第一章快速改造：基礎知識 · Python 精要教程

# 第一章快速改造：基礎知識 > 來源：http://www.cnblogs.com/Marlowes/p/5280405.html > 作者：Marlowes ## 1.1 安裝Python （略······）安裝Python教程網上能找到很多，這里我不想手打了...... ## 1.2 交互式解釋器當啟動Python的時候，會出現和下面相似的提示： ``` Python 2.7.11 (v2.7.11:6d1b6a68f775, Dec 5 2015, 20:40:30) [MSC v.1500 64 bit (AMD64)] on win32 Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information. ``` _注：不同的版本的提示和錯誤信息可能會有所不同。_ 進入Python的交互式解釋器之后輸入下面的命令查看它是否正常的工作： ``` >>> print "Hello,world!" ``` 按下回車后，會得到下面的輸出： ``` Hello,world! ``` ## 1.3 算法是什么首先解釋一下什么是_計算機程序設計_。簡單地說，它就是告訴計算機要做什么。計算機可以做很多的事情，但是不太擅長自主思考，程序員要像給小孩喂飯一樣告訴它具體的細節，并且使用計算機能夠理解的語言——算法。“算法”不過是“步驟”或者“食譜”的另外一種說法——對于如何做某事的一份詳細的表述。比如：　　SPAM拌SPAM、SPAM、雞蛋和SPAM：　　首先，拿一些SPAM；　　然后加入一些SPAM、SPAM和雞蛋；　　如果喜歡吃特別辣的SPAM，再多加點SPAM；　　煮到熟為止——每10分鐘檢查一次。這個食譜可能不是很有趣，但是它的組成結構還是有些講究的。它包括一系列按順序執行的指令。有些指令可以直接完成（“拿一些SPAM”），有些則需要考慮特定的條件（“如果需要特別辣的SPAM”），還有一些則必須重復次數（“每10分鐘檢查一次”）。食譜和算法都包括一些材料（對象，物品），以及指令（語句）。本例中，“SPAM”和“雞蛋”就是要素，指令則包括添加SPAM、按照給定的時間烹調，等等。 ## 1.4 數字和表達式交互式Python解釋器可以當作非常強大的計算器使用，如以下的例子： ``` >>> 256868 + 684681 941549 ``` 以上是非常普通的功能。在絕大多數情況下，常用_算術運算符_的功能和計算器的相同。這里有個潛在的陷阱，就是整數除法（在3.0版本之前的Python是這樣的）。 ``` >>> 1 / 2 0 ``` 從上面的例子可以看出，一個整數（無小數部分的數）被另一個整數除，計算結果的小數部分被截除了，只留下整數部分。有些時候，這個功能很有用，但通常人們只需要普通的除法。有兩個有效的解決方案：要么用實數（包含小數點的數），而不是整數進行運算，要么讓Python改變除法的執行方式。實數在Python中被稱為_浮點數_（Float，或者Float-point Number），如果參與除法的兩個數中有一個數為浮點數，則運算結果亦為浮點數： ``` >>> 1.0 / 2.0 0.5 >>> 1 / 2.0 0.5 >>> 1 / 2. 0.5 ``` 如果希望Python只執行普通的除法，那么可以在程序前加上一下語句，或者直接在解釋器里面執行它： ``` >>> from __future__ import division ``` 還有另一個方法，如果通過命令行運行Python，可以使用命令開關`-Qnew`。使用上述兩種方法，就可以只執行普通的除法運算： ``` >>> 1/2 0.5 ``` 當然，單斜線不再用作前面提到的整除了，但是Python提供了另外一個用于實現整除的操作符——雙斜線： ``` >>> 1 // 2 0 ``` 就算是浮點數，雙斜線也會執行整除： ``` >>> 1.0 // 2.0 0.0 ``` 現在，已經了解基本的算數運算符了（加、減、乘、除）。除此之外，還有一個非常有用的運算符： ``` >>> 1 % 2 1 ``` 這是取余（模除）運算符——`x % y`的結果為`x`除以`y`的余數。下面是另外一些例子： ``` >>> 10 / 3 3 >>> 10 % 3 1 >>> 9 / 3 3 >>> 9 % 3 0 >>> 2.75 % 0.5 0.25 ``` 這里`10/3`得`3`是因為結果被向下取整了。而`3x3=9`，所以相應的余數就是`1`了。在計算`9/3`時，結果就是`3`，沒有小數部分可供截除，因此，余數就是`0`了。