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数据类型
计算机顾名思义就是可以做数学计算的机器,因此,计算机程序理所当然地可以处理各种数值。但是,计算机能处理的远不止数值,还可以处理文本、图形、音频、视频、网页等各种各样的数据,不同的数据,需要定义不同的数据类型。在 Python 中,能够直接处理的数据类型有以下几种:
整数
Python 可以处理任意大小的整数,当然包括负整数,在程序中的表示方法和数学上的写法一模一样,例如:1
,100
,-8080
,0
,等等。
计算机由于使用二进制,所以,有时候用十六进制表示整数比较方便,十六进制用 0x
前缀和 0 -9,a- f 表示,例如:0xff00
,0xa5b4c3d2
,等等。
对于很大的数,例如 10000000000
,很难数清楚 0 的个数。Python 允许在数字中间以_
分隔,因此,写成 10_000_000_000
和10000000000
是完全一样的。十六进制数也可以写成0xa1b2_c3d4
。
浮点数
浮点数也就是小数,之所以称为浮点数,是因为按照科学记数法表示时,一个浮点数的小数点位置是可变的,比如,1.23×109和 12.3×108是完全相等的。浮点数可以用数学写法,如 1.23
,3.14
,-9.01
,等等。但是对于很大或很小的浮点数,就必须用科学计数法表示,把 10 用 e 替代,1.23×109 就是1.23e9
,或者12.3e8
,0.000012 可以写成1.2e-5
,等等。
整数和浮点数在计算机内部存储的方式是不同的,整数运算永远是精确的(除法难道也是精确的?是的!),而浮点数运算则可能会有四舍五入的误差。
字符串
字符串是以单引号 '
或双引号 "
括起来的任意文本,比如 'abc'
,"xyz"
等等。请注意,''
或 ""
本身只是一种表示方式,不是字符串的一部分,因此,字符串 'abc'
只有 a
,b
,c
这 3 个字符。如果 '
本身也是一个字符,那就可以用 ""
括起来,比如 "I'm OK"
包含的字符是 I
,'
,m
,空格,O
,K
这 6 个字符。
如果字符串内部既包含 '
又包含 "
怎么办?可以用转义字符 \
来标识,比如:
'I\'m \"OK\"!'
表示的字符串内容是:
I'm"OK"!
转义字符 \
可以转义很多字符,比如 \n
表示换行,\t
表示制表符,字符 \
本身也要转义,所以 \\
表示的字符就是 \
,可以在 Python 的交互式命令行用print()
打印字符串看看:
>>> print('I\'m ok.')
I'm ok.
>>> print('I\'m learning\nPython.')
I'm learning
Python.
>>> print('\\\n\\')
\
\
如果字符串里面有很多字符都需要转义,就需要加很多 \
,为了简化,Python 还允许用r''
表示 ''
内部的字符串默认不转义,可以自己试试:
>>> print('\\\t\\')
\ \
>>> print(r'\\\t\\')
\\\t\\
如果字符串内部有很多换行,用 \n
写在一行里不好阅读,为了简化,Python 允许用 '''...'''
的格式表示多行内容,可以自己试试:
>>> print('''line1
... line2
... line3''')
line1
line2
line3
上面是在交互式命令行内输入,注意在输入多行内容时,提示符由 >>>
变为 ...
,提示你可以接着上一行输入,注意...
是提示符,不是代码的一部分:
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - python _ □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│>>> print('''line1 │
│... line2 │
│... line3''') │
│line1 │
│line2 │
│line3 │
│ │
│>>> _ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
当输入完结束符 ```
和括号 )
后,执行该语句并打印结果。
如果写成程序并存为 .py
文件,就是:
print('''line1
line2
line3''')
多行字符串 '''...'''
