Python自学01-数据类型

Python自学01-数据类型

计算机作为具备数学计算能力的设备，其程序能够处理各类数值。然而，计算机的处理范畴远不止于数值，还涵盖了文本、图形、音频、视频、网页等多样化的数据形式。针对不同的数据，需要定义相应的数据类型。在Python编程语言中，可直接处理的数据类型包含以下几种：

整数

Python具备处理任意大小整数的能力，其中也包括负整数。在程序里，整数的表示方式与数学中的写法一致，例如：1、100、-8080、0等。

由于计算机采用二进制进行运算，因此在某些情况下，使用十六进制来表示整数会更为便捷。十六进制以0x为前缀，结合0 - 9以及a - f来表示数值，例如：0xff00、0xa5b4c3d2等。

对于较大的数值，如10000000000，难以准确数清其中0的个数。Python允许在数字中间使用_进行分隔，所以10_000_000_000与10000000000的表示效果完全相同。十六进制数同样可以采用这种方式，如0xa1b2_c3d4。

浮点数

浮点数即小数，之所以被称为浮点数，是因为在采用科学记数法表示时，其小数点的位置是可变的。例如，1.23x10⁹和12.3x10⁸在数值上是完全相等的。浮点数可以使用常规的数学写法，如1.23、3.14、-9.01等。但对于极大或极小的浮点数，则需要运用科学计数法来表示，将10用e替代，1.23x10⁹可表示为1.23e9或12.3e8，0.000012可写成1.2e - 5等。

整数和浮点数在计算机内部的存储方式存在差异，整数运算始终保持精确性（包括除法运算），而浮点数运算可能会出现四舍五入的误差。

字符串

字符串是由单引号'或双引号"括起来的任意文本，例如'abc'、"xyz"等。需要注意的是，''或""仅仅是字符串的表示形式，并非字符串的组成部分。因此，字符串'abc'仅包含a、b、c这3个字符。若字符串中本身包含'，则可以使用""进行括起，例如"I'm OK"包含的字符为I、'、m、空格、O、K这6个字符。

若字符串内部同时包含'和"，可以使用转义字符\来进行标识，例如：

'I\'m "OK"!'

上述代码表示的字符串内容为：

I'm "OK"!

转义字符\能够对多种字符进行转义，例如\n表示换行，\t表示制表符，字符\本身也需要进行转义，所以\\表示的字符即为\。可以在Python的交互式命令行中使用print()函数来打印字符串，示例如下：

>>> print('I\'m ok.')
I'm ok.
​
>>> print('I\'m learning\nPython.')
I'm learning
Python.
​
>>> print('\\\n\\')
\
\

若字符串中存在大量需要转义的字符，就需要添加大量的\。为了简化操作，Python允许使用r''来表示''内部的字符串默认不进行转义，可自行进行测试：

>>> print('\\\t\\')
\       \
​
>>> print(r'\\\t\\')
\\\t\\

若字符串内部包含多行内容，使用\n写在一行中会影响阅读的便利性。为了简化操作，Python允许使用'''...'''的格式来表示多行内容，可自行进行测试：

>>> print('''line1
... line2
... line3''')
line1
line2
line3

上述代码是在交互式命令行中输入的示例。需要注意的是，在输入多行内容时，提示符会由>>>变为...，这提示你可以继续在上一行的基础上进行输入。...属于提示符，并非代码的一部分：

┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - python                           _ □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│>>> print('''line1                                      │
│... line2                                               │
│... line3''')                                           │
│line1                                                   │
│line2                                                   │
│line3                                                   │
│                                                        │
│>>> _                                                   │
│                                                        │
│                                                        │
│                                                        │
└────────────────────────────────────────────────────────┘

当输入完结束符```和括号)后，程序将执行该语句并打印结果。

若将上述代码写成程序并保存为.py文件，则内容如下：

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

多行字符串'''...'''同样可以在前面加上r来使用，请自行进行测试：

# -*- coding: utf - 8 -*-

布尔值

布尔值与布尔代数的表示方式完全一致，只有True和False两种取值，即要么为True，要么为False。在Python中，可以直接使用True和False来表示布尔值（需注意大小写），也可以通过布尔运算得出结果，示例如下：

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

布尔值可以进行and、or和not运算。

and运算属于与运算，只有当所有参与运算的值都为True时，and运算的结果才为True，示例如下：

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

or运算属于或运算，只要参与运算的值中有一个为True，or运算的结果即为True，示例如下：

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

not运算属于非运算，它是一个单目运算符，能够将True变为False，将False变为True，示例如下：

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

布尔值在条件判断中应用广泛，例如：

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

空值

空值是Python中的一个特殊值，用None表示。需要注意的是，None不能等同于0，因为0是具有实际意义的数值，而None则是一个特殊的空值。

此外，Python还提供了列表、字典等多种数据类型，并且允许用户创建自定义的数据类型，后续将继续进行讲解。

变量

变量的概念与初中代数中的方程变量基本一致，不同之处在于，在计算机程序中，变量不仅可以是数字，还可以是任意的数据类型。

在程序中，变量通过变量名来进行表示。变量名必须由大小写英文、数字和_组合而成，且不能以数字开头，例如：

a = 1

上述代码中，变量a为一个整数。

t_007 = 'T007'

