python基础重点讲解——高级变量类型(十四)

# 高级变量类型

## 目标

* 列表
* 元组
* 字典
* 字符串
* 公共方法
* 变量高级

### 知识点回顾

* Python 中数据类型可以分为 **数字型** 和 **非数字型**
* 数字型
    * 整型 (`int`)
    * 浮点型（`float`）
    * 布尔型（`bool`） 
        * 真 `True` `非 0 数` —— **非零即真**
        * 假 `False` `0`
    * 复数型 (`complex`)
        * 主要用于科学计算，例如：平面场问题、波动问题、电感电容等问题
* 非数字型
    * 字符串
    * 列表
    * 元组
    * 字典

* 在 `Python` 中，所有 **非数字型变量** 都支持以下特点：
    1. 都是一个 **序列** `sequence`，也可以理解为 **容器**
    2. **取值** `[]`
    3. **遍历** `for in`
    4. **计算长度**、**最大/最小值**、**比较**、**删除**
    5. **链接** `+` 和 **重复** `*`
    6. **切片**

## 01. 列表

### 1.1 列表的定义

* `List`（列表） 是 `Python` 中使用 **最频繁** 的数据类型，在其他语言中通常叫做 **数组**
* 专门用于存储 **一串 信息**
* 列表用 `[]` 定义，**数据** 之间使用 `,` 分隔
* 列表的 **索引** 从 `0` 开始
    * **索引** 就是数据在 **列表** 中的位置编号，**索引** 又可以被称为 **下标**
    
> 注意：从列表中取值时，如果 **超出索引范围**，程序会报错
    
```python
name_list = ["zhangsan", "lisi", "wangwu"]
```


### 1.2 列表常用操作

* 在 `ipython3` 中定义一个 **列表**，例如：`name_list = []`
* 输入 `name_list.` 按下 `TAB` 键，`ipython` 会提示 **列表** 能够使用的 **方法** 如下：

```
In [1]: name_list.
name_list.append   name_list.count    name_list.insert   name_list.reverse
name_list.clear    name_list.extend   name_list.pop      name_list.sort
name_list.copy     name_list.index    name_list.remove 
```

| 序号 | 分类 | 关键字 / 函数 / 方法 | 说明 |
| --- | --- | --- | --- |
| 1 | 增加 | 列表.insert(索引, 数据) | 在指定位置插入数据 |
|  |  | 列表.append(数据) | 在末尾追加数据
|  |  | 列表.extend(列表2) | 将列表2 的数据追加到列表 | 
| 2 | 修改 | 列表[索引] = 数据 | 修改指定索引的数据 |
| 3 | 删除 | del 列表[索引] | 删除指定索引的数据 |
|  |  | 列表.remove[数据] | 删除第一个出现的指定数据 |
|  |  | 列表.pop | 删除末尾数据 |
|  |  | 列表.pop(索引) | 删除指定索引数据 |
|  |  | 列表.clear | 清空列表 |
| 4 | 统计 | len(列表) | 列表长度 |
|  |  | 列表.count(数据) | 数据在列表中出现的次数 |
| 5 | 排序 | 列表.sort() | 升序排序 |
|  |  | 列表.sort(reverse=True) | 降序排序 |
|  |  | 列表.reverse() | 逆序、反转 |

#### del 关键字（科普）

* 使用 `del` 关键字(`delete`) 同样可以删除列表中元素
* `del` 关键字本质上是用来 **将一个变量从内存中删除的**
* 如果使用 `del` 关键字将变量从内存中删除，后续的代码就不能再使用这个变量了

```python
del name_list[1]
```

> 在日常开发中，要从列表删除数据，建议 **使用列表提供的方法**

#### 关键字、函数和方法（科普）

* **关键字** 是 Python 内置的、具有特殊意义的标识符

```python
In [1]: import keyword
In [2]: print(keyword.kwlist)
In [3]: print(len(keyword.kwlist))
```

> 关键字后面不需要使用括号

* **函数** 封装了独立功能，可以直接调用

```python
函数名(参数)
```

> 函数需要死记硬背

* **方法** 和函数类似，同样是封装了独立的功能
* **方法** 需要通过 **对象** 来调用，表示针对这个 **对象** 要做的操作

```python
对象.方法名(参数)
```

> 在变量后面输入 `.`，然后选择针对这个变量要执行的操作，记忆起来比函数要简单很多

### 1.3 循环遍历

* **遍历** 就是 **从头到尾** **依次** 从 **列表** 中获取数据
    * 在 **循环体内部** 针对 **每一个元素**，执行相同的操作
    
