数据类型和变量

数据类型

计算机顾名思义就是可以做数学计算的机器,因此,计算机程序理所当然地可以处理各种数值。但是,计算机能处理的远不止数值,还可以处理文本、图形、音频、视频、网页等各种各样的数据,不同的数据,需要定义不同的数据类型。在Python中,能够直接处理的数据类型有以下几种:

整数

Python可以处理任意大小的整数,当然包括负整数,在程序中的表示方法和数学上的写法一模一样,例如:1,100,-8080,0,等等。

计算机由于使用二进制,所以,有时候用十六进制表示整数比较方便,十六进制用0x前缀和0-9,a-f表示,例如:0xff00,0xa5b4c3d2,等等。

浮点数

浮点数也就是小数,之所以称为浮点数,是因为按照科学记数法表示时,一个浮点数的小数点位置是可变的,比如,1.23x109和12.3x108是完全相等的。浮点数可以用数学写法,如1.23,3.14,-9.01,等等。但是对于很大或很小的浮点数,就必须用科学计数法表示,把10用e替代,1.23x109就是1.23e9,或者12.3e8,0.000012可以写成1.2e-5,等等。

整数和浮点数在计算机内部存储的方式是不同的,整数运算永远是精确的(除法难道也是精确的?是的!),而浮点数运算则可能会有四舍五入的误差。

字符串

字符串是以单引号’或双引号”括起来的任意文本,比如’abc’,”xyz”等等。请注意,’‘或”“本身只是一种表示方式,不是字符串的一部分,因此,字符串’abc’只有a,b,c这3个字符。如果’本身也是一个字符,那就可以用”“括起来,比如”I’m OK”包含的字符是I,’,m,空格,O,K这6个字符。

如果字符串内部既包含’又包含”怎么办?可以用转义字符\来标识,比如:

'I\'m \"OK\"!' 表示的字符串内容是:

I'm "OK"! 转义字符\可以转义很多字符,比如\n表示换行,\t表示制表符,字符\本身也要转义,所以\\\表示的字符就是\,可以在Python的交互式命令行用print()打印字符串看看:   ``` >>> print('I\'m ok.') I'm ok. >>> print('I\'m learning\nPython.') I'm learning Python. >>> print('\\\n\\') \ \ ``` 如果字符串里面有很多字符都需要转义,就需要加很多\,为了简化,Python还允许用r''表示''内部的字符串默认不转义,可以自己试试: ``` >>> print('\\\t\\') \       \ >>> print(r'\\\t\\') \\\t\\ ``` 如果字符串内部有很多换行,用\n写在一行里不好阅读,为了简化,Python允许用'''...'''的格式表示多行内容,可以自己试试:

print(‘'’line1 … line2 … line3’’’) line1 line2 line3 上面是在交互式命令行内输入,注意在输入多行内容时,提示符由»>变为…,提示你可以接着上一行输入,注意…是提示符,不是代码的一部分。

当输入完结束符```和括号)后,执行该语句并打印结果。

如果写成程序并存为.py文件,就是:

print('''line1
line2
line3''')

多行字符串’'’…’'’还可以在前面加上r使用,请自行测试

布尔值

布尔值和布尔代数的表示完全一致,一个布尔值只有True、False两种值,要么是True,要么是False,在Python中,可以直接用True、False表示布尔值(请注意大小写),也可以通过布尔运算计算出来:

>>> True
True
>>> False
False
>>> 3 > 2
True
>>> 3 > 5
False

布尔值可以用and、or和not运算。

and运算是与运算,只有所有都为True,and运算结果才是True:

>>> True and True
True
>>> True and False
False
>>> False and False
False
>>> 5 > 3 and 3 > 1
True

or运算是或运算,只要其中有一个为True,or运算结果就是True:

>>> True or True
True
>>> True or False
True
>>> False or False
False
>>> 5 > 3 or 1 > 3
True

not运算是非运算,它是一个单目运算符,把True变成False,False变成True:

>>> not True
False
>>> not False
True
>>> not 1 > 2
True

布尔值经常用在条件判断中,比如:

if age >= 18:
    print('adult')
else:
    print('teenager')