上述代码中，变量t_007为一个字符串。

Answer = True

上述代码中，变量Answer为一个布尔值True。

在Python中，等号=属于赋值语句，可以将任意数据类型赋值给变量。同一个变量可以多次进行赋值，并且可以是不同类型的变量，示例如下：

# -*- coding: utf - 8 -*-

这种变量本身类型不固定的语言被称为动态语言，与之相对的是静态语言。静态语言在定义变量时必须明确指定变量的类型，若赋值时类型不匹配，将会报错。例如，Java属于静态语言，其赋值语句如下（//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

与静态语言相比，动态语言具有更高的灵活性，这也是其优势所在。

需要注意的是，不要将赋值语句的等号等同于数学中的等号。例如下面的代码：

x = 10
x = x + 2

从数学角度来看，x = x + 2显然是不成立的。但在程序中，赋值语句会先计算右侧的表达式x + 2，得到结果12，然后将其赋值给变量x。由于x之前的值为10，重新赋值后，x的值变为12。

最后，理解变量在计算机内存中的表示方式也十分重要。当我们编写代码：

a = 'ABC'

时，Python解释器会执行以下两个操作：

1. 在内存中创建一个'ABC'的字符串；
2. 在内存中创建一个名为a的变量，并将其指向'ABC'。

也可以将一个变量a赋值给另一个变量b，这个操作实际上是将变量b指向变量a所指向的数据，例如下面的代码：

# -*- coding: utf - 8 -*-

最后一行打印出变量b的内容究竟是'ABC'还是'XYZ'呢？如果从数学意义上进行理解，可能会错误地认为b和a相同，也应该是'XYZ'，但实际上b的值为'ABC'。让我们逐行执行代码，来观察具体发生的情况：

执行a = 'ABC'时，解释器会创建字符串'ABC'和变量a，并将a指向'ABC'：

执行b = a时，解释器会创建变量b，并将b指向a所指向的字符串'ABC'：

执行a = 'XYZ'时，解释器会创建字符串'XYZ'，并将a的指向改为'XYZ'，但b的指向并未发生改变：

因此，最后打印变量b的结果自然是'ABC'。

常量

所谓常量，即不可改变的变量，例如常用的数学常数π就是一个常量。在Python中，通常使用全部大写的变量名来表示常量，例如：

PI = 3.14159265359

但实际上，PI仍然是一个变量，Python并没有任何机制来确保PI不会被改变。因此，使用全部大写的变量名来表示常量只是一种习惯用法，如果你坚持要改变变量PI的值，也不会受到限制。

最后，对整数的除法运算为何也是精确的进行解释。在Python中，存在两种除法运算，一种是/：

>>> 10 / 3
3.3333333333333335

/除法的计算结果为浮点数，即使两个整数恰好能够整除，结果仍然是浮点数，例如：

>>> 9 / 3
3.0

另一种除法是//，称为地板除，两个整数进行地板除的结果仍然是整数，例如：

>>> 10 // 3
3

可以看到，整数的地板除//始终返回整数，即使除不尽。若需要进行精确的除法运算，使用/即可。

由于//除法只取结果的整数部分，因此Python还提供了余数运算，用于获取两个整数相除的余数，例如：

>>> 10 % 3
1

无论进行整数的//除法还是取余数运算，结果始终为整数，因此整数运算的结果始终保持精确性。

练习

请打印出以下变量的值：

# -*- coding: utf - 8 -*-
n = 123
f = 456.789
s1 = 'Hello, world'
s2 = 'Hello, \'Adam\''
s3 = r'Hello, "Bart"'
s4 = r'''Hello,
Lisa!'''

小结

Python支持多种数据类型，在计算机内部，可以将任何数据都视为一个“对象”，而变量则是在程序中用于指向这些数据对象的标识。对变量进行赋值操作，实际上就是将数据与变量进行关联。

对变量赋值x = y是将变量x指向变量y所指向的实际对象。后续对变量y的赋值操作不会影响变量x的指向。

需要注意的是，Python的整数没有大小限制，而某些语言的整数根据其存储长度存在大小限制，例如Java对32位整数的范围限制在- 2147483648 - 2147483647。

Python的浮点数同样没有大小限制，但超出一定范围后会直接表示为inf（无限大）。