# 3. Python 的非正式介绍

在下面的例子中，通过提示符的出现与否来区分输入和输出(>>> and …)：如果你想复现这些例子，当提示符出现后，你必须在提示符后键入例子中的每一个词；不以提示符开头的那些行是解释器的输出。注意例子中某行中出现第二个提示符意味着你必须键入一个空白行；这是用来结束多行命令的。

这个手册中的许多例子都包含注释，甚至交互性命令中也有。Python中的注释以井号，`#`，开头，并且一直延伸到该文本行结束为止。注释可以出现在一行的开头或者是空白和代码的后边，但是不能出现在字符串中间。字符串中的井号就是井号。因为注释是用来阐明代码的，不会被Python解释，所以在键入这些例子时，注释是可以被忽略的。

几个例子：:

    # 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 作为计算器使用

让我们尝试一些简单的 Python 命令。启动解释器，等待界面中的提示符，`>>>` （这应该花不了多少时间）。

### 3.1.1. 数字

解释器就像一个简单的计算器一样：你可以在里面输入一个表达式然后它会写出答案。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 或者 C 语言）；括号（``()`）用来分组。比如:

    >>> 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（比如``2``、`4`、`20`）有 `int` 类型，有小数部分的（比如``5.0``、`1.6`）有 `float` 类型。在这个手册的后半部分我们会看到更多的数值类型。

除法运算（`/`）永远返回浮点数类型。如果要做 floor division 得到一个整数结果（忽略小数部分）你可以使用 `//` 运算符；如果要计算余数，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

在Python中，可以使用 `**` 运算符来计算乘方 [1]

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

等号（`=`）用于给一个变量赋值。然后在喜爱个交互命令之前不会有结果显示出来:

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

如果一个变量未定义(未赋值)，试图使用它时会向你提示错误:

    >>> 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中提供浮点数的完整支持；包含多种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

在交互模式下，上一次打印出来的表达式被赋值给变量 `_`。这意味着当你把Python用作桌面计算器时，继续计算会相对简单，比如:

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

这个变量应该被使用者当作是只读类型。不要向它显式地赋值——你会创建一个和它名字相同独立的本地变量，它会使用魔法行为屏蔽内部变量。

除了 `int` 和 `float`，Python也支持其他类型的数字，例如 `Decimal` 或者 `Fraction`。Python 也内置对 复数 的支持，使用后缀 `j` 或者 `J` 就可以表示虚数部分（例如 `3+5j`）。

### 3.1.2. 字符串

除了数字，Python 也可以操作字符串。字符串有多种形式，可以使用单引号（`'……'`），双引号（`"……"`）都可以获得同样的结果 [2]。反斜杠 `\` 可以用来转义:

    >>> '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.'

在交互式解释器中，输出字符串是在引号中的，特殊字符是前置了反斜杠的。虽然看起来有可能不一样（单双引号可能不一样），两种字符串其实是一样的。如果字符串中有单引号而没有双引号，字符串就显示在双引号中，否则就显示在单引号中。函数 `print()` 会产生更方便阅读的输出，就是不使用引号，也不转义特殊字符:

    >>> '"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.

如果你不希望前置了 `\` 的字符转义成特殊字符，可以使用 原始字符串 方式，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

字符串字面值可以跨行连续输入。一种方式是用三重引号：`"""..."""` 或 `'''...'''`。字符串中的回车换行会自动包含到字符串中，如果不想包含，在行尾添加一个 `\` 即可。如下例:

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

将产生如下输出（注意最开始的换行没有包括进来）:

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

字符串可以用 `+` 进行连接（粘到一起），也可以用 `*` 进行重复:

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

相邻的两个或多个 字符串字面值 （引号引起来的字符）将会自动连接到一起.

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

把很长的字符串拆开分别输入的时候尤其有用:

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

只能对两个字面值这样操作，变量或表达式不行:

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

如果你想连接变量，或者连接变量和字面值，可以用 `+` 号:

    >>> prefix + 'thon'
    'Python'

字符串是可以被 索引 （下标访问）的，第一个字符索引是 0。单个字符并没有特殊的类型，只是一个长度为一的字符串:

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

索引也可以用负数，这种会从右边开始数:

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

注意 -0 和 0 是一样的，所以负数索引从 -1 开始。

除了索引，字符串还支持 切片。索引可以得到单个字符，而 切片 可以获取子字符串:

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

注意切片的开始总是被包括在结果中，而结束不被包括。这使得 `s[:i] + s[i:]` 总是等于 `s`

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

切片的索引有默认值；省略开始索引时默认为0，省略结束索引时默认为到字符串的结束:

    >>> 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'

您也可以这么理解切片：将索引视作指向字符 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 ，其中 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

第一行数标注了字符串非负的索引的位置，第二行标注了对应的负的索引。那么从 i 到 j 的切片就包括了标有 i 和 j 的位置之间的所有字符。

对于使用非负索引的切片，如果索引不越界，那么得到的切片长度就是起止索引之差。例如， `word[1:3]` 的长度为2.

