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3. Python简介

以下的示例中,输入和输出通过提示符(>>>...)是否出现加以区分:如果要重复该示例,你必须在提示符出现后,输入提示符后面的所有内容;没有以提示符开头的行是解释器的输出。注意示例中出现从提示符意味着你一定要在最后加上一个空行;这用于结束一个多行命令。

本手册中的很多示例,甚至在交互方式下输入的示例,都带有注释。Python 中的注释以“井号”, #,开始,直至实际的行尾。注释可以从行首开始,也可以跟在空白或代码之后,但不能包含在字符串字面量中。字符串字面量中的#字符仅仅表示#。因为注释只是为了解释代码并且不会被Python解释器解释,所以敲入示例的时候可以忽略它们。

例如:

# this is the first comment
spam = 1 # and this is the second comment
# ... and now a third!
text = "# This is not a comment because it's inside quotes."

3.1. 将 Python 当做计算器

让我们尝试一些简单的 Python 命令。启动解释器然后等待主提示符 >>>。(这不需要很久。)

3.1.1. 数字

解释器可作为一个简单的计算器:你可以向它输入一个表达式,它将返回其结果。表达式语法很直白: 运算符+-*/的用法就和其它大部分语言一样(例如 Pascal 或 C);括号(())可以用来分组。例如:

>>> 2 + 2
4
>>> 50 - 5*6
20
>>> (50 - 5*6) / 4
5.0
>>> 8 / 5 # division always returns a floating point number
1.6

整数(例如 2, 4, 20)的类型是int,带有小数部分数字(e.g. 5.0, 1.6)的类型是float。在本教程的后面我们会看到更多关于数字类型的内容。

除法(/)永远返回一个浮点数。如要使用floor 除法并且得到整数结果(丢掉任何小数部分),你可以使用//运算符;要计算余数你可以使用%


>>> 17 / 3 # classic division returns a float
5.666666666666667
>>>
>>> 17 // 3 # floor division discards the fractional part
5
>>> 17 % 3 # the % operator returns the remainder of the division
2
>>> 5 * 3 + 2 # result * divisor + remainder
17

通过Python,还可以使用**运算符符计算幂乘方[1]:

>>> 5 ** 2 # 5 squared
25
>>> 2 ** 7 # 2 to the power of 7
128

等号 (=) 用于给变量赋值。赋值之后,在下一个提示符之前不会有任何结果显示:

>>> width = 20
>>> height = 5*9
>>> width * height
900

如果变量没有“定义”(赋值),使用的时候将会报错:

>>> n # try to access an undefined variable
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'n' is not defined

浮点数完全支持;整数和浮点数的混合计算中,整数会被转换为浮点数:

>>> 3 * 3.75 / 1.5
7.5
>>> 7.0 / 2
3.5

在交互模式下,最近一次表达式的值被赋给变量_。这意味着把 Python 当做桌面计算器使用的时候,可以方便的进行连续计算,例如:

>>> tax = 12.5 / 100
>>> price = 100.50
>>> price * tax
12.5625
>>> price + _
113.0625
>>> round(_, 2)
113.06

用户应该将这个变量视为只读的。不要试图去给它赋值 — — 你将会创建出一个独立的同名局部变量,并且屏蔽了内置变量的魔术效果。

除了intfloat,Python还支持其它数字类型,例如小数 and 分数。Python还内建支持复数,使用后缀jJ 表示虚数部分(例如3+5j)。

3.1.2. 字符串

除了数值,Python 还可以操作字符串,可以用几种方法来表示。它们可以用单引号('...')或双引号("...")括起来,效果是一样的[2]。\ 可以用来转义引号。

>>> 'spam eggs' # single quotes
'spam eggs'
>>> 'doesn\'t' # use \' to escape the single quote...
"doesn't"
>>> "doesn't" # ...or use double quotes instead
"doesn't"
>>> '"Yes," he said.'
'"Yes," he said.'
>>> "\"Yes,\" he said."
'"Yes," he said.'
>>> '"Isn\'t," she said.'
'"Isn\'t," she said.'

在交互式解释器中,输出的字符串会用引号引起来,特殊字符会用反斜杠转义。虽然可能和输入看上去不太一样(括起来的引号可能会变),但是两个字符串是相等的。如果字符串中只有单引号而没有双引号,就用双引号引用,否则用单引号引用。print()函数生成可读性更好的输出, 它会省去引号并且打印出转义后的特殊字符:

>>> '"Isn\'t," she said.'
'"Isn\'t," she said.'
>>> print('"Isn\'t," she said.')
"Isn't," she said.
>>> s = 'First line.\nSecond line.' # \n means newline
>>> s # without print(), \n is included in the output
'First line.\nSecond line.'
>>> print(s) # with print(), \n produces a new line
First line.
Second line.