* 在 `Python` 中为了提高列表的遍历效率，专门提供的 **迭代 iteration 遍历**
* 使用 `for` 就能够实现迭代遍历

```python
# for 循环内部使用的变量 in 列表
for name in name_list:

    循环内部针对列表元素进行操作
    print(name)

```



### 1.4 **应用场景** 

* 尽管 `Python` 的 **列表** 中可以 **存储不同类型的数据**
* 但是在开发中，更多的应用场景是
    1. **列表** 存储相同类型的数据
    2. 通过 **迭代遍历**，在循环体内部，针对列表中的每一项元素，执行相同的操作

## 02. 元组

### 2.1 元组的定义

* `Tuple`（元组）与列表类似，不同之处在于元组的 **元素不能修改**
    * **元组** 表示多个元素组成的序列
    * **元组** 在 `Python` 开发中，有特定的应用场景
* 用于存储 **一串 信息**，**数据** 之间使用 `,` 分隔
* 元组用 `()` 定义
* 元组的 **索引** 从 `0` 开始
    * **索引** 就是数据在 **元组** 中的位置编号

```python
info_tuple = ("zhangsan", 18, 1.75)
```

#### 创建空元组

```python
info_tuple = ()
```

#### 元组中 **只包含一个元素** 时，需要 **在元素后面添加逗号**

```python
info_tuple = (50, )
```



### 2.2 元组常用操作

* 在 `ipython3` 中定义一个 **元组**，例如：`info = ()`
* 输入 `info.` 按下 `TAB` 键，`ipython` 会提示 **元组** 能够使用的函数如下：

```python
info.count  info.index
```

> 有关 **元组** 的 **常用操作** 可以参照上图练习

### 2.3 循环遍历

* **取值** 就是从 **元组** 中获取存储在指定位置的数据
* **遍历** 就是 **从头到尾** **依次** 从 **元组** 中获取数据

```python
# for 循环内部使用的变量 in 元组
for item in info:

    循环内部针对元组元素进行操作
    print(item)

```

> * 在 `Python` 中，可以使用 `for` 循环遍历所有非数字型类型的变量：**列表**、**元组**、**字典** 以及 **字符串**
> * 提示：在实际开发中，除非 **能够确认元组中的数据类型**，否则针对元组的循环遍历需求并不是很多

### 2.4 应用场景

* 尽管可以使用 `for in` 遍历 **元组**
* 但是在开发中，更多的应用场景是：
    * **函数的 参数 和 返回值**，一个函数可以接收 **任意多个参数**，或者 **一次返回多个数据**
        * 有关 **函数的参数 和 返回值**，在后续 **函数高级** 给大家介绍
    * **格式字符串**，格式化字符串后面的 `()` 本质上就是一个元组
    * **让列表不可以被修改**，以保护数据安全

```python
info = ("zhangsan", 18)

print("%s 的年龄是 %d" % info)

```

#### 元组和列表之间的转换

* 使用 `list` 函数可以把元组转换成列表

```python
list(元组) 
```

* 使用 `tuple` 函数可以把列表转换成元组

```python
tuple(列表)
```

## 03. 字典

### 3.1 字典的定义

* `dictionary`（字典） 是 **除列表以外** `Python` 之中 **最灵活** 的数据类型
* 字典同样可以用来 **存储多个数据**
    * 通常用于存储 **描述一个 `物体` 的相关信息** 
* 和列表的区别
    * **列表** 是 **有序** 的对象集合
    * **字典** 是 **无序** 的对象集合
* 字典用 `{}` 定义
* 字典使用 **键值对** 存储数据，键值对之间使用 `,` 分隔
    * **键** `key` 是索引
    * **值** `value` 是数据
    * **键** 和 **值** 之间使用 `:` 分隔
    * **键必须是唯一的**
    * **值** 可以取任何数据类型，但 **键** 只能使用 **字符串**、**数字**或 **元组**

```python
xiaoming = {"name": "小明",
            "age": 18,
            "gender": True,
            "height": 1.75}
```


### 3.2 字典常用操作

* 在 `ipython3` 中定义一个 **字典**，例如：`xiaoming = {}`
* 输入 `xiaoming.` 按下 `TAB` 键，`ipython` 会提示 **字典** 能够使用的函数如下：

```
In [1]: xiaoming.
xiaoming.clear       xiaoming.items       xiaoming.setdefault
xiaoming.copy        xiaoming.keys        xiaoming.update
xiaoming.fromkeys    xiaoming.pop         xiaoming.values
xiaoming.get         xiaoming.popitem    
```

