3-1 Python中数据类型

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：

一、整数

Python可以处理任意大小的整数，当然包括负整数，在Python程序中，整数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。

二、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，1.23x10^9 和 12.3x10^8 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，1.23x10^9 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。

三、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。

四、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。

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。

or运算是或运算，只要其中有一个为 True，or 运算结果就是 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。

五、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。

任务

45678+0x12fd2
"Learn Python in imooc"
100 < 99
0xff == 255

3.2 Python之print语句

print语句可以向屏幕上输出指定的文字。比如输出'hello, world'，用代码实现如下：

>>> print('hello,world')

注意：

1.当我们在Python交互式环境下编写代码时，>>>是Python解释器的提示符，不是代码的一部分。

2.当我们在文本编辑器中编写代码时，千万不要自己添加 >>>。

print语句也可以跟上多个字符串，用逗号“,”隔开，就可以连成一串输出：

>>> print('The quick brown fox', 'jumps over', 'the lazy dog')
The quick brown fox jumps over the lazy dog

print会依次打印每个字符串，遇到逗号“,”会输出一个空格，因此，输出的字符串是这样拼起来的：

image.png

print也可以打印整数，或者计算结果：

>>> print(300)
300    #运行结果
>>> print(100 + 200)
300    #运行结果

因此，我们可以把计算100 + 200的结果打印得更漂亮一点：

>>> print('100 + 200 =', 100 + 200)
100 + 200 = 300     #运行结果

注意: 对于100 + 200，Python解释器自动计算出结果300，但是，'100 + 200 ='是字符串而非数学公式，Python把它视为字符串，请自行解释上述打印结果。

任务

print('hello, python')
print('hello,','python')

3-3 Python的注释

任何时候，我们都可以给程序加上注释。注释是用来说明代码的，给自己或别人看，而程序运行的时候，Python解释器会直接忽略掉注释，所以，有没有注释不影响程序的执行结果，但是影响到别人能不能看懂你的代码。

Python的注释以 # 开头，后面的文字直到行尾都算注释

# 这一行全部都是注释...
print 'hello' # 这也是注释

注释还有一个巧妙的用途，就是一些代码我们不想运行，但又不想删除，就可以用注释暂时屏蔽掉：

# 暂时不想运行下面一行代码:
# print 'hello, python.'

任务

#print 'hello'

3-4 Python中什么是变量

在Python中，变量的概念基本上和初中代数的方程变量是一致的。

例如，对于方程式 y=x*x，x就是变量。当x=2时，计算结果是4，当x=5时，计算结果是25。

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。

在Python程序中，变量是用一个变量名表示，变量名必须是大小写英文、数字和下划线（_）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。

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 = 'imooc'   # 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 = "mooc"; // 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：

1. 在内存中创建了一个'ABC'的字符串；
2. 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'：

image.png

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'：

image.png

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：

image.png

所以，最后打印变量b的结果自然是'ABC'了。

任务

x1 = 1
d = 3
n = 100
x100 = x1+(n-1)*d
s = (x1+x100)*n/2
print(s)

3-5 Python中定义字符串

前面我们讲解了什么是字符串。字符串可以用''或者""括起来表示。

如果字符串本身包含'怎么办？比如我们要表示字符串 I'm OK ，这时，可以用" "括起来表示：

"I'm OK"

类似的，如果字符串包含"，我们就可以用' '括起来表示：

'Learn "Python" in imooc'

如果字符串既包含'又包含"怎么办？

这个时候，就需要对字符串的某些特殊字符进行“转义”，Python字符串用\进行转义。

要表示字符串 Bob said "I'm OK".
由于 ' 和 " 会引起歧义，因此，我们在它前面插入一个\表示这是一个普通字符，不代表字符串的起始，因此，这个字符串又可以表示为

'Bob said \"I\'m OK\".'

注意：转义字符 \ 不计入字符串的内容中。

常用的转义字符还有：

\n 表示换行
\t 表示一个制表符
\\ 表示 \ 字符本身

任务

s = 'Python was started in 1989 by \"Guido\".\nPython is free and easy to learn.'
print s

3.6 Python中raw字符串与多行字符串

如果一个字符串包含很多需要转义的字符，对每一个字符都进行转义会很麻烦。为了避免这种情况，我们可以在字符串前面加个前缀 r ，表示这是一个 raw 字符串，里面的字符就不需要转义了。例如：

r'(_{_})/ (_{_})/'
但是r'...'表示法不能表示多行字符串，也不能表示包含 ' 和 " 的字符串（为什么？）

如果要表示多行字符串，可以用'''...'''表示：

'''Line 1
Line 2
Line 3'''

上面这个字符串的表示方法和下面的是完全一样的：

'Line 1\nLine 2\nLine 3'

还可以在多行字符串前面添加r，把这个多行字符串也变成一个raw字符串：

r'''Python is created by "Guido".
It is free and easy to learn.
Let's start learn Python in imooc!'''

任务

print(r'''"To be, or not to be": that is the question.
Whether it's nobler in the mind to suffer.''')