如果你前面带有\的字符被当作特殊字符,你可以使用原始字符串,方法是在第一个引号前面加上一个r:

>>> print('C:\some\name') # here \n means newline!
C:\some
ame
>>> print(r'C:\some\name') # note the r before the quote
C:\some\name

字符串可以跨多行。一种方法是使用三引号:"""..."""或者'''...'''。行尾换行符会被自动包含到字符串中,但是可以在行尾加上 \ (续行符)来避免这个行为。下面的示例:

print("""\
Usage: thingy [OPTIONS]
-h Display this usage message
-H hostname Hostname to connect to
""")

将生成以下输出(注意,没有开始的第一行):

Usage: thingy [OPTIONS]
-h Display this usage message
-H hostname Hostname to connect to

字符串可以用 +操作符联接,也可以用* 操作符重复多次:

>>> # 3 times 'un', followed by 'ium'
>>> 3 * 'un' + 'ium'
'unununium'

相邻的两个或多个字符串字面量(用引号引起来的)会自动连接。

>>> 'Py' 'thon'
'Python'

然而这种方式只能用于两个字符串的连接,变量或者表达式是不行的。

>>> prefix = 'Py'
>>> prefix 'thon' # can't concatenate a variable and a string literal
...
SyntaxError: invalid syntax
>>> ('un' * 3) 'ium'
...
SyntaxError: invalid syntax

如果你想连接多个变量或者连接一个变量和一个常量,使用+

>>> prefix + 'thon'
'Python'

这个功能在你想切分很长的字符串的时候特别有用:

>>> text = ('Put several strings within parentheses '
'to have them joined together.')
>>> text
'Put several strings within parentheses to have them joined together.'

字符串可以索引,第一个字符的索引值为0。Python 没有单独的字符类型;字符就是长度为 1 的字符串。

>>> word = 'Python'
>>> word[0] # character in position 0
'P'
>>> word[5] # character in position 5
'n'

索引也可以是负值,此时从右侧开始计数:

>>> word[-1] # last character
'n'
>>> word[-2] # second-last character
'o'
>>> word[-6]
'P'

注意,因为 -0 和 0 是一样的,负的索引从 -1 开始。

除了索引,还支持切片。索引用于获得单个字符,切片让你获得子字符串:

>>> word[0:2] # characters from position 0 (included) to 2 (excluded)
'Py'
>>> word[2:5] # characters from position 2 (included) to 5 (excluded)
'tho'

注意,包含起始的字符,不包含末尾的字符。这使得s[:i] + s[i:] 永远等于 s

>>> word[:2] + word[2:]
'Python'
>>> word[:4] + word[4:]
'Python'

切片的索引有非常有用的默认值;省略的第一个索引默认为零,省略的第二个索引默认为切片的字符串的大小。

>>> word[:2] # character from the beginning to position 2 (excluded)
'Py'
>>> word[4:] # characters from position 4 (included) to the end
'on'
>>> word[-2:] # characters from the second-last (included) to the end
'on'

记住切片如何工作的一种方法是把索引当做字符之间的点,第一个字符的左边是0。含有 n 个字符的字符串的最后一个字符的右边是索引 n,例如:

+---+---+---+---+---+---+
| P | y | t | h | o | n |
+---+---+---+---+---+---+
0 1 2 3 4 5 6
-6 -5 -4 -3 -2 -1

第一行给出了字符串中 0…6 各索引的位置;第二行给出了相应的负索引。从 i j 的切片由 i j 之间的所有字符组成。

对于非负索引,如果上下都在边界内,切片长度就是两个索引之差。例如,word[1:3] 的长度是 2。

试图使用太大的索引会导致错误:

>>> word[42] # the word only has 6 characters
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: string index out of range

但是,当用于截断时,超出范围的截断索引会优雅地处理:

>>> word[4:42]
'on'
>>> word[42:]
''

Python 字符串不可以改变—它们是不可变的。因此,赋值给字符串索引的位置会导致错误:

>>> word[0] = 'J'
...
TypeError: 'str' object does not support item assignment
>>> word[2:] = 'py'
...
TypeError: 'str' object does not support item assignment

如果你需要一个不同的字符串,你应该创建一个新的:

>>> 'J' + word[1:]
'Jython'
>>> word[:2] + 'py'
'Pypy'

内置函数len()返回字符串的长度:

>>> s = 'supercalifragilisticexpialidocious'
>>> len(s)
34

请参阅

Text Sequence Type — str
Strings are examples of sequence types, and support the common operations supported by such types.
String Methods
Strings support a large number of methods for basic transformations and searching.
String Formatting
Information about string formatting with str.format() is described here.
printf-style String Formatting
The old formatting operations invoked when strings and Unicode strings are the left operand of the % operator are described in more detail here.

