# 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。字符串中的井号就是井号。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。

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 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（`/`）返回浮点数。用 `//` 运算符执行 floor division 的结果是整数（忽略小数）；计算余数用 `%`：

    >>> 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

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

字符串字面值可以实现跨行连续输入。实现方式是用三引号：`"""..."""` 或 `'''...'''`，字符串行尾会自动加上回车换行，如果不需要回车换行，在行尾添加 `\` 即可。示例如下：

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

输出如下（注意，第一行没有换行）：

    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'

拆分长字符串时，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'

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'

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'

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 可以在列表结尾添加新元素（详见后文）:

    >>> 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，这体现在右表达式在赋值前就已经求值了。右表达式求值顺序为从左到右。

- `while` 循环只要条件（这里指：`a < 10`）保持为真就会一直执行。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。比较操作符的标准写法和 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，得为每个缩输入制表符或空格。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结束（因为解析器不知道哪一行代码是最后一行）。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。与表达式不同（比如，之前计算器的例子），它能处理多个参数，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,

脚注

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

  和其他语言不一样，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 `"`，但必须把单引号转义成 `\'`，反之亦然。