Python 编程基础知识

python 基础

标签（空格分隔）： python-基础

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一、python 概述

目录	含义
创始人	荷兰人（Guido van Rossum）
创始时间	1989年
Python 哲学	import this python 之禅

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二、python2 和 python3 区别

区别点	python2	python3
语言函数化	print 关键字	print() 函数
整除	/ 整除	/ 自然除
input函数	raw_input	3.x 中的 raw_input 重命名为 input,不在使用 raw_input
round函数
字符串		统一使用unicode 字符
语法		异常捕获、抛出的语法改变

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三、python 基础

3.1 体系架构

3.1.1 图灵机

• 程序
• 一组能让计算机识别和执行的指令
• 电子计算机
• 能够执行程序的机器
• 现代计算机
• 图灵机，为现代计算机的逻辑工作方式奠定了基础
• 冯诺依曼体系

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3.1.2 冯诺依曼体系

• 计算机的五大部件
• 运算器: 完成各种计算
• 控制器: 控制程序执行
• 存储器: 用来记忆程序和数据， 例如内存(掉电即失)
• 输入设备: 将数据或者程序输入到计算机中
• 输出设备: 将输出或者程序处理的结果展示给用户; 磁盘

特别说明：
1、CPU 由运算器和控制器(中央处理器)
2、CPU 中还有寄存器和多级缓存 (Cache)
3、所有的数据, 都是先加载到内存, 再交给 cpu 处理, 因此 cpu 并不直接跟磁盘做交互; 同时 CPU 也不直接使用内存中的数据, 必须使用寄存器,先加载到寄存器再计算,计算完成后再从寄存器移动到内存中

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3.2 语言体系

3.2.1 计算机语言

• 人与计算机之间交互的语言

• 低级语言:
• 机器语言
  - 一定位数组成二进制的 0 和 1 的序列, 称为机器指令。机器指令的集合就是机器语言
  • 汇编语言
    • 用一些助记符 替代 机器指令, 称为汇编语言。
      -汇编语言写号的程序需要汇编程序转换为机器指令

  不同的机器不能通用，不同的机器需要不同的机器指令或者汇编程序

• 高级语言
  • 接近自然语言和数学语言的计算机语言

3.2.2 高级语言的发展

• 非结构化语言
  • GOTO, 子程序可以有多个入口和出口
  • 有分支、循环
• 结构化语言
  • 任何基本结构只允许是唯一入口和唯一出口
  • 顺序、分支、循环，废除GOTO
• 面向对象语言
  • 更加接近人类认知世界的方式， 万事万物抽象成对象，对象将关系抽象成类和对象
  • 封装、继承、多态
• 函数式语言
  • 古老的编程范式，应用在数学计算、并行处理的场景;
  • 函数是"一等公民"， 高阶函数

大数据时代的到来, 大量的数据计算, 因此代码越接近于数学公式, 则越精简; 因此再次被引入到了很多现代高级语言中

3.2.4 低级语言和高级语言

• 语言越高级，越接近人类的自然语言和数学语言
• 语言越低级，越能让机器理解
• 高级语言和低级语言之间需要一个转换的工具, 编译器、解释器

1、C, C++ 等语言的源代码需要本地编译(跟操作系统类型和CPU指令集紧密相关的, 因此在不同的操作系统下, 都需要重新编译)
2、Java, Python, C# 的源代码需要被解释器编译成中间代码(Bytecode, 字节码), 在虚拟机上运行

3.2.5 编译语言和解释语言

• 编译语言, 把源代码转换为目标机器的CPU指令
• 解释语言, 解释后转换为字节码, 运行在虚拟机上, 解释器执行中间代码

虚拟机, 一次编译, 到处运行, 相当于 不同的操作系统和CPU指令集等相关的东西, 都有虚拟机来完成, 只要能够安装部署虚拟机, 就可以运行字节码程序

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3.3 程序 Program

• 程序:
• 算法 + 数据结构=程序
• 数据是一切程序的核心
• 数据结构是数据在计算机中的类型和组织方式
• 算法是处理数据的方式，算法有优劣之分

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3.4 Python 基础语法

3.4.1 基础语法

• 注释: #
• 数字:
  • 整数, 不区分 long 和 int
    • 0xa (16进制), 0O10 (八进制), 0b10 (二进制)
    • bool (True, False)
  • 浮点数
    • 只能对某些数据做近似表达; 无限不循环， 无理数等
  • 复数
• 字符串
  • 单引号, 双引号, 三引号
• 转义字符

转义字符	含义
\	转义\
\t	转义 Tab 键
\r	转义 回车
\n	转义 换行
'	转义 单引号
"	转义 双引号

> 前缀r, 把里面的所有字符当普通字符对待 

• 缩进
  • 约定使用 4 个空格缩进
• 续行
  • 在 行尾使用 , 然后直接回车换行
• 标识符
  • 只能由数字、字母、下划线, 且不能由数字开头, 不能使用关键字

  • 在 python 中是大小写敏感的

  • 约定:
    • 不允许使用中文
    • 不允许使用歧义单词
    • 在python中不要随便使用下划线开头
• 常量
  • python 中无法定义常量
• 字面常量
  • 一个单独的量
• 变量
  • 赋值后，可以改变值的标识符
• 运算符 Operator
  • 算数运算符

