3. Python 非正式介绍

在以下示例中，输入和输出通过提示符 (>>> 和 …) 的存在或不存在来区分：要重复示例，您必须在提示符出现时键入提示符后的所有内容；不以提示符开头的行是解释器输出。请注意，示例中单独一行上的辅助提示符意味着您必须键入一个空行；这用于结束多行命令。

您可以通过单击示例框右上角的 >>> 来切换提示符和输出的显示。如果您隐藏了示例的提示符和输出，那么您可以轻松地将输入行复制粘贴到您的解释器中。

本手册中的许多示例，即使是在交互式提示符下输入的示例，也包含注释。Python 中的注释以井号 (#) 开头，并扩展到物理行的末尾。注释可以出现在一行的开头，也可以出现在空格或代码之后，但不能出现在字符串文字中。字符串文字中的井号只是一个井号。由于注释是为了澄清代码，并且不会被 Python 解释，因此在键入示例时可以省略它们。

一些示例

# 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. 使用 Python 作为计算器

让我们尝试一些简单的 Python 命令。启动解释器并等待主提示符 >>>。（它不应该花费很长时间。）

3.1.1. 数字

解释器充当一个简单的计算器：您可以在其中键入表达式，它将写入值。表达式语法很简单：运算符 +、-、* 和 / 可用于执行算术运算；括号 (()) 可用于分组。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（例如 2、4、20）的类型为 int，带小数部分的整数（例如 5.0、1.6）的类型为 float。我们将在本教程的后面部分详细了解数字类型。

除法 (/) 始终返回浮点数。要进行 向下取整除法 并获得整数结果，您可以使用 // 运算符；要计算余数，您可以使用 %

>>> 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  # floored quotient * divisor + remainder
17

使用 Python，可以使用 ** 运算符计算幂 [1]

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

等号 (=) 用于将值赋给变量。之后，在下一个交互式提示符出现之前不会显示任何结果

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

如果变量未“定义”（未赋值），尝试使用它将导致错误

>>> n  # try to access an undefined variable
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'n' is not defined

完全支持浮点数；具有混合类型操作数的运算符将整数操作数转换为浮点数

>>> 4 * 3.75 - 1
14.0

在交互模式下，最后打印的表达式被赋值给变量 _。这意味着当您将 Python 用作桌面计算器时，继续计算会更容易，例如

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

用户应该将此变量视为只读。不要显式地为它赋值——您将创建一个具有相同名称的独立局部变量，它会屏蔽具有神奇行为的内置变量。

除了 int 和 float，Python 还支持其他类型的数字，例如 Decimal 和 Fraction。Python 还内置支持 复数，并使用 j 或 J 后缀来表示虚部（例如 3+5j）。

3.1.2. 文本

Python 可以操作文本（由类型 str 表示，称为“字符串”），以及数字。这包括字符“!”，单词“rabbit”，名称“Paris”，句子“Got your back.”，等等。“Yay! :)”。它们可以用单引号 ('...') 或双引号 ("...") 括起来，结果相同 [2]。

>>> 'spam eggs'  # single quotes
'spam eggs'
>>> "Paris rabbit got your back :)! Yay!"  # double quotes
'Paris rabbit got your back :)! Yay!'
>>> '1975'  # digits and numerals enclosed in quotes are also strings
'1975'

要引用引号，我们需要对其进行“转义”，方法是在其前面加上 \。或者，我们可以使用另一种类型的引号

>>> '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 Python shell 中，字符串定义和输出字符串可能看起来不同。 print() 函数通过省略封闭的引号以及打印转义和特殊字符来生成更易读的输出

>>> s = 'First line.\nSecond line.'  # \n means newline
>>> s  # without print(), special characters are included in the string
'First line.\nSecond line.'
>>> print(s)  # with print(), special characters are interpreted, so \n produces new line
First line.
Second line.

如果您不希望以 \ 开头的字符被解释为特殊字符，您可以在第一个引号之前添加一个 r 来使用原始字符串

>>> 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

原始字符串有一个微妙的方面：原始字符串不能以奇数个 \ 字符结尾；有关更多信息和解决方法，请参阅 常见问题解答条目。

字符串字面量可以跨越多行。一种方法是使用三引号："""...""" 或 '''...'''。行尾会自动包含在字符串中，但可以通过在行尾添加 \ 来阻止这种情况。以下示例

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

产生以下输出（注意，初始换行符未包含在内）

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

字符串可以使用 + 运算符连接（粘合在一起），并使用 * 重复

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

两个或多个字符串字面量（即用引号括起来的那些）并排在一起会自动连接。

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

此功能在您想要换行长字符串时特别有用

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

但这只适用于两个字面量，不适用于变量或表达式

>>> 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

如果您想连接变量或变量和字面量，请使用 +

>>> prefix + 'thon'
'Python'

字符串可以被索引（下标），第一个字符的索引为 0。没有单独的字符类型；字符只是一个大小为 1 的字符串

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

索引也可以是负数，从右边开始计数

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

请注意，由于 -0 与 0 相同，因此负索引从 -1 开始。

除了索引之外，还支持切片。索引用于获取单个字符，而切片允许您获取子字符串

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

切片索引具有有用的默认值；省略的第一个索引默认为零，省略的第二个索引默认为被切片的字符串的大小。

>>> 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'