还可以在前面加上 r
使用,请自行测试:
print(r'''hello,\n
world''')
布尔值
布尔值和布尔代数的表示完全一致,一个布尔值只有 True
、False
两种值,要么是 True
,要么是False
,在 Python 中,可以直接用True
、False
表示布尔值(请注意大小写),也可以通过布尔运算计算出来:
>>> True
True
>>> False
False
>>> 3 > 2
True
>>> 3 > 5
False
布尔值可以用 and
、or
和not
运算。
and
运算是与运算,只有所有都为 True
,and
运算结果才是True
:
>>> True and True
True
>>> True and False
False
>>> False and False
False
>>> 5 > 3 and 3 > 1
True
or
运算是或运算,只要其中有一个为 True
,or
运算结果就是True
:
>>> True or True
True
>>> True or False
True
>>> False or False
False
>>> 5 > 3 or 1 > 3
True
not
运算是非运算,它是一个单目运算符,把 True
变成 False
,False
变成True
:
>>> not True
False
>>> not False
True
>>> not 1 > 2
True
布尔值经常用在条件判断中,比如:
if age >= 18:
print('adult')
else:
print('teenager')
空值
空值是 Python 里一个特殊的值,用 None
表示。None
不能理解为 0
,因为0
是有意义的,而 None
是一个特殊的空值。
此外,Python 还提供了列表、字典等多种数据类型,还允许创建自定义数据类型,我们后面会继续讲到。
变量
变量的概念基本上和初中代数的方程变量是一致的,只是在计算机程序中,变量不仅可以是数字,还可以是任意数据类型。
变量在程序中就是用一个变量名表示了,变量名必须是大小写英文、数字和 _
的组合,且不能用数字开头,比如:
a = 1
变量 a
是一个整数。
t_007 = 'T007'
变量 t_007
是一个字符串。
Answer = True
变量 Answer
是一个布尔值True
。
在 Python 中,等号 =
是赋值语句,可以把任意数据类型赋值给变量,同一个变量可以反复赋值,而且可以是不同类型的变量,例如:
a = 123 # a 是整数
print(a)
a = 'ABC' # a 变为字符串
print(a)
这种变量本身类型不固定的语言称之为 动态语言 ,与之对应的是 静态语言。静态语言在定义变量时必须指定变量类型,如果赋值的时候类型不匹配,就会报错。例如 Java 是静态语言,赋值语句如下(// 表示注释):
int a = 123; // a 是整数类型变量
a = "ABC"; // 错误:不能把字符串赋给整型变量
和静态语言相比,动态语言更灵活,就是这个原因。
请不要把赋值语句的等号等同于数学的等号。比如下面的代码:
x = 10
x = x + 2
如果从数学上理解 x = x + 2
那无论如何是不成立的,在程序中,赋值语句先计算右侧的表达式 x + 2
,得到结果12
,再赋给变量x
。由于x
之前的值是 10
,重新赋值后,x
的值变成12
。
最后,理解变量在计算机内存中的表示也非常重要。当我们写:
a = 'ABC'
时,Python 解释器干了两件事情:
- 在内存中创建了一个
'ABC'
的字符串; - 在内存中创建了一个名为
a
的变量,并把它指向'ABC'
。
也可以把一个变量 a
赋值给另一个变量 b
,这个操作实际上是把变量b
指向变量 a
所指向的数据,例如下面的代码:
a = 'ABC'
b = a
a = 'XYZ'
print(b)
最后一行打印出变量 b
的内容到底是 'ABC'
呢还是 'XYZ'
?如果从数学意义上理解,就会错误地得出b
和a
相同,也应该是 'XYZ'
,但实际上b
的值是'ABC'
,让我们一行一行地执行代码,就可以看到到底发生了什么事:
执行 a = 'ABC'
,解释器创建了字符串'ABC'
和变量 a
,并把a
指向'ABC'
:
执行 b = a
,解释器创建了变量b
,并把b
指向 a
指向的字符串'ABC'
:
执行 a = 'XYZ'
,解释器创建了字符串 ’XYZ’,并把a
的指向改为 'XYZ'
,但b
并没有更改:
所以,最后打印变量 b
的结果自然是 'ABC'
了。
常量
所谓常量就是不能变的变量,比如常用的数学常数 π 就是一个常量。在 Python 中,通常用全部大写的变量名表示常量:
PI = 3.14159265359
但事实上 PI
仍然是一个变量,Python 根本没有任何机制保证 PI
不会被改变,所以,用全部大写的变量名表示常量只是一个习惯上的用法,如果你一定要改变变量 PI
的值,也没人能拦住你。
最后解释一下整数的除法为什么也是精确的。在 Python 中,有两种除法,一种除法是/
:
>>> 10 / 3
3.3333333333333335
/
除法计算结果是浮点数,即使是两个整数恰好整除,结果也是浮点数:
>>> 9 / 3
3.0
还有一种除法是//
,称为地板除,两个整数的除法仍然是整数:
>>> 10 // 3
3
你没有看错,整数的地板除 //
永远是整数,即使除不尽。要做精确的除法,使用 /
就可以。
因为 //
除法只取结果的整数部分,所以 Python 还提供一个余数运算,可以得到两个整数相除的余数:
>>> 10 % 3
1
无论整数做 //
除法还是取余数,结果永远是整数,所以,整数运算结果永远是精确的。
练习
请打印出以下变量的值:
n = 123
f = 456.789
s1 = 'Hello, world'
s2 = 'Hello, \'Adam\''
s3 = r'Hello,"Bart"'
s4 = r'''Hello,
Bob!'''
print(???)
小结
Python 支持多种数据类型,在计算机内部,可以把任何数据都看成一个“对象”,而变量就是在程序中用来指向这些数据对象的,对变量赋值就是把数据和变量给关联起来。
对变量赋值 x = y
是把变量 x
指向真正的对象,该对象是变量 y
所指向的。随后对变量 y
的赋值 不影响 变量 x
的指向。
注意:Python 的整数没有大小限制,而某些语言的整数根据其存储长度是有大小限制的,例如 Java 对 32 位整数的范围限制在-2147483648
–2147483647
。
Python 的浮点数也没有大小限制,但是超出一定范围就直接表示为inf
(无限大)。