如果要進行一些類似文章前面菜譜所述“每10分鐘”檢查一次的操作，那么，取余運算就非常有用了，直接檢查時間`10%`的結果是否為`0`即可。從上述最后一個例子可以看到，取余運算符對浮點數也同樣適用。最后一個運算符就是冪（乘方）運算符： ``` >>> 2 ** 3 8 >>> -3 ** 2 -9 >>> (-3) ** 2 9 ``` _注：冪運算符比取反（一元減運算符）的優先級要高，所以`-3**2`等同于`-(3**2)`。如果想計算`(-3)**2`，就需要顯示說明。_ ### 1.4.1 長整數 Python可以處理非常大的整數： ``` >>> 100000000000000000000 100000000000000000000L ``` 可以看到數字后面自動加上了一個L 普通的整數不能大于`2 147 483 647`（也不能小于`-2 147 483 648`），如果需要更大的數，可以使用_長整數_。長整數的書寫方法和普通整數一樣，但是結尾有個`L`。（理論上，用小寫的`l`也可以，但是小寫的l看起來太像`1`，所以建議不要用小寫。）在前面的例子中，Python把整數轉換為了長整數，但是我們自己也可以完成： ``` >>> 100000000000000000000L 100000000000000000000L ``` 當然，這只是在不能處理大數的舊版Python中很有用。也可以對這些龐大的數字進行運算，例如： ``` >>> 165165846835413545L * 2654684351365435434L + 1846846746843 438463188973992663445213017233300373L ``` 正如所看到的那樣，長整數和普通整數可以混合使用。在絕大多數情況下，無需擔心長整數和整數的區別，除非需要進行類型檢查。 ### 1.4.2 十六進制和八進制在Python中，十六進制數應該像下面這樣書寫： ``` >>> 0xAF 175 ``` 而八進制數則是： ``` >>> 010 8 ``` 十六進制和八進制數的首位數字都是0 ## 1.5 變量 _變量_（variable）是另外一個需要熟知的概念。Python中的變量很好理解。變量基本上就是代表（或者引用）某值的名字。舉例來說，如果希望用名字`x`代表`3`，只需要執行下面的語句即可： ``` >>> x = 3 ``` 這樣的操作成為_賦值_（assignment），數值3被賦值給了變量`x`。或者說：將變量x綁定到了值（或者對象）`3`上面。在變量被賦值之后，就可以在表達式中使用變量。 ``` >>> x * 2 6 ``` 注意，在使用變量之前，需要對其賦值。畢竟不代表任何值的變量沒有什么意義。 _注：變量名可以包括字母、數字和下劃線（`_`）。變量不能以數字開頭，所以`Plan9`是合法變量名，而`9Plan`不是。_ ## 1.6 語句到現在為止，我們一直都在講述表達式，也就是“食譜”的“材料”。那么，語句（也就是指令）是什么呢？剛才已經介紹了兩類語句：`print`語句和賦值語句。那么語句和表達式之間有什么區別呢？表達式就是_某件事情_，而語句是_做某件事情_（即告訴計算機做什么）。比如`2*2`是`4`，而`print` 2*2`則是打印`4`。那么區別在哪呢？畢竟，它們的行為非常相似。請看下面的例子： ``` >>> 2 * 2 4 >>> print 2 * 2 4 ``` 如果在交互式解釋器中執行上述兩行代碼，結果是一樣的。但這只是因為交互式解釋器總是把所有表達式的值打印出來而已（都使用了相同的`repr`函數對結果進行呈現，詳細參見1.11.3節）。一般情況下，Python并不會那樣做。在程序中編寫類似`2*2`這樣的表達式并不能做什么有趣的事情（它只計算了`2*2`的結果，但是結果并不會在某處保存或顯示給用戶，它對運算本身之外的東西沒有任何的_副作用_）。另一方面，編寫`print 2*2`則會打印出`4`。語句和表達式之間的區別在賦值時會表現的更加明顯一些。因為語句不是表達式，所以沒有值可供交互式解釋器打印出來： ``` >>> x = 3 >>> ``` 可以看到，下面立刻出現了新的提示符。但是，有些東西已經變化了，`x`現在綁定給了值`3`。這也是能定義語句的一般性特征：_它們改變了事務_。比如，賦值語句改變了變量，`print`語句改變了屏幕顯示的內容。賦值語句可能是任何計算機程序設計語言中最重要的語句類型，盡管現在還難以說清它們的重要性。變量就像臨時的“存儲器”（就像烹飪食譜中的鍋碗瓢盆一樣。