使用过大的索引会产生一个错误:

    >>> 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，切片中的越界索引会被自动处理:

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

Python 中的字符串不能被修改，它们是 immutable 的。因此，向字符串的某个索引位置赋值会产生一个错误:

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

如果需要一个不同的字符串，应当新建一个:

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

内建函数 `len()` 返回一个字符串的长度:

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

参见

Text Sequence Type — str
  字符串是一种 序列类型 ，因此也支持序列类型的各种操作。
String Methods
  字符串支持许多变换和查找的方法。
格式化字符串字面值
  内嵌表达式的字符串字面值。
Format String Syntax
  使用 `str.format()` 进行字符串格式化。
printf-style String Formatting
  这里详述了使用 `%` 运算符进行字符串格式化。

### 3.1.3. 列表

Python 中可以通过组合一些值得到多种 复合 数据类型。其中最常用的 列表 ，可以通过方括号括起、逗号分隔的一组值得到。一个 列表 可以包含不同类型的元素，但通常使用时各个元素类型相同:

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

和字符串及各种内建的 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]

所有的切片操作都返回一个新列表，这个新列表包含所需要的元素。就是说，如下的切片会返回列表的一个新的(浅)拷贝:

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

列表同样支持拼接操作:

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

与 immutable 的字符串不同, 列表是一个 mutable 类型，就是说，它自己的内容可以改变:

    >>> 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]

你也可以在列表结尾，通过 `append()` 方法 添加新元素 (我们会在后面解释更多关于方法的内容):

    >>> 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，这样甚至可以改变列表大小，或者把列表整个清空:

    >>> 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()` 也可以作用到列表上:

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

也可以嵌套列表 (创建包含其他列表的列表), 比如说:

    >>> 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

Of course, we can use Python for more complicated tasks than adding two and two together. For instance, we can write an initial sub-sequence of the Fibonacci series as follows:

    >>> # 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

这个例子引入了几个新的特点。

- 第一行含有一个 多重赋值: 变量 `a` 和 `b` 同时得到了新值 0 和 1. 最后一行又用了一次多重赋值, 这体现出了右手边的表达式，在任何赋值发生之前就被求值了。右手边的表达式是从左到右被求值的。

- The `while` loop executes as long as the condition (here: `b < 10`) remains true. In Python, like in C, any non-zero integer value is true; zero is false. The condition may also be a string or list value, in fact any sequence; anything with a non-zero length is true, empty sequences are false. The test used in the example is a simple comparison. The standard comparison operators are written the same as in C: `<` (less than), `>` (greater than), `==` (equal to), `<=` (less than or equal to), `>=` (greater than or equal to) and `!=` (not equal to).

- 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，你得给每个缩进的行敲下 Tab 键或者（多个）空格键。实际上用文本编辑器的话，你要准备更复杂的输入方式；所有像样的文本编辑器都有自动缩进的设置。交互式命令行里，当一个组合的语句输入时, 需要在最后敲一个空白行表示完成（因为语法分析器猜不出来你什么时候打的是最后一行）。注意，在同一块语句中的每一行，都要缩进相同的长度。

- `print()` 函数将所有传进来的参数值打印出来. 它和直接输入你要显示的表达式(比如我们之前在计算器的例子里做的)不一样， print() 能处理多个参数，包括浮点数，字符串。 字符串会打印不带引号的内容, 并且在参数项之间会插入一个空格, 这样你就可以很好的把东西格式化, 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 可以用来取消输出后面的换行, 或是用另外一个字符串来结尾:

      >>> 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] | 因为 `**` 比 `-` 有更高的优先级, 所以 `-3**2` 会被解释成 `-(3**2)` ，因此结果是 `-9`. 为了避免这个并且得到结果 `9`, 你可以用这个式子 `(-3)**2`.

[2] | 和其他语言不一样的是, 特殊字符比如说 `\n` 在单引号 (`'...'`) 和双引号 (`"..."`) 里有一样的意义. 这两种引号唯一的区别是，你不需要在单引号里转义双引号 `"` (但是你必须把单引号转义成 `\'`) ， 反之亦然.