> 有关 **字典** 的 **常用操作** 可以参照上图练习

### 3.3 循环遍历

* **遍历** 就是 **依次** 从 **字典** 中获取所有键值对

```python
# for 循环内部使用的 `key 的变量` in 字典
for k in xiaoming:

    print("%s: %s" % (k, xiaoming[k]))
```

> 提示：在实际开发中，由于字典中每一个键值对保存数据的类型是不同的，所以针对字典的循环遍历需求并不是很多

### 3.4 **应用场景** 

* 尽管可以使用 `for in` 遍历 **字典**
* 但是在开发中，更多的应用场景是：
    * 使用 **多个键值对**，存储 **描述一个 `物体` 的相关信息** —— 描述更复杂的数据信息
    * 将 **多个字典** 放在 **一个列表** 中，再进行遍历，在循环体内部针对每一个字典进行 **相同的处理**

```python
card_list = [{"name": "张三",
              "qq": "12345",
              "phone": "110"},
             {"name": "李四",
              "qq": "54321",
              "phone": "10086"}
             ]

```
    

## 04. 字符串

### 4.1 字符串的定义

* **字符串** 就是 **一串字符**，是编程语言中表示文本的数据类型
* 在 Python 中可以使用 **一对双引号** `"` 或者 **一对单引号** `'` 定义一个字符串
    * 虽然可以使用 `\"` 或者 `\'` 做字符串的转义，但是在实际开发中：
        * 如果字符串内部需要使用 `"`，可以使用 `'` 定义字符串
        * 如果字符串内部需要使用 `'`，可以使用 `"` 定义字符串
* 可以使用 **索引** 获取一个字符串中 **指定位置的字符**，索引计数从 **0** 开始
* 也可以使用 `for` **循环遍历** 字符串中每一个字符

> 大多数编程语言都是用 `"` 来定义字符串

```python
string = "Hello Python"

for c in string:
    print(c)

```


### 4.2 字符串的常用操作

* 在 `ipython3` 中定义一个 **字符串**，例如：`hello_str = ""`
* 输入 `hello_str.` 按下 `TAB` 键，`ipython` 会提示 **字符串** 能够使用的 **方法** 如下：

```
In [1]: hello_str.
hello_str.capitalize    hello_str.isidentifier  hello_str.rindex
hello_str.casefold      hello_str.islower       hello_str.rjust
hello_str.center        hello_str.isnumeric     hello_str.rpartition
hello_str.count         hello_str.isprintable   hello_str.rsplit
hello_str.encode        hello_str.isspace       hello_str.rstrip
hello_str.endswith      hello_str.istitle       hello_str.split
hello_str.expandtabs    hello_str.isupper       hello_str.splitlines
hello_str.find          hello_str.join          hello_str.startswith
hello_str.format        hello_str.ljust         hello_str.strip
hello_str.format_map    hello_str.lower         hello_str.swapcase
hello_str.index         hello_str.lstrip        hello_str.title
hello_str.isalnum       hello_str.maketrans     hello_str.translate
hello_str.isalpha       hello_str.partition     hello_str.upper
hello_str.isdecimal     hello_str.replace       hello_str.zfill
hello_str.isdigit       hello_str.rfind
```

> 提示：正是因为 python 内置提供的方法足够多，才使得在开发时，能够针对字符串进行更加灵活的操作！应对更多的开发需求！

#### 1) 判断类型 - 9

| 方法 | 说明 |
| --- | --- |
| string.isspace() | 如果 string 中只包含空格，则返回 True | 
| string.isalnum() | 如果 string 至少有一个字符并且所有字符都是字母或数字则返回 True |
| string.isalpha() | 如果 string 至少有一个字符并且所有字符都是字母则返回 True |
| string.isdecimal() | 如果 string 只包含数字则返回 True，`全角数字` | 
| string.isdigit() | 如果 string 只包含数字则返回 True，`全角数字`、`⑴`、`\u00b2` |
| string.isnumeric() | 如果 string 只包含数字则返回 True，`全角数字`，`汉字数字` |  
| string.istitle() | 如果 string 是标题化的(每个单词的首字母大写)则返回 True | 
| string.islower() | 如果 string 中包含至少一个区分大小写的字符，并且所有这些(区分大小写的)字符都是小写，则返回 True | 
| string.isupper() | 如果 string 中包含至少一个区分大小写的字符，并且所有这些(区分大小写的)字符都是大写，则返回 True | 

