Python变量与数据类型全解析：从基础语法到字符串处理

1.Python变量和数据类型

1.1Python基础数据类型

整数

二进制数仅由数字0和1构成。在Python中，二进制整数需使用前缀0b进行标识，例如：0b0110，0b1100。

十六进制数包含0至9的数字以及字母a、b、c、d、e、f。在Python中，十六进制数使用前缀0x表示，例如：0x12ef，0xde2431af。

浮点数

二进制数仅由数字0和1构成。在Python中，二进制整数需使用前缀0b进行标识，例如：0b0110，0b1100。

十六进制数包含0至9的数字以及字母a、b、c、d、e、f。在Python中，十六进制数使用前缀0x表示，例如：0x12ef，0xde2431af。

在Python中，可以使用字母e来替代科学计数法中的10的幂次，例如：1.23x10^9等同于1.23e9，或者12.3e8，0.000012也可以表示为1.2e-5。

>>> 0.1+0.2
0.30000000000000004
>>> 
>>> 0.1+0.2 == 0.3
False
>>> round(0.1+0.2,1) == 0.3
True
>>> 

浮点数运算中出现的微小尾数误差并非程序Bug。

在计算机底层，所有数字均以二进制形式存储。

严格来说，浮点数的数值部分由53位二进制位表示。

由于二进制与十进制之间不存在严格的线性对应关系。

因此，十进制的0.1转换为二进制后是一个无限循环小数。

计算机只能截取其中的53位，导致结果无限接近但不完全等于0.1。

计算机在显示时通常保留16位有效数字。

使用round(x,d)函数可对x进行四舍五入，其中d指定保留的小数位数。

字符串

在Python中，字符串是用单引号'或双引号"包裹的任意文本，例如'abc'或"xyz"。请注意，单引号或双引号仅用于界定字符串范围，不属于字符串内容本身，因此字符串'abc'实际包含a、b、c这3个字符。

例如之前练习过的第一个Python程序：print('Hello World')，，其中的Hello World即为字符串。

布尔值

在Python中，可直接使用True和False表示布尔值（注意大小写，且无需使用字符串符号包裹），也可通过布尔运算得出。

布尔值支持**and、or和not运算**（注意and、or、not均为Python语言的关键字）。

and运算为逻辑与，仅当所有操作数均为True时，结果才为True。

or运算为逻辑或，只要有一个操作数为True，结果即为True。

not运算为逻辑非，属于单目运算符，用于将True转换为False，或将False转换为True。

空值

空值是Python中一个特殊的值，使用None表示。None代表一个特殊的空值对象。

此外，Python还提供了列表、字典等多种数据类型，并允许用户创建自定义数据类型。

1.2Python定义变量的方法

合法的变量名

1.变量名由大小写英文字母、数字和下划线_组成。

2.变量名不能以数字开头。

3.变量名尽量避免与Python关键字重合（如前文提到的and、or、not等），否则可能导致Python原有关键字功能失效。

以下这些变量的定义均符合规范。

num, count, _none, min_value

它们均满足上述三个条件。

以下这些变量的定义不符合规范。

1num, 666, 1_cd, and

定义变量

定义变量的方式十分简单，通过变量名 = 数据的语法即可定义一个变量。

举个例子：

a = 1

在这个例子中，a即为变量，其值为整数1。

hello = 'Hello'

在这个例子中，hello即为变量，其值为字符串'Hello'。

在Python中，一个变量可以先后存储不同类型的数据。

a = 1 # 这个时候a存储的是整数类型
print(a)
a = 'ABC' # 这个时候a存储的是字符串类型
print(a)

这是Python等动态语言特有的特性，与之相对的是静态语言。Python、Javascript等属于动态语言，而Java、C、C++等属于静态语言。

1.3Python的整数与浮点数

四则运算

整数和浮点数可以直接进行四则运算。

# 加法
num1 = 10
num2 = 0.5
result = num1 + num2
print(result) # ==> 10.5
# 减法
result = num1 - num2
print(result) # ==> 9.5
# 乘法
result = num1 * num2
print(result) # ==> 5.0
# 除法
result = num1 / num2
print(result) # ==>20.0

从上述示例可以发现一个规律：整数与浮点数运算后，无论结果小数点后是否有值，结果类型均变为浮点数。这是合理的，因为浮点数可以表达整数的结果，但整数无法表达浮点数的结果。

注意：在Python2中使用除法可能与Python3得到不同的结果。

# python2
num1 = 10
num2 = 3
result = num1 / num2
print(result) # ==> 3
# python3
num1 = 10
num2 = 3
result = num1 / num2
print(result) # ==> 3.3333333333333335

可以看到在Python2中，结果为整数，这是因为当除数和被除数均为整数时，结果默认保存为整数，这种做法被认为不够科学，因此在Python3中对此进行了改进。

取模运算

Python数字支持取模运算，使用百分号%表示。

print(3 % 2) # ==> 1
print(33 % 10) # ==> 3
print(99 % 30) # ==> 9

恰当使用取模运算可以判断一个数是否为偶数：当一个数对2取模结果为0时，该数为偶数；否则为奇数。

print(3 % 2) # ==> 1 因此3为奇数
print(33 % 2) # ==> 1 因此33为奇数
print(100 % 2) # ==> 0 因此100为偶数

