3. Python 速览
**************

下面的例子以是否显示提示符（*>>>* 与 *...*）区分输入与输出：输入例子中
的代码时，要键入以提示符开头的行中提示符后的所有内容；未以提示符开头的
行是解释器的输出。注意，例子中的某行出现的第二个提示符是用来结束多行命
令的，此时，要键入一个空白行。

本手册中的许多例子，甚至交互式命令都包含注释。Python 注释以 "#" 开头，
直到该物理行结束。注释可以在行开头，或空白符与代码之后，但不能在字符串
里面。字符串中的 # 号就是 # 号。注释用于阐明代码，Python 不解释注释，
键入例子时，可以不输入注释。

示例如下：

   # 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. Python 用作计算器
======================

现在，尝试一些简单的 Python 命令。启动解释器，等待主提示符（">>>" ）出
现。


3.1.1. 数字
-----------

解释器像一个简单的计算器：输入表达式，就会给出答案。表达式的语法很直接
：运算符 "+"、"-"、"*"、"/" 的用法和其他大部分语言一样（比如，Pascal
或 C）；括号 ("()") 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（如，"2"、"4"、"20" ）的类型是 "int"，带小数（如，"5.0"、"1.6" ）
的类型是 "float"。本教程后半部分将介绍更多数字类型。

除法运算 ("/") 总是返回浮点数。 如果要做 *floor division* 得到一个整数
结果你可以使用 "//" 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  # floored quotient * divisor + remainder
   17

Python 用 "**" 运算符计算乘方 [1]：

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

等号（"="）用于给变量赋值。赋值后，下一个交互提示符的位置不显示任何结
果：

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

如果变量未定义（即，未赋值），使用该变量会提示错误：

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

Python 全面支持浮点数；混合类型运算数的运算会把整数转换为浮点数：

   >>> 4 * 3.75 - 1
   14.0

交互模式下，上次输出的表达式会赋给变量 "_"。把 Python 当作计算器时，用
该变量实现下一步计算更简单，例如：

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

最好把该变量当作只读类型。不要为它显式赋值，否则会创建一个同名独立局部
变量，该变量会用它的魔法行为屏蔽内置变量。

除了 "int" 和 "float"，Python 还支持其他数字类型，例如 "Decimal" 或
"Fraction"。Python 还内置支持 复数，后缀 "j" 或 "J" 用于表示虚数（例如
"3+5j" ）。


3.1.2. 字符串
-------------

除了数字，Python 还可以操作字符串。字符串有多种表现形式，用单引号（
"'……'"）或双引号（""……""）标注的结果相同 [2]。反斜杠 "\" 用于转义：

   >>> '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," they said.'
   '"Yes," they said.'
   >>> "\"Yes,\" they said."
   '"Yes," they said.'
   >>> '"Isn\'t," they said.'
   '"Isn\'t," they said.'

交互式解释器会为输出的字符串加注引号，特殊字符使用反斜杠转义。虽然，有
时输出的字符串看起来与输入的字符串不一样（外加的引号可能会改变），但两
个字符串是相同的。如果字符串中有单引号而没有双引号，该字符串外将加注双
引号，反之，则加注单引号。"print()" 函数输出的内容更简洁易读，它会省略
两边的引号，并输出转义后的特殊字符：

   >>> '"Isn\'t," they said.'
   '"Isn\'t," they said.'
   >>> print('"Isn\'t," they said.')
   "Isn't," they 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.

如果不希望前置 "\" 的字符转义成特殊字符，可以使用 *原始字符串*，在引号
前添加 "r" 即可：

   >>> 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

原始字符串还有一个微妙的限制：一个原始字符串不能以奇数个 "\" 字符结束
；请参阅 此 FAQ 条目 了解更多信息及绕过的办法。

字符串字面值可以包含多行。 一种实现方式是使用三重引号：""""..."""" 或
"'''...'''"。 字符串中将自动包括行结束符，但也可以在换行的地方添加一个
"\" 来避免此情况。 参见以下示例：

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

输出如下（请注意开始的换行符没有被包括在内）：

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

字符串可以用 "+" 合并（粘到一起），也可以用 "*" 重复：

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

相邻的两个或多个 *字符串字面值* （引号标注的字符）会自动合并：

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

拼接分隔开的长字符串时，这个功能特别实用：

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

这项功能只能用于两个字面值，不能用于变量或表达式：

   >>> prefix = 'Py'
   >>> prefix 'thon'  # can't concatenate a variable and a string literal
     File "<stdin>", line 1
       prefix 'thon'
              ^^^^^^
   SyntaxError: invalid syntax
   >>> ('un' * 3) 'ium'
     File "<stdin>", line 1
       ('un' * 3) 'ium'
                  ^^^^^
   SyntaxError: invalid syntax

合并多个变量，或合并变量与字面值，要用 "+"：

   >>> prefix + 'thon'
   'Python'

字符串支持 *索引* （下标访问），第一个字符的索引是 0。单字符没有专用的
类型，就是长度为一的字符串：

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

索引还支持负数，用负数索引时，从右边开始计数：

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

注意，-0 和 0 一样，因此，负数索引从 -1 开始。

除了索引，字符串还支持 *切片*。索引可以提取单个字符，*切片* 则提取子字
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'