但是值并沒有保存在變量中——它們保存在計算機內存的深處，被變量引用。隨著本書內容的深入，你會對此越來越清楚：_多個變量可以引用同一個值_。），它的強大之處就在于，在操作變量的時候并不需要知道它們存儲了什么值。比如，即使不知道x和y的值到底是多少，也會知道`x*y`的結果就是`x`和`y`的乘積。所以，可以在程序中通過多種方法來使用變量，而不需要知道在程序運行的時候，最終存儲（或引用）的值到底是什么。 ## 1.7 獲取用戶輸入我們在編寫程序的時候，并不需要知道變量的具體值。當然，解釋器最終還是得知道變量的值。可是，它怎么會知道我們都不知道的事呢？解釋器只知道我們告訴它的內容，對吧？不一定。事實上，我們通常編寫程序讓別人用，我們無法預測用戶會給程序提供什么樣的值。那么，看看非常有用的`input`函數吧： ``` >>> input("You this year many big?: ") You this year many big?: 18 18 ``` 在這里，交互式解釋器執行了第一行的`input(...)`語句。它打印出了字符串`"You this year many big?:"`，并以此作為新的提示符，輸入`18`然后按下回車。`input`語句的結果值就是我輸入的數字，它自動在最后一行被打印出來。這個例子確實不太有用，但是請接著看下面的內容： ``` >>> x = input("x: ") x: 16 >>> y = input("y: ") y: 31 >>> print x * y 496 ``` Python提示符(`>>>`)后面的語句可以算作一個完整程序的組成部分了，輸入的值(`16`和`31`)有用戶提供，而程序就會打印出輸入的兩個數的乘積`496`。在編寫程序的時候，并不需要知道用戶輸入的數是多少，對吧？ _注：這種做法非常有用，因為你可以將程序存為單獨的文件，以便讓其他用戶可以直接執行。_ 管窺：if語句 `if`語句可以讓程序在給定條件為真的情況下執行某些操作（執行另外的語句）。一類條件是使用相等運算符`==`進行相等性測試。是兩個等號，一個等號是用來賦值的。可以簡單地把這個條件放在if后面，然后用冒號將其和后面的語句隔開： ``` >>> if 1 == 2: print "One equals two" ... >>> if 1 == 1: print "One equals one" ... One equals one >>> ``` 可以看到，當條件為假(`False`)的時候，什么都沒有發生；當條件為真(`True`)的時候，后面的語句(本例中為`print`語句)被執行。注意，如果在交互式解釋器內使用`if`語句，需要按兩次回車，`if`語句才能執行。(第五章會對其原因進行說明。) 所以，如果變量`time`綁定到當前時間的分鐘數上，那么可以使用下面的語句檢查是不是“到了整點”。 ``` >>> if time % 60 == 0: print "On the hour!" ``` ## 1.8 函數在1.4節中曾經介紹過使用冪運算符(`**`)來計算乘方。事實上，可以用一個_函數_來代替這個運算符，這個函數就是pow： ``` >>> 2 ** 3 8 >>> pow(2, 3) 8 ``` 函數就像小型程序一樣，可以用來實現特定的功能。Python有很多函數，它們能做很奇妙的事情。你也可以自己定義函數(后面會對此展開講述)。因此，我們通常把`pow`等標準函數稱為_內建函數_。上例中我使用函數的方式叫做_調用函數_。你可以給它提供_參數_(本例中的2和3)。它會_返回值_給用戶。因為它返回了值，函數調用也可以簡單看作另外一類表達式，就像在本章前面討論的算數表達式一樣(如果忽略了返回值，函數調用也可以看成語句)。事實上，可以結合使用函數調用和運算符來創建更復雜的表達式： ``` >>> 10 + pow(2, 3 * 5) / 3.0 10932.666666666666 ``` 還有很多像這樣的內建函數可以用于數值表達式。比如使用`abs`函數可以得到數的絕對值，`round`函數則會把浮點數四舍五入為最接近的整數值： ``` >>> abs(-10) 10 >>> round(1.0 / 2.0) 1.0 ``` 注意最后兩個表達式的區別。整數除法總是會截除結果的小數部分，而`round`函數則會將結果四舍五入為最接近的整數。但是如果想將給定的數值向下取整為某個特定的整數呢？比如一個人的年齡是32.9歲——但是想把它取整為32，因為她還沒到33歲。Python有實現這樣功能的函數(稱為`floor`)，但是不能直接使用它。