地板除

Python除了普通除法外，还提供一种特殊的除法称为地板除。对于地板除，结果会忽略纯小数部分，仅保留整数部分，地板除使用//符号表示。

10//4 # ==> 2
10//2.5 # ==> 4.0
10//3 # ==> 3

小数点位数

使用Python计算小数时，常需保留小数点后若干位，可使用round()函数处理。此处先了解round的调用方式：使用两个参数，第一个为需要保留小数点位数的数值，第二个为保留的位数。

num = 10 / 3
print(num) # ==> 3.3333333333333335
# 使用round保留两位小数
round(num, 2) # ==> 3.33

1.4Python的布尔类型

与运算

仅当两个布尔值均为True时，计算结果才为True。

或运算

只要有一个布尔值为True，计算结果即为True。

非运算

将True变为False，或将False变为True。

Python将0、空字符串和None视为False，其他数值和非空字符串均视为True。需要注意的是，not计算的优先级高于and和or。

短路计算

1.在计算a and b时，如果a为False，根据与运算法则，整个结果必为False，因此直接返回a；如果a为True，则整个计算结果取决于b，因此返回b。

2.在计算a or b时，如果a为True，根据或运算法则，整个计算结果必为True，因此直接返回a；如果a为False，则整个计算结果取决于b，因此返回b。

1.5Python的字符串

若字符串既包含单引号又包含双引号，应如何处理？

需要对字符串中的某些特殊字符进行“转义”，Python字符串使用\进行转义处理。

若要表示字符串Bob said "I'm OK"。

由于'和"会引起歧义，因此，我们在其前面插入一个\表示这是一个普通字符，不代表字符串的起始，因此，这个字符串也可以表示为。

'Bob said \"I\'m OK\".'

注意：转义字符\不计入字符串的内容中。

常用的转义字符还有：

\n表示换行。

\t 表示一个制表符。

\\表示\ 字符本身。

1.6Python中raw字符串与多行字符串

• 为了避免对每个字符进行转义的麻烦，可以在字符串前加前缀r，表示这是一个raw字符串，其中的字符无需转义。

d=r'\(~_~)/ \(~_~)/'
print(d)

• 若要表示多行字符串，可以使用'''...'''表示：

'''Line 1
Line 2
Line 3'''

• 上述字符串的表示方法与下面完全相同：

‘Line 1\nLine 2\nLine 3'

• 还可以在多行字符串前添加r，将该多行字符串也转换为raw字符串：

r'''Python is created by "Guido".
It is free and easy to learn.
Let's start learn Python in imooc!'''

1.7 Python的字符串format

需要使用format来处理字符串，以输出不固定的内容。

字符串format由两部分组成：字符串模板和模板数据内容。通过大括号{}，可将模板数据内容嵌入到字符串模板对应的位置。

# 字符串模板
template = 'Hello {}'
# 模板数据内容
world = 'World'
result = template.format(world)
print(result) # ==> Hello World

如果模板中{}较多，容易出错，那么在format时也可以指定模板数据内容的顺序。

# 指定顺序
template = 'Hello {0}, Hello {1}, Hello {2}, Hello {3}.'
result = template.format('World', 'China', 'Beijing', 'imooc')
print(result) # ==> Hello World, Hello China, Hello Beijing, Hello imooc.
# 调整顺序
template = 'Hello {3}, Hello {2}, Hello {1}, Hello {0}.'
result = template.format('World', 'China', 'Beijing', 'imooc')
print(result) # ==> Hello imooc, Hello Beijing, Hello China, Hello World.

除了使用顺序，还可以指定对应的名字，使得在format过程中更加清晰。

# 指定{}的名字w,c,b,i
template = 'Hello {w}, Hello {c}, Hello {b}, Hello {i}.'
world = 'World'
china = 'China'
beijing = 'Beijing'
imooc = 'imooc'
# 指定名字对应的模板数据内容
result = template.format(w = world, c = china, b = beijing, i = imooc)
print(result) # ==> Hello World, Hello China, Hello Beijing, Hello imooc.

1.8Python的字符串编码

• Unicode将所有语言统一至一套编码体系中，从而避免乱码问题。
• Unicode通常使用两个字节表示一个字符，原有的英文编码从单字节变为双字节，只需将高字节全部填为0即可。

在Python3中，中文字符串和英文字符串无异。

1.9Python的字符串切片

字符串由一个个字符组成，每个字符都有唯一的位置。例如字符串'ABC'，第一个字符是A，第二个字符是B，第三个字符是C。

因此，我们可以使用位置方式取出字符串中特定位置的字符，按照位置取字符串的方式使用中括号[]访问。此时可将字符串看作是一个列表（一种新的数据类型，后续章节会继续学习）。需要注意的是，在程序世界中，计数从0开始，使用0来表示第一个字符。

s = 'ABC'
a = s[0] # 第一个
b = s[1] # 第二个
c = s[2] # 第三个
print(a) # ==> A
print(b) # ==> B
print(c) # ==> C

有时，我们需要获取字符串的一部分（子串），此时采取切片方式获取。切片需在中括号[]中填入两个数字，中间用冒号分隔，表示子串的开始位置和结束位置，且这是半闭半开区间，不包括最后的位置。

ab = s[0:2] # 取字符串s中的第一个字符到第三个字符，不包括第三个字符
print(ab) # ==> AB

我们定义一个更长的字符串，以了解切片的更多细节。

s = 'ABCDEFGHIJK'
abcd = s[0:4] # 取字符串s中的第一个字符到第五个字符，不包括第五个字符
print(abcd) # ==> ABCD
cdef = s[2:6] # 取字符串s中的第三个字符到第七个字符，不包括第七个字符
print(cdef) # ==> CDEF

总结

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