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,1.23×109和12.3×108是相等的。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,1.23×109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”或””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,如果写成程序,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
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
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
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,可以试试:
>>> 10 / 3
3
你没有看错,整数除法永远是整数,即使除不尽。要做精确的除法,只需把其中一个整数换成浮点数做除法就可以:
>>> 10.0 / 3
3.3333333333333335
因为整数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。
小结
python支持多种数据类型,在计算机内部,可以把任何数据都看成一个“对象”,而变量就是在程序中用来指向这些数据对象的,对变量赋值就是把数据和变量给关联起来。
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