空值

空值是Python里一个特殊的值,用None表示。None不能理解为0,因为0是有意义的,而None是一个特殊的空值。

此外,Python还提供了列表、字典等多种数据类型,还允许创建自定义数据类型,我们后面会继续讲到。

变量

变量的概念基本上和初中代数的方程变量是一致的,只是在计算机程序中,变量不仅可以是数字,还可以是任意数据类型。

变量在程序中就是用一个变量名表示了,变量名必须是大小写英文、数字和_的组合,且不能用数字开头,比如:

a = 1 变量a是一个整数。

t_007 = ‘T007’ 变量t_007是一个字符串。

Answer = True 变量Answer是一个布尔值True。

在Python中,等号=是赋值语句,可以把任意数据类型赋值给变量,同一个变量可以反复赋值,而且可以是不同类型的变量,例如

a = 123 # a是整数
print(a)
a = 'ABC' # a变为字符串
print(a)

这种变量本身类型不固定的语言称之为动态语言,与之对应的是静态语言。静态语言在定义变量时必须指定变量类型,如果赋值的时候类型不匹配,就会报错。例如Java是静态语言,赋值语句如下(// 表示注释):

int a = 123; // a是整数类型变量
a = "ABC"; // 错误:不能把字符串赋给整型变量

和静态语言相比,动态语言更灵活,就是这个原因。

请不要把赋值语句的等号等同于数学的等号。比如下面的代码:

x = 10 x = x + 2 如果从数学上理解x = x + 2那无论如何是不成立的,在程序中,赋值语句先计算右侧的表达式x + 2,得到结果12,再赋给变量x。由于x之前的值是10,重新赋值后,x的值变成12。

最后,理解变量在计算机内存中的表示也非常重要。当我们写:

a = ‘ABC’ 时,Python解释器干了两件事情:

在内存中创建了一个’ABC’的字符串;

在内存中创建了一个名为a的变量,并把它指向’ABC’。

也可以把一个变量a赋值给另一个变量b,这个操作实际上是把变量b指向变量a所指向的数据,例如下面的代码:

a = 'ABC'
b = a
a = 'XYZ'
print(b)

最后一行打印出变量b的内容到底是’ABC’呢还是’XYZ’?如果从数学意义上理解,就会错误地得出b和a相同,也应该是’XYZ’,但实际上b的值是’ABC’,让我们一行一行地执行代码,就可以看到到底发生了什么事:

执行a = ‘ABC’,解释器创建了字符串’ABC’和变量a,并把a指向’ABC’:

执行b = a,解释器创建了变量b,并把b指向a指向的字符串’ABC’:

执行a = ‘XYZ’,解释器创建了字符串’XYZ’,并把a的指向改为’XYZ’,但b并没有更改:
所以,最后打印变量b的结果自然是’ABC’了

常量

所谓常量就是不能变的变量,比如常用的数学常数π就是一个常量。在Python中,通常用全部大写的变量名表示常量:

PI = 3.14159265359 但事实上PI仍然是一个变量,Python根本没有任何机制保证PI不会被改变,所以,用全部大写的变量名表示常量只是一个习惯上的用法,如果你一定要改变变量PI的值,也没人能拦住你。

最后解释一下整数的除法为什么也是精确的。在Python中,有两种除法,一种除法是/:

>>> 10 / 3
3.3333333333333335

/除法计算结果是浮点数,即使是两个整数恰好整除,结果也是浮点数:

>>> 9 / 3
3.0

还有一种除法是//,称为地板除,两个整数的除法仍然是整数:

>>> 10 // 3
3

你没有看错,整数的地板除//永远是整数,即使除不尽。要做精确的除法,使用/就可以。

因为//除法只取结果的整数部分,所以Python还提供一个余数运算,可以得到两个整数相除的余数:

>>> 10 % 3
1

无论整数做//除法还是取余数,结果永远是整数,所以,整数运算结果永远是精确的。

批注:

  • 字符串那里, ‘’‘some string’‘‘这是python提供的一种所见即所得的字符串表示方法,也可以用三个连续的双引号来表示。意思就是里面你怎么写,你print出来的结果跟你定义改字符串的格式是一样的。
  • python推荐变量名使用下划线分割单词的方式,也就是my_name这样的方式来给变量命名(其他语言常用驼峰式)
  • 关于常量,起始python里并不存在真正的常量,不想其他语言会有const这样的关键字,使用const定义的常量(变量)在确定取值以后就不能再改变了。
  • Python的浮点数没有大小限制,但是超出一定范围就直接表示为inf(无限大)