运算符	含义
/	自然除
//	整除
%	取余
+	加法
-	减法
*	乘法
*	平方

> `1/0` 除零异常

• 位运算符

运算符	含义
竖	位或
&	位于
~	按位取反
^	异或
<<	左移位
>>	右移位

3.4.2 python的语言类型

• python 是动态语言、强类型语言

• 动态编译语言和静态编译语言
  • 动态编译语言
    • 不用事先声明类型, 随时可以赋值为其他类型
    • 编程时不知道是什么类型, 很难推断
  • 静态编译语言
    • 实现声明变量类型, 类型不能改变
    • 编译是检查
• 强类型语言和弱类型语言 (相对概念)
  • 强类型语言
    • 不同类型之间操作, 必须先强制类型转换为同一类型。
  • 弱类型语言
    • 不同类型间可以操作, 自动隐式转换; javascript

  如果字符串加数字报错, 则为强类型语言; 反之, 如果不抛错, 则为弱类型语言

3.4.3 原码、反码、补码，负数表示法

• 位运算符

运算符	含义
竖	位或
&	位于
~	按位取反
^	异或
<<	左移位
>>	右移位

• 原码、反码、补码，负数表示法
  • 原码
  • bin(-1) 5 ---> 0b0101,-1---> -0b1
  • 反码
  • 正数的反码和源码相同, 负数的反码符号位不变其它按位取反
  • 补码
  • 正数的补码与源码相同, 负数的补码符号位不变，其余按位取反后 +1;
  • 补码的补码, 就是源码

计算机中的所有数据, 都是补码

- 负数表示法
- 数字电路的CPU中的运算器实现了加法器, 但没有实现减法器, 减法是转换成加法
- 负数在计算机中使用补码存储, -1的补码为 `0b1111 1111`
    
- 实例
- `5-(-1)`
> 推理过程:
    直觉上是 `0b101 - 0b1`

但计算机中是: 0b101 + 0b11111111, 溢出位舍弃

- `~12` 为什么是 `-13`？
> 推理过程:
    ======  `~12` （12取反）
    `0000 1100` --->12的补码
    `1111 0011` --->取反后, 是补码, 最高位为 1, 因此为负数
    `1000 1101` --->补码的补码就是原码, 因此取反 +1; 因此为 `-13`


- `10^9`等于？ `10^-9`等于？为什么？

推理过程:
待补充

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3.5 Python 解释器

• 官方 CPython
• C语言开发, 最广泛的Python解释器
• IPython
  • 一个交互式，功能增强的Cpython
• PyPy
  • Python语言开发写的Python解释器, JIT技术(just in time, 动态编译Python代码)
• Jython
  • Python 的源代码编译成Java的字节码, 跑在 JVM 上(Java虚拟机)
• IronPython
  • 与Jython类型, 运行在 .Net 平台上的解释器, Python代码被编译成 .Net 的字节码

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3.6 内存管理

• 变量无须实现声明，也不需要指定类型
  • 动态语言的特性
• 编程中一般无需关心变量的存亡, 也不用关心内存的管理
• python使用引用计数记录所有对象的引用数
  • 当对象引用数变为 0， 它就可以被垃圾回收(GC)
  • 计数增加: 赋值给其它变量就增加引用计数
  • 计数减少:
    • 函数运行结束时, 局部变量就会被自动销毁, 对象引用计数减少
    • 变量被赋值给其它对象
• 术语:
  • 内存空洞, 引用计数, 内存整理

3.7 python程序控制

3.7.1 概念

• 顺序
  • 顺序执行
• 分支
  • 根据不同的情况判断, 条件满足执行该条件下的语言
• 循环
  • 条件满足反复执行, 条件不满足则跳过

3.7.2 真值表

• 空字符串, 空字典, 空元组, 空列表, None对象, 0 都等价于 False

3.7.3 分支

3.7.3.1 单分支结构

    if 语句
        if condition:
            代码块

condition 必须是一个bool类型, 这个地方有一个隐式转换bool(condition)

3.7.3.2 多分支结构

    if condition：
        pass
    elif condition:
        pass
    else：
        pass

分支结构, 无论满足多少分支条件，都只能进一个分支(先进入前面的分支)

3.7.3.3 分支嵌套

# 分支嵌套语法结构
if condition:
    pass
else：
    if condition:
        pass
    elif condition：
        pass
    else：
        pass

嵌套结构, 可以是分支、循环的嵌套
可以互相嵌套多层

3.7.3.4 循环

while 循环

while condition：
    block

当条件满足即condition为 True, 进入循环体, 执行 block

for 循环

for element in iteratable：
    block

当可迭代对象中有元素可以迭代, 进入循环体, 执行 block

break 语句

• 终止当前循环

continue 语句

• 结束本次循环

循环 continue, break 语句
1、continue 和 break 是循环的控制语句, 只影响当前循环, 包括while, for循环
2、如果循环嵌套, continue和break也至影响语句所在的那一层循环
3、continue和break 不是跳出语句块, 所以 if condition: break 不是跳出 if , 而是终止if外的break 所在的循环

循环 else 子句

如果循环正常的执行结束, 就会执行else, 如果被break打断, 则不执行 else