只是其内部可能对比较的逻辑进行了进一步处理而已，比如 C++ 就使用运算符重载来支持两个字符串的比较。

浮点数比较

针对浮点数来说，直接使用 == 来进行比较是存在风险的，这是由于浮点数在计算机中采用 IEEE754 标准存储，所以当浮点数过长时会被截断而产生误差，所以我们在比较两个浮点数时应该比较二者的差值，观察其是否在允许的误差范围内。

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 表示并且，当两侧操作数均为 True 时，结果才为 True (一假则假).
• or 表示或者，当两侧操作数有一个为 True 时，结果为 True (一真则真).
• not 表示逻辑取反，操作数本身为 True, 则返回 False. 本身为 False, 则返回 True.

注：在 Python 中，a < b and b < c 这个操作等价于 a < b < c，也就是说 Python 支持连续比较，而在大部分编程语言中是不允许这样的，比如在 C语言中 a < b < c 表示拿 a<b 的结果与 C 进行比较，而 a<b 的结果只能是0或者1。

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.

4、赋值运算符

和大多数编程语言一样，= 是 Python 中的赋值运算符，而 == 是比较运算符，只是在 Python 中，除了一般的赋值操作外，Python 还允许链式赋值和多元赋值：

多元赋值可以让我们很方便的完成很多事情，比如交换两个变量的值：

5、复合运算符

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.

需要特别注意的是：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. Python 这样设计的原因有两个：

1. Python 的设计哲学是一个问题只提供一种解决方案，而 ++ – 和 += 1 -= 1 的作用是一样的，所以没必要都存在.
2. ++ – 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.

6、其他运算符

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. 此处咱们暂时不介绍.

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