與其他很多有用的函數一樣，你可以在某個_模塊_中找到`floor`函數。 ## 1.9 模塊可以把模塊想象成導入到Python以增強其功能的擴展。需要使用特殊的命令`import`來導入模塊。前面內容提到`floor`函數就在名為`math`的模塊中： ``` >>> import math >>> math.floor(32.9) 32.0 ``` 注意它是怎么起作用的：用import導入了模塊，然后按照_“模塊.函數”_的格式使用這個模塊的函數。如果想把年齡轉換為整數(`32`)而不是浮點數(`32.0`)，可以使用`int`函數。(`int`函數/類型把參數轉換成整數時會自動向下取整，所以在轉換過程中，`math.floor`是多余的，可以直接使用`int(32.9)`) ``` >>> int(math.floor(32.9)) 32 ``` _注：還有類似的函數可以將輸入數轉換為其他類型(比如`long`和`float`)。事實上，他并不完全是普通的函數——它們是類型對象(`type object`)。后面，我將會對類型進行詳述。與`floor`相對的函數是`ceil`(ceiling的簡寫)，可以將給定的數值轉換成為大于或等于它的最小整數。_ 在確定自己不會導入多個同名函數(從不同模塊導入)的情況下，你可能希望不要在每次調用函數的時候都寫上模塊的名字。那么，可以使用`import`命令的另外一種形式： ``` >>> from math import sqrt >>> sqrt(9) 3.0 ``` 在使用了_`from 模塊 import 函數`_這種形式的`import`命令之后，就可以直接使用函數，而不需要模塊名作為前綴。 _注：事實上，可以用變量來引用函數(或者Python之中大多數的對象)。比如，通過 `foo = math.sqrt `進行賦值，然后就可以使用`foo`來計算平方根了：`foo(4)`的結果為`2.0`。_ ### 1.9.1 `cmath`和復數 `sqrt`函數用于計算一個數的平方根。看看如果給它一個負數作為參數會如何： ``` >>> from math import sqrt >>> sqrt(-1) Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> ValueError: math domain error ``` 或者，在其他平臺會有以下結果： ``` >>> sqrt(-1) nan ``` _注：`nan`是一個特殊值的簡寫，意思是“not a number” (非數值)。_ 這也情有可原，不能求負數的平方根。真的不可以么？其實可以：負數的平方根是虛數(這是標準的數學概念，如果感覺有些繞不過彎來，跳過即可)。那么為什么不能使用`sqrt`？因為它只能處理浮點數，而虛數(以及復數，即實數和虛數之和)是完全不同的。因此，它們由另一個叫做`cmath`(即complex math，復數)的模塊來處理。 ``` >>> import cmath >>> cmath.sqrt(-1) 1j ``` 注意，我在這里并沒有使用`from...import...`語句。因為一旦使用了這個語句，就沒法使用普通的`sqrt`函數了。這類命名沖突可能很隱蔽，因此，除非真的需要`from`這個形式的模塊導入語句，否則應該堅持使用普通的`import`。 `1j`是個虛數，虛數均已`j`(或者`J`)結尾，就像長整數使用`L`一樣。我們在這里不深究復數的理論，只舉最后一個例子，來看一下如何使用復數： ``` >>> (1 + 3j) * (9 + 4j) (-3+31j) ``` 可以看到，Python語言本身就提供了對復數的支持。 _注：Python中沒有單獨的虛數類型。它們被看做實數部分為0的復數。_ ### 1.9.2 回到 `__future__` 有傳言說Guido van Rossum(Python之父)擁有一架時光機，因為在人們要求增加語言新特性的時候，這個特性通常都已經實現了。當然，我等凡夫俗子是不允許進入這架時光機的。但是Guido很善良，他將時光機的一部分以 `__future__` 這個充滿魔力的模塊的形式融入了Python。通過它可以導入那些在未來會成為標準Python組成部分的新特性。你已經在1.4節見識過這個模塊了，而在本書余下的部分，你還將與它不期而遇。 ## 1.10 保存并執行程序交互式解釋器是Python的強項之一，它讓人們能夠實時檢驗解決方案并且用這門語言做一些實驗。如果想知道如何使用某些語句，那么就試試看吧！但是，在交互式解釋器里面輸入的一切都會在它退出的時候丟失。