3.8 Python中Unicode字符串

字符串还有一个编码问题。

因为计算机只能处理数字，如果要处理文本，就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特（bit）作为一个字节（byte），所以，一个字节能表示的最大的整数就是255（二进制11111111=十进制255），0 - 255被用来表示大小写英文字母、数字和一些符号，这个编码表被称为ASCII编码，比如大写字母 A 的编码是 65，小写字母 z 的编码是 122。

如果要表示中文，显然一个字节是不够的，至少需要两个字节，而且还不能和ASCII编码冲突，所以，中国制定了GB2312编码，用来把中文编进去。

类似的，日文和韩文等其他语言也有这个问题。为了统一所有文字的编码，Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里，这样就不会再有乱码问题了。

Unicode通常用两个字节表示一个字符，原有的英文编码从单字节变成双字节，只需要把高字节全部填为0就可以。

因为Python的诞生比Unicode标准发布的时间还要早，所以最早的Python只支持ASCII编码，普通的字符串'ABC'在Python内部都是ASCII编码的。

Python在后来添加了对Unicode的支持，以Unicode表示的字符串用u'...'表示，比如：

print u'中文'
中文

注意: 不加 u ，中文就不能正常显示。

Unicode字符串除了多了一个 u 之外，与普通字符串没啥区别，转义字符和多行表示法仍然有效：

转义：

u'中文\n日文\n韩文'
多行：

u'''第一行
第二行'''

raw+多行：

ur'''Python的Unicode字符串支持"中文",
"日文",
"韩文"等多种语言'''

如果中文字符串在Python环境下遇到 UnicodeDecodeError，这是因为.py文件保存的格式有问题。可以在第一行添加注释

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

目的是告诉Python解释器，用UTF-8编码读取源代码。然后用Notepad++ 另存为... 并选择UTF-8格式保存。

任务

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

print(u'''静夜思
床前明月光，
疑是地上霜。
举头望明月，
低头思故乡。''')

3.8 Python中整数和浮点数

Python支持对整数和浮点数直接进行四则混合运算，运算规则和数学上的四则运算规则完全一致。

基本的运算：

1 + 2 + 3   # ==> 6
4 * 5 - 6   # ==> 14
7.5 / 8 + 2.1   # ==> 3.0375

使用括号可以提升优先级，这和数学运算完全一致，注意只能使用小括号，但是括号可以嵌套很多层：

(1 + 2) * 3    # ==> 9
(2.2 + 3.3) / (1.5 * (9 - 0.3))    # ==> 0.42145593869731807

和数学运算不同的地方是，Python的整数运算结果仍然是整数，浮点数运算结果仍然是浮点数：

1 + 2    # ==> 整数 3
1.0 + 2.0    # ==> 浮点数 3.0

但是整数和浮点数混合运算的结果就变成浮点数了：

1 + 2.0    # ==> 浮点数 3.0

为什么要区分整数运算和浮点数运算呢？这是因为整数运算的结果永远是精确的，而浮点数运算的结果不一定精确，因为计算机内存再大，也无法精确表示出无限循环小数，比如 0.1 换成二进制表示就是无限循环小数。

那整数的除法运算遇到除不尽的时候，结果难道不是浮点数吗？我们来试一下：

11 / 4    # ==> 2

注意：以上为python2的计算结果，在python3中将直接得到浮点数2.75，如果想得到上述结果，需要使用11//4的写法。

令很多初学者惊讶的是，Python的整数除法，即使除不尽，结果仍然是整数，余数直接被扔掉。不过，Python提供了一个求余的运算 % 可以计算余数：

11 % 4    # ==> 3

如果我们要计算 11 / 4 的精确结果，按照“整数和浮点数混合运算的结果是浮点数”的法则，把两个数中的一个变成浮点数再运算就没问题了：

11.0 / 4    # ==> 2.75

任务

print(2.5 + 10 / 4.0)

3.9 Python中布尔类型

我们已经了解了Python支持布尔类型的数据，布尔类型只有True和False两种值，但是布尔类型有以下几种运算：

• 与运算：只有两个布尔值都为 True 时，计算结果才为 True。

True and True   # ==> True
True and False   # ==> False
False and True   # ==> False
False and False   # ==> False

• 或运算：只要有一个布尔值为 True，计算结果就是 True。

True or True   # ==> True
True or False   # ==> True
False or True   # ==> True
False or False   # ==> False

• 非运算：把True变为False，或者把False变为True：

not True   # ==> False
not False   # ==> True

布尔运算在计算机中用来做条件判断，根据计算结果为True或者False，计算机可以自动执行不同的后续代码。

在Python中，布尔类型还可以与其他数据类型做 and、or和not运算，请看下面的代码：

a = True
print(a and 'a=T' or 'a=F')

计算结果不是布尔类型，而是字符串 'a=T'，这是为什么呢？

因为Python把0、空字符串''和None看成 False，其他数值和非空字符串都看成 True，所以：

True and 'a=T' 计算结果是 'a=T'
继续计算 'a=T' or 'a=F' 计算结果还是 'a=T'

要解释上述结果，又涉及到 and 和 or 运算的一条重要法则：短路计算。

1. 在计算 a and b 时，如果 a 是 False，则根据与运算法则，整个结果必定为 False，因此返回 a；如果 a 是 True，则整个计算结果必定取决与 b，因此返回 b。

2. 在计算 a or b 时，如果 a 是 True，则根据或运算法则，整个计算结果必定为 True，因此返回 a；如果 a 是 False，则整个计算结果必定取决于 b，因此返回 b。

所以Python解释器在做布尔运算时，只要能提前确定计算结果，它就不会往后算了，直接返回结果。