3. Python 速览

下面的例子以是否显示提示符(>>>...)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。

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,2420 )的类型是 int,带小数(如,5.01.6 )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  # 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 intfloat,Python 还支持其他数字类型,例如 DecimalFraction。Python 还内置支持 复数,后缀 jJ 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:"""..."""'''...''',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'

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 nn 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。ij 的切片由 ij 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]

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 ab 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

**- 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。