而我們真正想要的是編寫自己和他人都能運行的程序。在本節中，將會介紹如何實現這一點。首先，需要一個文本編輯器，最好是專門用來編程的。如果使用Microsoft Word這樣的編輯器(我并不推薦這么做)，那么得保證代碼是以純文本形式保存的。如果已經在用IDLE，那么，很幸運：用File→New Windows方式創建一個新的編輯窗口即可。這樣，另外一個窗口就出現了，沒有交互式提示符，很好！先輸入以下內容： ``` print "Hello, world!" ``` 現在選擇File→Save保存程序(其實就是純文本文件)。要確保將程序保存在一個以后能找到的地方。你應該專門建立一個存放Python項目的目錄，還要為自己的程序文件起個有意義的名字。比如`hello.py`。文件名以`.py`結尾是很重要的。然后就可以使用Edit→Run或者按下Ctrl+F5鍵來運行程序了(如果沒有用IDLE，請查看下一節有關如何在命令提示符下運行程序的內容)。你會發現`"Hello, world!"`在解釋器窗口內打印出來了，這就是想要的結果。解釋器提示符沒了(不同的版本會有所差異)，但是可以按下回車鍵將它找回了(在解釋器窗口按回車鍵)。接下來，我們對上述腳本進行擴展，如下例所示： ``` name = raw_input("What is your name? ") print "Hello, " + name + "!" ``` _注：不用管`input`和`raw_input`的區別，稍后，我會進行介紹的。_ 如果運行這個程序(記得先保存)，應該會在解釋器窗口中看到下面的提示： ``` What is your name? ``` 輸入你的名字(比如`XuHoo`)，然后按下回車鍵。你將會看到如下內容： ``` Hello, XuHoo! ``` ### 1.10.1 通過命令提示符運行Python腳本事實上，運行程序的方法有很多。首先，假定打開了DOS窗口或者UNIX中的Shell提示符，并且進入了某個包含Python可執行文件(在Windows中是`python.exe`，而UNIX中則是`python`)的目錄，或者包含了這個可執行文件的目錄已經放置在環境變量`PATH`中了(僅適用于Windows)。同時假設，上一節的腳本文件(`hello.py`)也在當前目錄中。那么，可以在Windows中使用以下命令執行來腳本： ``` C:\> python hello.py ``` 或者在UNIX下： ``` $ python hello.py ``` 可以看到，命令是一樣的，僅僅是系統提示符不同。 _注：如果不想跟什么環境變量打交道，可以直接指定Python解釋器的完整路徑。在Windows中，可以通過以下命令完成操作：_ ``` # 根據你的Python版本更改版本號 C:\> C:\Python27\python hello.py ``` ### 1.10.2 讓腳本像普通程序一樣運行有些時候希望像運行其他程序(比如Web瀏覽器、文本編輯器)一樣運行Python程序(也叫做_腳本_)，而不需要顯式使用Python解釋器。在UNIX中有個標準的實現方法：在腳本首行前面加上`#!`(叫做pound bang或者shebang)，在其后加上用于解釋腳本的程序的絕對路徑(在這里，用于解釋代碼的程序是Python)。即使不太明白其中的原理，如果希望自己的代碼能夠在UNIX下順利執行，那么只要把下面的內容放在腳本的首行即可： ``` #!/usr/bin/env python ``` 不管Python的二進制文件在哪里，程序都會自動執行。 _注：在某些操作系統中，如果安裝了最新版的Python，同時舊版的Python仍然存在(因為某些系統程序需要它，所以不能把它卸載)，那么在這種情況下，`/usr/bin/env`技巧就不好用了，因為舊版的Python可能會運行程序。因此需要找到新版本Python可執行文件(可能叫做python或python2)的具體位置，然后在pound bang行中使用完整的路徑，如下例所示：_ ``` #!/usr/bin/python2 ``` _具體的路徑會因系統而異。_ 在實際運行腳本之前，必須讓腳本文件具有可執行的屬性(UNIX系統)： ``` $ chmod a+x hello.py ``` 現在就能這樣運行了(假設當前目錄包含在路徑中)： ``` $ hello.py ``` 注意如果上述操作不起作用的話，試試`./hello.py`。即當前的目錄(`.`)并不是執行路徑的一部分，這樣的操作也能夠成功。在Windows系統中，讓代碼像普通程序一樣運行的關鍵在于后綴名`.py`。