Python既支持面向过程的编程,也支持面向对象的编程。Python是完全面向对象的
编程语言,程序中的数字、字符串、函数、模块都是对象,并且Python具备封装、继承、多态
和面向对象特征。本章将介绍Pyt任务一:掌握hon编程的相关基础知识,主要内容包括:
任务一:Python的内置数据类型。
任务二:Python函数。
任务三:运算符与表达式。
任务四:控制语句。
本章教学目的
理解Python内置数据类型、内置函数、运算符、表达式及控制语句的基本语法,掌握其
应用方法,为后续深入学习夯实基础。
5.1
Python的内置数据类型
Python语言强调一切皆对象,Python中的一切数据都是对象,每个对象都属于某种数
据类型,Python中数据类型等同于类。内置数据类型是内置于Python解释器中的标准类
型,用户可以直接使用。一般把内置数据类型分为基本数据类型和复杂数据类型。除了内
置数据类型外,还有在标准库及第三方库中定义的数据类型,用户也可以自定义数据类型。
5.1
基本数据类型
1.
1.
基本数据类型
基本数据类型包括整数(int)、浮点数(float)、复数(complex)、布尔型(bool)、
NoneType等。
虽然同样都是数值,但在Python语言里,整数、浮点数和复数是三种不同的数字类型。
(1)整数是不带小数点的数据,如5、10 。
如1.4E-6(
(2)浮点数是使用C中的双精度实现的带小数点的实数,3或2.科学记数法
2.4*10-6在Python里的表示方式), 其小数点后的有效位通常是15 位。
(3)复数由实部和虚部组成,实部和虚部都是浮点数,如2.5j就是一个复数(虚部
3+4.
76
加小写字母j来表示)。
sys.floatinfo中提供了有关运行程序机器的浮点数字的精度和内部表示形式的信息。
要从复数z中提取实部和虚部,可以使用z.real和z.imag来分别获取。
(4)布尔型存储的是逻辑值,只有True和False这两个取值,分别对应逻辑真值和逻
辑假值,当布尔型参与算术运算或比较运算时,True被看作整数1,False被看作整数0。
(5)类型NoneType中的唯一值就是None,它通常用于表示缺少值,当函数没有使用
return返回结果时,调用函数得到的返回值就是None。此外,还可以指定函数的形式参数
的默认值为None。
2.混合数据类型算术运算规则
Python完全支持混合数据类型的算术运算,其规则如下。
当一个算术运算符要对两个具有不同数据类型的操作数做运算时,“更窄”类型的操作
数会自动加宽成另一个“更宽”的数据类型,并由此得到“更宽”的数据类型的结果。其中整
数比浮点数窄,浮点数比复数窄,所以,2+3.0得到的结果是5.0,5.0是浮点数。
Python解释器中有许多内置函数,可直接调用,内置函数type(a)的作用就是输出对象
a的类型信息。
在PythonShell上执行以下代码,观察输出,了解基本数据类型的使用和变化情况。
说明:代码中以“#”开始直至行末的信息为注释,是对程序中代码的解释说明。注释
的作用是方便阅读理解程序和读懂程序,对程序的执行没有任何影响。
>>>a=1 #为对象a 赋值
>>>type(a) #查看对象a 的数据类型
<class 'int'>
>>>b=2.3 #为对象b 赋值
>>>type(b) #查看对象b 的类型
<class 'float'>
>>>a+b #查看a+b 的结果
3.3
>>>c=4+5j #为对象c 赋值
>>>type(c) #查看对象c 的类型
<class 'complex'>
>>>a+b+c #查看a+b+c 的结果
(7.3+5j)
>>>d=True #为对象d 赋值
>>>type(d) #查看对象d 的类型
<class 'bool'>
>>>a+b+c+d #查看a+b+c+d 的结果
(8.3+5j)
>>>e=None #为对象e 赋值
>>>type(e) #查看对象e 的类型
<class 'NoneType'>
77
5.1.2 复杂数据类型
复杂数据类型包括字符串(str)、元组(tuple)、列表(list)、集合(set)、字典(dict)等。
1.字符串
字符串是由0个或多个Unicode字符组成的不可变的序列。
字符串可以采用多种方式表示。
(1)由成对的单引号’’引起来的文本序列,其中允许嵌入双引号且不必转义;
(2)由成对的双引号””引起来的文本序列,其中允许嵌入单引号且不必转义;
(3)由成对的三个单引号或三个双引号引起来的文本序列,其中允许嵌入单引号和双
引号且不必转义,允许文本跨越多行。
在PythonShell上执行以下代码,通过内置函数print(a)来观察输出,了解字符串类型
的基本使用。
内置函数print(a)的作用就是输出对象a的值。
>>>str1='"Come on, Benny." Henry said.' #用成对的单引号表示字符串
>>>print(str1) #输出str1 的值
"Come on, Benny." Henry said.