切片索引的默认值很有用；省略开始索引时，默认值为 0，省略结束索引时，默
认为到字符串的结尾：

   >>> 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'

注意，输出结果包含切片开始，但不包含切片结束。因此，"s[:i] + s[i:]" 总
是等于 "s"：

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

还可以这样理解切片，索引指向的是字符 *之间* ，第一个字符的左侧标为 0，
最后一个字符的右侧标为 *n* ，*n* 是字符串长度。例如：

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

第一行数字是字符串中索引 0...6 的位置，第二行数字是对应的负数索引位置
。*i* 到 *j* 的切片由 *i* 和 *j* 之间所有对应的字符组成。

对于使用非负索引的切片，如果两个索引都不越界，切片长度就是起止索引之差
。例如， "word[1:3]" 的长度是 2。

索引越界会报错：

   >>> 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，切片会自动处理越界索引：

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

Python 字符串不能修改，是  *immutable* 的。因此，为字符串中某个索引位
置赋值会报错：

   >>> word[0] = 'J'
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
   TypeError: 'str' object does not support item assignment
   >>> word[2:] = 'py'
   Traceback (most recent call last):
     File "<stdin>", line 1, in <module>
   TypeError: 'str' object does not support item assignment

要生成不同的字符串，应新建一个字符串：

   >>> '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

参见:

  文本序列类型 --- str
     字符串是 *序列类型* ，支持序列类型的各种操作。

  字符串的方法
     字符串支持很多变形与查找方法。

  格式字符串字面值
     内嵌表达式的字符串字面值。

  格式字符串语法
     使用 "str.format()" 格式化字符串。

  printf 风格的字符串格式化
     这里详述了用 "%" 运算符格式化字符串的操作。


3.1.3. 列表
-----------

Python 支持多种 *复合* 数据类型，可将不同值组合在一起。最常用的 *列表*
，是用方括号标注，逗号分隔的一组值。*列表* 可以包含不同类型的元素，但
一般情况下，各个元素的类型相同：

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

和字符串（及其他内置 *sequence* 类型）一样，列表也支持索引和切片：

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

切片操作返回包含请求元素的新列表。以下切片操作会返回列表的 浅拷贝：

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

列表还支持合并操作：

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

与 *immutable* 字符串不同, 列表是 *mutable* 类型，其内容可以改变：

   >>> 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]

"append()" *方法* 可以在列表末尾添加新元素（后面我们会看到更多例子）：

   >>> 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]

为切片赋值可以改变列表大小，甚至清空整个列表：

   >>> 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()" 也支持列表：

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

还可以嵌套列表（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. 走向编程的第一步
=====================

当然，Python 还可以完成比二加二更复杂的任务。 例如，可以编写 斐波那契
数列 的初始子序列，如下所示：

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

本例引入了几个新功能。

* 第一行中的 *多重赋值* ：变量 "a" 和 "b" 同时获得新值 0 和 1 。最后一
  行又用了一次多重赋值，体现了，等号右边的所有表达式的值，都是在这一语
  句对任何变量赋新值之前求出来的——求值顺序为从左到右。

* "while" 循环只要条件（这里是 "a < 10"）为真就会一直执行。Python 和 C
  一样，任何非零整数都为真，零为假。这个条件也可以是字符串或列表类型的
  值，事实上，任何序列都可以：长度非零就为真，空序列则为假。示例中的判
  断只是最简单的比较。比较操作符的写法和 C 语言一样： "<" （小于）、
  ">" （大于）、 "==" （等于）、 "<=" （小于等于)、 ">=" （大于等于）
  及 "!=" （不等于）。

* *循环体* 是 *缩进的* ：缩进是 Python 组织语句的方式。在交互式命令行
  里，得为每个缩进的行输入空格（或制表符）。使用文本编辑器可以实现更复
  杂的输入方式；所有像样的文本编辑器都支持自动缩进。交互式输入复合语句
  时，要在最后输入空白行表示完成（因为解析器不知道哪一行代码是代码块的
  最后一行）。注意，同一块语句的每一行的缩进相同。

* "print()" 函数输出给定参数的值。除了可以以单一的表达式作为参数（比如
  ，前面的计算器的例子），它还能处理多个参数，包括浮点数与字符串。它输
  出的字符串不带引号，且各参数项之间会插入一个空格，这样可以实现更好的
  格式化操作：

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

  关键字参数 *end* 可以取消输出后面的换行, 或用另一个字符串结尾：

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

-[ 备注 ]-

[1] "**" 比 "-" 的优先级更高, 所以 "-3**2" 会被解释成 "-(3**2)" ，因此
    ，结果是 "-9"。要避免这个问题，并且得到 "9", 可以用 "(-3)**2"。

[2] 与其他语言不同，特殊字符如 "\n" 在单引号（"'...'" ）和双引号（
    ""..."" ）里的意义一样。这两种引号唯一的区别是，不需要在单引号里转
    义双引号 """ （但此时必须把单引号转义成 "\'" ），反之亦然。