请注意，起始位置始终包含在内，而结束位置始终排除在外。这样可以确保 s[:i] + s[i:] 始终等于 s

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

记住切片工作原理的一种方法是将索引视为指向字符之间，第一个字符的左边缘编号为 0。然后，一个包含n个字符的字符串的最后一个字符的右边缘具有索引n，例如

 +---+---+---+---+---+---+
 | P | y | t | h | o | n |
 +---+---+---+---+---+---+
 0   1   2   3   4   5   6
-6  -5  -4  -3  -2  -1

第一行数字给出字符串中索引 0…6 的位置；第二行给出相应的负索引。从i到j的切片包含分别标记为i和j的边缘之间的所有字符。

对于非负索引，切片的长度是索引的差值，如果两者都在范围内。例如，word[1:3] 的长度为 2。

尝试使用过大的索引会导致错误

>>> 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，当用于切片时，超出范围的切片索引会得到优雅的处理

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

Python 字符串不可更改 - 它们是 不可变的。因此，将字符串中的索引位置分配给会导致错误

>>> 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

如果您需要不同的字符串，您应该创建一个新的字符串

>>> '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

另请参阅

文本序列类型 - str

字符串是序列类型的示例，并支持此类类型支持的常见操作。

字符串方法

字符串支持大量用于基本转换和搜索的方法。

f-字符串

包含嵌入表达式的字符串文字。

格式字符串语法

有关使用 str.format() 进行字符串格式化的信息。

printf 风格的字符串格式化

当字符串是 % 运算符的左操作数时，调用的旧格式化操作在此处进行了更详细的描述。

3.1.3. 列表

Python 了解许多复合数据类型，用于将其他值组合在一起。最通用的类型是列表，它可以写成方括号之间的逗号分隔值（项目）列表。列表可能包含不同类型的项目，但通常所有项目都具有相同的类型。

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

与字符串（以及所有其他内置 序列 类型）一样，列表可以被索引和切片

>>> squares[0]  # indexing returns the item
1
>>> squares[-1]
25
>>> squares[-3:]  # slicing returns a new list
[9, 16, 25]

列表还支持连接等操作

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

与字符串不同，字符串是 不可变的，列表是 可变的 类型，即可以更改其内容

>>> 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]

您还可以使用 list.append() 方法在列表末尾添加新项目（我们将在后面看到更多关于方法的信息）

>>> 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]

Python 中的简单赋值永远不会复制数据。当您将列表分配给变量时，变量引用现有列表。您对列表进行的任何更改都将通过引用它的所有其他变量看到。

>>> rgb = ["Red", "Green", "Blue"]
>>> rgba = rgb
>>> id(rgb) == id(rgba)  # they reference the same object
True
>>> rgba.append("Alph")
>>> rgb
["Red", "Green", "Blue", "Alph"]

所有切片操作都返回一个包含请求元素的新列表。这意味着以下切片返回列表的 浅拷贝

>>> correct_rgba = rgba[:]
>>> correct_rgba[-1] = "Alpha"
>>> correct_rgba
["Red", "Green", "Blue", "Alpha"]
>>> rgba
["Red", "Green", "Blue", "Alph"]

也可以对切片进行赋值，这甚至可以改变列表的大小或完全清除列表

>>> 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() 也适用于列表

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

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. 编程入门

当然，我们可以使用 Python 来完成比将二加二更复杂的任务。例如，我们可以编写 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

此示例介绍了几个新功能。

• 第一行包含一个多重赋值：变量 a 和 b 同时获得新值 0 和 1。在最后一行，再次使用此功能，表明在任何赋值发生之前，右侧的表达式都会先被计算。右侧表达式从左到右进行计算。

• while 循环只要条件（此处为：a < 10）为真，就会一直执行。在 Python 中，与 C 一样，任何非零整数值都为真；零为假。条件也可以是字符串或列表值，实际上可以是任何序列；任何长度不为零的序列都为真，空序列为假。示例中使用的测试是一个简单的比较。标准比较运算符的写法与 C 中相同：<（小于）、>（大于）、==（等于）、<=（小于或等于）、>=（大于或等于）和 !=（不等于）。

• 循环的主体是缩进的：缩进是 Python 用于对语句进行分组的方式。在交互式提示符下，您需要为每行缩进的代码输入一个制表符或空格。在实践中，您将使用文本编辑器为 Python 准备更复杂的输入；所有优秀的文本编辑器都具有自动缩进功能。当以交互方式输入复合语句时，必须在其后跟一个空行以指示完成（因为解析器无法猜测您何时输入了最后一行）。请注意，基本块中的每一行都必须缩进相同的量。

• print() 函数会写入其给定参数的值。它与直接写入要写入的表达式（如我们在之前的计算器示例中所做的那样）的不同之处在于它处理多个参数、浮点数和字符串的方式。字符串在没有引号的情况下打印，并且在项目之间插入空格，因此您可以很好地格式化内容，例如

  >>> i = 256*256
  >>> print('The value of i is', i)
  The value of i is 65536
  

  关键字参数 end 可用于避免在输出后换行，或以不同的字符串结束输出

  >>> 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]

由于 ** 的优先级高于 -，因此 -3**2 将被解释为 -(3**2)，因此结果为 -9。为了避免这种情况并获得 9，您可以使用 (-3)**2。

[2]

与其他语言不同，\n 等特殊字符在单引号 ('...') 和双引号 ("...") 中具有相同的含义。两者之间的唯一区别是，在单引号中，您不需要转义 "（但您必须转义 \'），反之亦然。