3.1.3. 列表

Python 有几个 复合 数据类型,用来组合其他的值。最有用的是 列表,可以写成中括号中的一列用逗号分隔的值。列表可以包含不同类型的元素,但是通常一个列表中的所有元素都拥有相同的类型。

>>> squares = [1, 4, 9, 16, 25]
>>> squares
[1, 4, 9, 16, 25]

和字符串(以及其它所有内建的 序列类型)一样,列表可以索引和切片:

>>> squares[0] # indexing returns the item
1
>>> squares[-1]
25
>>> squares[-3:] # slicing returns a new list
[9, 16, 25]

所有的切片操作都会返回一个包含请求的元素的新列表。这意味着下面的切片操作返回列表一个新的(浅)拷贝副本。

>>> squares[:]
[1, 4, 9, 16, 25]

列表也支持连接这样的操作:

>>> squares + [36, 49, 64, 81, 100]
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

不可变的字符串不同,列表是可变的 类型,例如可以改变它们的内容:

>>> cubes = [1, 8, 27, 65, 125] # something's wrong here
>>> 4 ** 3 # the cube of 4 is 64, not 65!
64
>>> cubes[3] = 64 # replace the wrong value
>>> cubes
[1, 8, 27, 64, 125]

你还可以使用append() 方法(后面我们会看到更多关于方法的内容)在列表的末尾添加新的元素:

>>> cubes.append(216) # add the cube of 6
>>> cubes.append(7 ** 3) # and the cube of 7
>>> cubes
[1, 8, 27, 64, 125, 216, 343]

给切片赋值也是可以的,此操作甚至可以改变列表的大小或者清空它::

>>> letters = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']
>>> letters
['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']
>>> # replace some values
>>> letters[2:5] = ['C', 'D', 'E']
>>> letters
['a', 'b', 'C', 'D', 'E', 'f', 'g']
>>> # now remove them
>>> letters[2:5] = []
>>> letters
['a', 'b', 'f', 'g']
>>> # clear the list by replacing all the elements with an empty list
>>> letters[:] = []
>>> letters
[]

内置函数len()也适用于列表:

>>> letters = ['a', 'b', 'c', 'd']
>>> len(letters)
4

列表可以嵌套 (创建包含其他列表的列表),例如:

>>> a = ['a', 'b', 'c']
>>> n = [1, 2, 3]
>>> x = [a, n]
>>> x
[['a', 'b', 'c'], [1, 2, 3]]
>>> x[0]
['a', 'b', 'c']
>>> x[0][1]
'b'

3.2. 编程第一步

当然,我们可以将 Python 用于比 2 加 2 更复杂的任务。例如,我们可以写一个生成斐波那契 初始子序列的程序,如下所示:

>>> # Fibonacci series:
... # the sum of two elements defines the next
... a, b = 0, 1
>>> while b < 10:
... print(b)
... a, b = b, a+b
...
1
1
2
3
5
8

本示例介绍了几种新功能。

  • 第一行包括了一个多重赋值:变量ab同时获得新的值 0 和 1。最后一行又这样使用了一次,说明等号右边的表达式在赋值之前首先被完全解析。右侧表达式是从左到右计算的。
  • 只要条件(这里是 b < 10)为 true,while循环反复执行。在 Python 中,和 C 一样,任何非零整数值都为 true;零为 false。循环条件也可以是一个字符串或者列表,实际上可以是任何序列;长度不为零的序列为 true,空序列为 false。示例中使用的测试是一个简单的比较。标准比较运算符与 C 的写法一样:<(小于), > (大于), = = (等于), < = (小于或等于), > = (大于或等于) 和! = (不等于)。
  • 循环缩进 的:缩进是 Python 分组语句的方式。交互式输入时,你必须为每个缩进的行输入一个 tab 或(多个)空格。实践中你会用文本编辑器来编写复杂的 Python 程序;所有差不多的文本编辑器都有自动缩进的功能。交互式输入复合语句时,最后必须跟随一个空行来表示结束(因为解析器无法猜测你什么时候已经输入最后一行)。注意基本块内的每一行必须按相同的量缩进。
  • print()函数输出传给它的参数的值。与仅仅输出你想输出的表达式不同(就像我们在前面计算器的例子中所做的),它可以输出多个参数、浮点数和字符串。打印出来的字符串不包含引号,项目之间会插入一个空格,所以你可以设置漂亮的格式,像这样:

    >>> i = 256*256
    >>> print('The value of i is', i)
    The value of i is 65536

    关键字参数 end 可以避免在输出后面的空行,或者可以指定输出后面带有一个不同的字符串:

    >>> a, b = 0, 1
    >>> while b < 1000:
    ... print(b, end=',')
    ... a, b = b, a+b
    ...
    1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,233,377,610,987,

脚注

1.因乘幂运算 ** 比取负运算 -有更高的优先级, 因此-3**2 将被解释为 -(3**2) 所以结果会得到-9. 为避免这种结果,而得到想要的结果 9, 你可以使用 (-3)**2.
2.不同于其他语言的,特殊字符如 \n 在单引号 ('...') 和双引号 ("...") 之内是一样的. 两者之间的唯一区别是单引号内不需要对双引号 " 转义(但你要转义单引号 \') 反之亦然.

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