>>>str2="Now we'd better go back to house and pack." #用成对的双引号表示字符串
>>>print(str2) #输出str2 的值
Now we'd better go back to house and pack.
>>>#用成对的3 个单引号表示字符串
>>>str3='''
"Watch is a lazybones," Jessie said fondly.
"He does anything but watch."
"That's his job, but he loved our boxcar from the first,"
Violet said, smiling down at him.
'''
>>>print(str3) #输出str3 的值
"Watch is a lazybones," Jessie said fondly.
"He does anything but watch."
"That's his job, but he loved our boxcar from the first,"
Violet said, smiling down at him.
>>>
2.元组
元组是不可变序列,一般以“(”开头,以“)”结束(也可以不要这一对小括号),可用于存
储多个元素。元素值的数据类型可以不同,元素之间以“,”间隔,元素值不能更改。
元组可以通过以下多种方式构建。
(1)使用一对括号表示空元组,如();
(2)只包含一个元素的元组使用逗号结尾,如a,或(a,);
(3)用逗号间隔元素,如a,b,c或(a,b,c);
78
(4)使用内置函数tuple()。
在PythonShell上执行以下代码,观察输出,了解元组类型的基本使用。
>>>t1=() #将空元组赋值给t1
>>>type(t1) #查看对象t1 的类型
<class 'tuple'>
>>>t2=1, #将单个元素构成的元组赋值给t2
>>>print(t2) #输出元组t2 的值
(1,)
>>>type(t2) #查看对象t2 的类型
<class 'tuple'>
>>>t3=(1,2.3,True,None) #将多个不同数据类型的元素构成的元组赋值给t3
>>>type(t3) #查看对象t3 的类型
<class 'tuple'>
>>>t4=tuple() #利用内置方法tuple( )构建元组
>>>type(t4) #查看对象t4 的类型
<class 'tuple'>
3.列表
列表也是由多个元素构成的序列,[1,2,3]表示一个列表,元素之间以“,”间隔,元素值
的数据类型也可以不同,列表和元组最大的区别就是,列表可以变更,不仅列表中的元素可
以改变,列表的长度也可以改变。
列表可以通过下面几种方式构建。
(1)使用一对中括号表示空列表,如[];
(2)使用中括号,[]中元素用逗号间隔,如[a,b,c];
(3)使用内置函数list()。
在PythonShell上执行以下代码,观察输出,了解列表类型的基本使用。
>>>list1=[] #将空列表赋值给list1
>>>type(list1) #查看对象list1 的类型
<class 'list'>
>>>list2=[1,2,False,3.4] #将多个不同类型元素构成的列表赋值给list2
>>>print(list2) #输出对象list2 的值
[1, 2, False, 3.4]
>>>type(list2) #查看对象list2 的类型
<class 'list'>
>>>list3=list()
>>>type(list3) #查看对象list3 的类型
<class 'list'>
4.集合
集合也是由多个元素构成的序列,以“{”开头,以“}”结束,元素之间以“,”间隔,元素值
的数据类型也可以不同。
79
集合具有以下特点。
(1)类似数学上的集合概念,集合内的元素不可以重复;
(2)集合内的元素无先后顺序;
(3)不能改变集合内原有元素的值,但是可以通过集合对象的add()、discard()、
remove()、pop()等方法增减元素,并由此改变集合的长度(即集合中元素的个数);
(4)集合内的元素不能是列表、集合或字典等可变更对象;
(5)集合可以用{a,b,c}表示;
(6)创建空集合时,只能使用set(),不能用{}创建空集合。
在PythonShell上执行以下代码,观察输出,了解集合类型的基本使用。
>>>set1={1,1,2,2} #将有重复元素的集合赋值给set1
>>>print(set1) #输出set1 的值
{1, 2} #集合内只保留了不重复的元素
>>>set2={1,2.3,False,True,4,None} #对set2 赋值