#### 2) 查找和替换 - 7

| 方法 | 说明 |
| --- | --- |
| string.startswith(str) | 检查字符串是否是以 str 开头，是则返回 True |
| string.endswith(str) | 检查字符串是否是以 str 结束，是则返回 True |
| string.find(str, start=0, end=len(string)) | 检测 str 是否包含在 string 中，如果 start 和 end 指定范围，则检查是否包含在指定范围内，如果是返回开始的索引值，否则返回 `-1` |
| string.rfind(str, start=0, end=len(string)) | 类似于 find()，不过是从右边开始查找 | 
| string.index(str, start=0, end=len(string)) | 跟 find() 方法类似，不过如果 str 不在 string 会报错 |
| string.rindex(str, start=0, end=len(string)) | 类似于 index()，不过是从右边开始 |
| string.replace(old_str, new_str, num=string.count(old)) | 把 string 中的 old_str 替换成 new_str，如果 num 指定，则替换不超过 num 次 |

#### 3) 大小写转换 - 5

| 方法 | 说明 |
| --- | --- |
| string.capitalize() | 把字符串的第一个字符大写 |
| string.title() | 把字符串的每个单词首字母大写 |
| string.lower() | 转换 string 中所有大写字符为小写 |
| string.upper() | 转换 string 中的小写字母为大写 |
| string.swapcase() | 翻转 string 中的大小写 |

#### 4) 文本对齐 - 3

| 方法 | 说明 |
| --- | --- |
| string.ljust(width) | 返回一个原字符串左对齐，并使用空格填充至长度 width 的新字符串 |
| string.rjust(width) | 返回一个原字符串右对齐，并使用空格填充至长度 width 的新字符串 |
| string.center(width) | 返回一个原字符串居中，并使用空格填充至长度 width 的新字符串 |

#### 5) 去除空白字符 - 3

| 方法 | 说明 |
| --- | --- |
| string.lstrip() | 截掉 string 左边（开始）的空白字符 |
| string.rstrip() | 截掉 string 右边（末尾）的空白字符 |
| string.strip() | 截掉 string 左右两边的空白字符 |

#### 6) 拆分和连接 - 5

| 方法 | 说明 |
| --- | --- |
| string.partition(str) | 把字符串 string 分成一个 3 元素的元组 (str前面, str, str后面) |
| string.rpartition(str) | 类似于 partition() 方法，不过是从右边开始查找 |
| string.split(str="", num) | 以 str 为分隔符拆分 string，如果 num 有指定值，则仅分隔 num + 1 个子字符串，str 默认包含 '\r', '\t', '\n' 和空格 |
| string.splitlines() | 按照行('\r', '\n', '\r\n')分隔，返回一个包含各行作为元素的列表 |
| string.join(seq) | 以 string 作为分隔符，将 seq 中所有的元素（的字符串表示）合并为一个新的字符串 |

### 4.3 字符串的切片

* **切片** 方法适用于 **字符串**、**列表**、**元组**
    * **切片** 使用 **索引值** 来限定范围，从一个大的 **字符串** 中 **切出** 小的 **字符串**
    * **列表** 和 **元组** 都是 **有序** 的集合，都能够 **通过索引值** 获取到对应的数据
    * **字典** 是一个 **无序** 的集合，是使用 **键值对** 保存数据


```
字符串[开始索引:结束索引:步长]
```

**注意**：

1. 指定的区间属于 **左闭右开** 型 `[开始索引,  结束索引)` => `开始索引 >= 范围 < 结束索引`
    * 从 `起始` 位开始，到 **`结束`位的前一位** 结束（**不包含结束位本身**)
2. 从头开始，**开始索引** **数字可以省略，冒号不能省略**
3. 到末尾结束，**结束索引** **数字可以省略，冒号不能省略**
4. 步长默认为 `1`，如果连续切片，**数字和冒号都可以省略**

#### 索引的顺序和倒序

* 在 Python 中不仅支持 **顺序索引**，同时还支持 **倒序索引**
* 所谓倒序索引就是 **从右向左** 计算索引
    * 最右边的索引值是 **-1**，依次递减

**演练需求**

* 1. 截取从 2 ~ 5 位置 的字符串
* 2. 截取从 2 ~ `末尾` 的字符串
* 3. 截取从 `开始` ~ 5 位置 的字符串
* 4. 截取完整的字符串
* 5. 从开始位置，每隔一个字符截取字符串
* 6. 从索引 1 开始，每隔一个取一个
* 7. 截取从 2 ~ `末尾 - 1` 的字符串
* 8. 截取字符串末尾两个字符
* 9. 字符串的逆序（面试题）

