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Python编程入门:从小白到专业软件架构师的快速指南
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更新于2024-07-18
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Python教程是一份针对初学者设计的基础教程,旨在教授Python编程语言。Python作为一种高级编程语言,与诸如C、Java和Basic等传统语言相比,其代码量更简洁,例如完成同样任务,Python可能只需要20行左右的代码,这使得它在编程效率上颇具吸引力。然而,这种简洁性是以牺牲运行速度为代价的,Python程序通常比C或Java程序运行得慢。 教程强调了Python的易用性,尤其是对于初学者,即使没有复杂的数学背景也能上手。它不仅可以用来处理日常任务,如自动化备份文件,还可以作为网站后台开发的重要工具,许多大型在线游戏的服务器也是由Python支持的。Python在数据分析、人工智能、科学计算等领域也非常流行,连全球科技巨头Google也在广泛应用。 尽管Python在某些特定领域(如操作系统开发、手机应用和3D游戏开发)可能不如其他语言如C++适用,但对于大多数普通任务和软件架构设计,Python提供了强大的功能和便利性。作者廖雪峰拥有丰富的软件开发经验,他精通多种编程语言,并且对开源框架有深入研究,这使得该教程具有权威性和实用性。 如果你是完全的编程新手,具备基本的电脑操作能力,对数学有一定了解,希望通过编程提升技能并希望成为软件架构师,且每天能投入半小时的学习时间,那么这份Python教程将是你理想的选择。无论你是为了个人兴趣还是职业发展,学习Python都能为你打开一扇新的大门。
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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'
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/10773155/bg11.jpg)
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
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/10773155/bg12.jpg)
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。
字符串和编码
字符串和编码字符串和编码
字符串和编码
字符编码
我们已经讲过了,字符串也是一种数据类型,但是,字符串比较特殊的是还有一个编码问题。
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),如果要表示更大的整数,就必须用更多的
字节。比如两个字节可以表示的最大整数是 65535,4 个字节可以表示的最大整数是
4294967295。
由于计算机是美国人发明的,因此,最早只有 127 个字母被编码到计算机里,也就是大小写
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。
但是要处理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。
你可以想得到的是,全世界有上百种语言,日本把日文编到 Shift_JIS 里,韩国把韩文编到
Euc-kr 里,各国有各国的标准,就会不可避免地出现冲突,结果就是,在多语言混合的文本
中,显示出来会有乱码。
因此,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 标准也在不断发展,但最常用的是用两个字节表示一个字符(如果要用到非常偏僻
的字符,就需要 4 个字节)。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持 Unicode。
现在,捋一捋 ASCII 编码和 Unicode 编码的区别:ASCII 编码是 1 个字节,而 Unicode 编码
通常是 2 个字节。
字母 A 用 ASCII 编码是十进制的 65,二进制的 01000001;
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/10773155/bg13.jpg)
字符 0 用 ASCII 编码是十进制的 48,二进制的 00110000,注意字符'0'和整数 0 是不同的;
汉字中已经超出了 ASCII 编码的范围,用 Unicode 编码是十进制的 20013,二进制的 01001110
00101101。
你可以猜测,如果把 ASCII 编码的 A 用 Unicode 编码,只需要在前面补 0 就可以,因此,A
的 Unicode 编码是 00000000 01000001。
新的问题又出现了:如果统一成 Unicode 编码,乱码问题从此消失了。但是,如果你写的文
本基本上全部是英文的话,用 Unicode 编码比 ASCII 编码需要多一倍的存储空间,在存储和
传输上就十分不划算。
所以,本着节约的精神,又出现了把 Unicode 编码转化为“可变长编码”的 UTF-8 编码。UTF-8
编码把一个 Unicode 字符根据不同的数字大小编码成 1-6 个字节,常用的英文字母被编码成
1 个字节,汉字通常是 3 个字节,只有很生僻的字符才会被编码成 4-6 个字节。如果你要传
输的文本包含大量英文字符,用 UTF-8 编码就能节省空间:
字符
ASCII Unicode UTF-8
A 01000001 00000000 01000001 01000001
中
x 01001110 00101101
11100100 10111000
10101101
从上面的表格还可以发现,UTF-8 编码有一个额外的好处,就是 ASCII 编码实际上可以被
看成是 UTF-8 编码的一部分,所以,大量只支持 ASCII 编码的历史遗留软件可以在 UTF-8
编码下继续工作。
搞清楚了 ASCII、Unicode 和 UTF-8 的关系,我们就可以总结一下现在计算机系统通用的字
符编码工作方式:
在计算机内存中,统一使用 Unicode 编码,当需要保存到硬盘或者需要传输的时候,就转换
为 UTF-8 编码。
用记事本编辑的时候,从文件读取的 UTF-8 字符被转换为 Unicode 字符到内存里,编辑完
成后,保存的时候再把 Unicode 转换为 UTF-8 保存到文件:
浏览网页的时候,服务器会把动态生成的 Unicode 内容转换为 UTF-8 再传输到浏览器:
![](https://csdnimg.cn/release/download_crawler_static/10773155/bg14.jpg)
所以你看到很多网页的源码上会有类似<meta charset="UTF-8" />的信息,表示该网页正是用
的 UTF-8 编码。
Python 的字符串
搞清楚了令人头疼的字符编码问题后,我们再来研究 Python 对 Unicode 的支持。
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 提供了 ord()和 chr()函数,
可以把字母和对应的数字相互转换:
>>> ord('A')
65
>>> chr(65)
'A'
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
>>> u'中'
u'\u4e2d'
写 u'中'和 u'\u4e2d'是一样的,\u 后面是十六进制的 Unicode 码。因此,u'A'和 u'\u0041'也是
一样的。
两种字符串如何相互转换?字符串'xxx'虽然是 ASCII 编码,但也可以看成是 UTF-8 编码,
而 u'xxx'则只能是 Unicode 编码。
把 u'xxx'转换为 UTF-8 编码的'xxx'用 encode('utf-8')方法:
>>> u'ABC'.encode('utf-8')
'ABC'
>>> u'中文'.encode('utf-8')
'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
英文字符转换后表示的 UTF-8 的值和 Unicode 值相等(但占用的存储空间不同),而中文字
符转换后 1 个 Unicode 字符将变为 3 个 UTF-8 字符,你看到的\xe4 就是其中一个字节,因
为它的值是 228,没有对应的字母可以显示,所以以十六进制显示字节的数值。len()函数可
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