>>>print(set2) #输出set2,观察其元素的无序性
{False, 1, 2.3, 4, None} #由于True 和1 的哈希值都为1,故被视为相同元素
>>>set3={1,[2,3]} #将列表对象作为集合的元素,会导致出错
Traceback (most recent call last):
File "<pyShell# 80>", line 1, in <module>
set3={1,[2,3]}
TypeError: unhashable type: 'list'
>>>set4=set() #用set()创建空集合
>>>type(set4) #查看set4 的类型
<class 'set'>
>>>print(set4) #输出set4 的值,空集合输出为set(),区别于空元组的输出
set()
>>>set5={ } #用{ }对set5 赋值
>>>type(set5) #查看set5 的类型,是字典类型,不是集合类型
<class 'dict'>
5.字典
字典是一种映射类型,字典以“{”开头,以“}”结束,元素之间以“,”间隔,其中每一个元
素都是一个“key:value”形式的“键值对”,即每一个元素由两个对象“key(键)”和“value
(值)”组成,形成“键→值”的映射关系,类似数学中的函数。
字典具有以下特点。
(1)字典元素的“键值对”是将“键”对象的哈希值映射到“值”对象,故字典中元素的
“键”不能重复。
(2)字典中元素的“键”不可改变。数字、字符串可以作为元素的“键”;但那些值可以改
变的对象,如列表、字典等,不能用作元素的“键”。
(3)字典中元素的“值”可以是任意类型的对象。
(4)字典是可以变更的,可以通过元素的“键”,修改元素的“值”,也可以通过字典对象
的setdefault()、pop()等方法向字典中添加、删除元素。
80
(5)创建字典对象时,可以使用内置函数dict(),可以用{}创建空字典。
在PythonShell上执行以下代码,观察输出,了解字典类型的基本使用。
>>>dict1={'name':'张飞','gender':'男','age':18} #将字典对象赋值给dict1
>>>type(dict1) #输出对象dict1 的类型
<class 'dict'>
>>>print(dict1) #输出dict1 的值
{'name': '张飞', 'gender': '男', 'age': 18}
>>>dict2={1:('张丽','张芳'),'t2':['王刚','王伟']}
#字典中元素的键、值可以是不同类型的
>>>print(dict2['t2']) #利用字典对象名[key]可以得到所映射的value
['王刚', '王伟']
>>>dict3={ } #将空字典赋值给dict3
>>>type(dict3) #查看dict3 的类型
<class 'dict'>
>>>print(dict3) #输出dict3 的值
{}
5.1.3 复杂数据类型的基本操作
5.1.2节介绍的字符串(str)、元组(tuple)和列表(list)类型都是序列数据类型,即上述
类型对象中的元素是有顺序的,可以通过索引(或下标)访问其中的一个或多个元素。
注意:
(1)索引值用0表示该对象中的第一个元素,字符串内用0表示第一个字符。
(2)集合(set)和字典(dict)对象中的元素是无序的,因此不可以通过索引来访问。
对序列数据类型,可以进行切片操作,其功能是取出被操作对象(字符串、元组、列表等)
的一部分。
语法格式为:
objectname[startindex : endindex : step]
其中,startindex是取元素的起始索引。endindex是结束索引(不包含该值)。step称为步
长,即索引值每次变化的量,若step>0,从左到右取元素,进行正向切片;若step<0,则从右
到左取元素,进行反向切片。startindex、endindex和step都是可选参数,若都不设置,则取
出整个序列。
字典对象可以通过“键”访问其对应的“值”,也可以通过该对象的其他若干方法获得其
元素值。
每种数据类型都提供了多种方法实现对该类型对象的访问或修改,具体的方法名及使
用方法请参考帮助文档。下面代码中所使用的方法都有注释说明其作用。
在PythonShell上执行以下代码,观察输出,了解复杂数据类型的基本操作。
>>>str1='abcdefg' #对字符串对象str1 赋值
>>>print(str1[0]) #输出str1 中第一个字符
81
a>
>>print(str1[-1]) #输出str1 中最后一个字符
g>