**答案**

```
num_str = "0123456789"

# 1. 截取从 2 ~ 5 位置 的字符串
print(num_str[2:6])

# 2. 截取从 2 ~ `末尾` 的字符串
print(num_str[2:])

# 3. 截取从 `开始` ~ 5 位置 的字符串
print(num_str[:6])

# 4. 截取完整的字符串
print(num_str[:])

# 5. 从开始位置，每隔一个字符截取字符串
print(num_str[::2])

# 6. 从索引 1 开始，每隔一个取一个
print(num_str[1::2])

# 倒序切片
# -1 表示倒数第一个字符
print(num_str[-1])

# 7. 截取从 2 ~ `末尾 - 1` 的字符串
print(num_str[2:-1])

# 8. 截取字符串末尾两个字符
print(num_str[-2:])

# 9. 字符串的逆序（面试题）
print(num_str[::-1])

```

## 05. 公共方法

### 5.1 Python 内置函数

Python 包含了以下内置函数：

| 函数 | 描述 | 备注 |
| --- | --- | --- |
| len(item) | 计算容器中元素个数 | |
| del(item) | 删除变量 | del 有两种方式 |
| max(item) | 返回容器中元素最大值 | 如果是字典，只针对 key 比较 |
| min(item) | 返回容器中元素最小值 | 如果是字典，只针对 key 比较 |
| cmp(item1, item2) | 比较两个值，-1 小于/0 相等/1 大于 | Python 3.x 取消了 cmp 函数 |

**注意**

* **字符串** 比较符合以下规则： "0" < "A" < "a"

### 5.2 切片

| 描述 | Python 表达式 | 结果 | 支持的数据类型 |
| :---: | --- | --- | --- | --- |
| 切片 | "0123456789"[::-2] | "97531" | 字符串、列表、元组 |

* **切片** 使用 **索引值** 来限定范围，从一个大的 **字符串** 中 **切出** 小的 **字符串**
* **列表** 和 **元组** 都是 **有序** 的集合，都能够 **通过索引值** 获取到对应的数据
* **字典** 是一个 **无序** 的集合，是使用 **键值对** 保存数据

### 5.3 运算符

| 运算符 | Python 表达式 | 结果 | 描述 | 支持的数据类型 |
| :---: | --- | --- | --- | --- |
| + | [1, 2] + [3, 4] | [1, 2, 3, 4] | 合并 | 字符串、列表、元组 |
| * | ["Hi!"] * 4 | ['Hi!', 'Hi!', 'Hi!', 'Hi!'] | 重复 | 字符串、列表、元组 |
| in | 3 in (1, 2, 3) | True | 元素是否存在 | 字符串、列表、元组、字典 |
| not in | 4 not in (1, 2, 3) | True | 元素是否不存在 | 字符串、列表、元组、字典 |
| > >= == < <= | (1, 2, 3) < (2, 2, 3) | True | 元素比较 | 字符串、列表、元组 |

**注意**

* `in` 在对 **字典** 操作时，判断的是 **字典的键**
* `in` 和 `not in` 被称为 **成员运算符**

#### 成员运算符

成员运算符用于 **测试** 序列中是否包含指定的 **成员**

| 运算符 | 描述 | 实例 |
| --- | --- | --- |
| in | 如果在指定的序列中找到值返回 True，否则返回 False | `3 in (1, 2, 3)` 返回 `True` |
| not in | 如果在指定的序列中没有找到值返回 True，否则返回 False | `3 not in (1, 2, 3)` 返回 `False` |

注意：在对 **字典** 操作时，判断的是 **字典的键**

### 5.4 完整的 for 循环语法

* 在 `Python` 中完整的 `for 循环` 的语法如下：

```python
for 变量 in 集合:
    
    循环体代码
else:
    没有通过 break 退出循环，循环结束后，会执行的代码
```

#### 应用场景

* 在 **迭代遍历** 嵌套的数据类型时，例如 **一个列表包含了多个字典**
* 需求：要判断 某一个字典中 是否存在 指定的 值 
    * 如果 **存在**，提示并且退出循环
    * 如果 **不存在**，在 **循环整体结束** 后，希望 **得到一个统一的提示**

```python
students = [
    {"name": "阿土",
     "age": 20,
     "gender": True,
     "height": 1.7,
     "weight": 75.0},
    {"name": "小美",
     "age": 19,
     "gender": False,
     "height": 1.6,
     "weight": 45.0},
]

find_name = "阿土"

for stu_dict in students:

    print(stu_dict)

    # 判断当前遍历的字典中姓名是否为find_name
    if stu_dict["name"] == find_name:
        print("找到了")

        # 如果已经找到，直接退出循环，就不需要再对后续的数据进行比较
        break

else:
    print("没有找到")

print("循环结束")

```