>>print(str1[0:5:2]) #输出str1 中索引[0,5)范围内索引值为0,2,4 上的字符
ace
>>>print(str1[0:5]) #输出str1 中索引[0,5)范围内的所有字符
abcde
>>>print(str1[::]) #输出str1 中的所有字符
abcdefg
>>>print(str1 [::-1]) #逆序输出str1 中的所有字符
gfedcba
>>>str1.index('d') #返回str1 中字符’d’的索引
3>
>>str1.capitalize() #返回str1 中首字母大写后的字符串
'Abcdefg'
>>>str1.upper() #将str1 中的所有字母大写后返回
'ABCDEFG'
>>>str2='ab,c,d,e'
>>>str2.split(',') #将str2 中的元素以“,”作为分隔符进行拆分,得到列表并返回
['ab', 'c', 'd', 'e']
t1=('赵亮','孙周',18,19,True,False,None) #对元组对象t1 赋值
>>>print(t1[1]) #输出t1 中的第二个元素
孙周
>>>print(t1[2:5]) #对t1 切片并输出
(18, 19, True)
>>>t1[0]='着凉' #试图更改元组中的元素,失败
Traceback (most recent call last):
File "<pyShell# 147>", line 1, in <module>
t1[0]='着凉'
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
>>>print(t1.count 18) #输出t1 中值为18 的元素个数
1
list1=['赵亮','孙周',18,19,True,False,None] #对列表对象list1 赋值
>>>print(list1[1:3]) #对list1 切片
['孙周',18]
>>>list1[0]='着凉' #更改列表中的元素
>>>print(list1) #输出list1
['着凉','孙周',18,19,True,False,None]
>>>list1.append(3.7) #向list1 中追加元素
>>>print(list1)
['着凉', '孙周',18,19,True,False,None, 3.7]
82
>>>set1={1,2,3,4} #对集合对象set1 赋值
>>>set2=set([3,4,5]) #用set 方法创建set2 对象
>>>set1.issubset(set2) #判断set1 是否是set2 的子集
False
>>>set2.add(6) #向set2 中添加元素6
>>>set1.remove1 #从set1 中移除元素1
>>>print(set1) #输出对象set1 的值
{2, 3, 4}
>>>print(set2) #输出对象set2 的值
{3, 4, 5, 6}
>>>set1-set2 #集合的差集运算
{2}
>>>set1.update(set2) #向set1 中添加set2 中的所有元素
>>>print(set1) #输出对象set1 的值
{2, 3, 4, 5, 6}
>>>stu1={"name":"张雪","gender":"女","age":20} #对字典对象stu1 赋值
>>>stu1.get("name") #获取stu1 中“键”name 所对应的值
'张雪'
>>>stu1.setdefault("major","软件工程") #向stu1 中增加“键值对”
'软件工程'
>>>stu1.keys() #获取stu1 中所有的“键”
dict_keys(['name', 'gender', 'age', 'major'])
>>>stu1.values() #获取stu1 中所有的“值”
dict_values(['张雪', '女', 20, '软件工程'])
>>>stu1.items() #获取stu1 中所有的元素(键值对)
dict_items([('name', '张雪'), ('gender', '女'), ('age', 20), ('major', '软件工程')])
每种数据类型都提供了多种方法对该类型对象进行各种操作,具体的方法名及使用方
法可参考安装Python解释器时一起安装的帮助文档。
在IDLE的PythonShell上输入代码时,会出现如图5.1所示的自动代码提示。该提示
中列出了整数对象int1可以使用的方法。
图5.1 在IDLE的PythonShell上出现的自动代码提示
83
当选择了某个方法并输入左括号“(”时,窗口中会出现关于该方法的简要说明,如图5.
2
所示,图中说明bit_length()方法会返回用二进制表示整数int1所需要的位数。
图5.在IDLE的Pyl
上出现的简要方法说明
2
thonShe
若需要查看该方法的详细说明,可以在该界面下按F1键打开帮助文档,3所示,
如图5.
单击菜单“Help”下菜单项“PythonDocsF1,(”) 3所示,
最终该代码的运行结果如图5.该代码
表示利用二进制来表示十进制的整数10,需要4位二进制数来表示。
图5.在IDLE的Pyl
上运行代码
3
thonShe
图5.4为列表对象list1出现的自动代码提示,该提示列出了该对象可以使用的方法。
当可用方法多于10个,而无法完全显示时,可以拖动提示窗口的滚动条查看完整内容。
图5.在IDLE的PyhnShl
上出现的列表对象的自动提示
4
toe
针对其他数据类型的对象,请读者参照上述方法自行查看、学习。
5.ton函数
2
Pyh
5.2.1
Python函数分类
Python中的函数分为内置函数、库函数和自定义函数。
84
1.内置函数
内置函数是由Python解释器提供的,在Python内置模块中定义好的,用户无须定义
也无须导入就可以直接使用的函数,例如前面使用过的print()、type()等函数。
Python中的内置函数如图5.
5所示。图中的内置函数按字母顺序纵向排列。其中很
多函数可以“顾名思义”,如help()是用于提供帮助信息的函数,max()、min()是计算最
sorted() s
大值、最小值的函数,是排序函数,um()是求和函数。
图5.n中的内置函数
5
Pytho
Python中有一些内置函数,也是相应类的构造方法,可用于创建该类型的对象,如bol ()、
compex()、it()、fot()、it()、lst()、bet()、rne()、st()、sie()、sr()、tpe()、
ldclaniojcagelctultype()等,分别对应布尔型、复数、字典、浮点数、整数、列表、对象、序列、集合、切片、字符串、元
组、类型等不同的数据类型。
对于Python中的每一个内置函数的具体用法,读者可自行查看帮助文档详细了解。
学习方法如图5.
6所示。
(1)根据箭头1所示先找到Python标准库(ThePythonStandardLibrary);
(2)选择箭头2所示的内置函数(ul-nFntos), 5所示的内置函
Bitiucin就能看到如图5.
数列表;
(3)单击其中的任意一个函数,就会显示相应的详细说明
。
图5.
6中同时列出了内置函数列表中前面几个函数的帮助说明。
2.库函数
Python库函数分为标准库函数和第三方库函数。
1)标准库函数
安装Python解释器时自带的库就是标准库(也叫作标准模块),标准库中定义的函数
就是标准库函数(也简称为标准函数)。标准函数无须定义,但需要使用import语句导入相
应标准库后再使用。
在这里介绍几种常用的标准库:math、time 、random 、os。