加入雙擊上一節保存好的`hello.py`文件，如果Python安裝正確，那么，一個DOS窗口就會出現，里面有`"What is your name?"`提示。然而，像這樣運行程序可能會碰到一個問題：程序運行完畢，窗口也跟著關閉了。也就是說，輸入了名字以后，還沒來得及看結果，程序窗口就已經關閉了。試著改改代碼，在最后加上以下這行代碼： ``` raw_input("Press <enter>") ``` 這樣，在運行程序并且輸入名字之后，將會出現一個包含以下內容的DOS窗口： ``` What is your name? XuHoo Hello, XuHoo! Press <enter> ``` 用戶按下回車鍵以后，窗口就會關閉(因為程序運行結束了)。作為后面內容的預告，現在請你把文件名改為`hello.pyw`(這是Windows專用的文件類型)，像剛才一樣雙擊。你會發現什么都沒有！怎么會這樣？在本書后面的內容將會告訴你答案。 ### 1.10.3 注釋井號(`#`)在Python中有些特殊。在代碼中輸入它的時候，它右邊的一切內容都會被忽略(這也是之前Python解釋器不會被`/usr/bin/env`行“卡住”的原因了)。比如： ``` # 打印圓的周長： print 2 * pi * radius ``` 這里的第一行稱為_注釋_。注釋是非常有用的，即為了讓別人能夠更容易理解程序，也為了額你自己回頭再看舊代碼。據說程序員的第一條戒律就是“汝應注釋”(Thou Shalt Comment)(盡管很多刻薄的程序員的座右銘是“如果難寫，就該難讀”)。程序員應該確保注釋說的都是重要的事情，而不是重復代碼中顯而易見的內容。無用的、多余的注釋還不如沒有。例如，下例中的注釋就不好： ``` # 獲得用戶名： user_name = raw_input("What is your name? ") ``` 即使沒有注釋，也應該讓代碼本身易于理解。幸好，Python是一門出色的語言，它能幫助程序員編寫易于理解的程序。 ## 1.11 字符串那么，`raw_input`函數和`"Hello, " + name + "!"`這些內容到底是什么意思？放下`raw_input`函數暫且不表，先來說`"Hello"`這個部分。本章的第一個程序是這樣的，很簡單： ``` print "Hello, world!" ``` 在編程類圖書中，習慣上都會以這樣一個程序作為開篇——問題是我還沒有真正解釋它是怎么工作的。前面已經介紹了`print`語句的基本知識(隨后我會介紹更多相關的內容)，但是`"Hello, world!"`是什么呢？是_字符串_(即“一串字符”)。字符串在幾乎所有真實可用的Python程序中都會存在，并且有多種用法，其實最主要的用法就是表示一些文本，比如這個感嘆句`"Hello, world!"`。 ### 1.11.1 單引號字符串和轉義引號字符串是值，就像數字一樣： ``` >>> "Hello, world!" 'Hello, world!' ``` 但是，本例中有一個地方可能會讓人覺得吃驚：當Python打印出字符串的時候，是用單引號括起來的，但是我們在程序中用的是雙引號。這有什么卻別嗎？事實上，并沒有區別。 ``` >>> 'Hello, world!' 'Hello, world!' ``` 這里也用了單引號，結果是一樣的。那么，為什么兩個都可以用呢？因為在某些情況下，它們會排上用場： ``` >>> "Let's go!" "Let's go!" >>> '"Hello, world!" she said' '"Hello, world!" she said' ``` 在上面的代碼中，第一段字符串包含了單引號，這時候就不能用單引號將整個字符串括起來了。如果這么做，解釋器會提示錯誤： ``` >>> 'Let's go!' File "<stdin>", line 1 'Let's go!' ^ SyntaxError: invalid syntax ``` 在這里字符串為`'Let'`，Python并不知道如何處理后面的`s`(也就是該行余下的內容)。在第二個字符串中，句子包含了雙引號。所以，出于之前所述的原因，就需要用單引號把字符串括起來了。或者，并不一定要這樣做，盡管這樣做很直觀。另外一個選擇就是：使用反斜線(`\`)對字符串中的引號進行_轉義_： ``` >>> 'Let\'s go!' "Let's go!" ``` Python會明白中間的單引號是字符串中的一個字符，而不是字符串的_結束標記_(即便如此，Python也會在打印字符串的時候在最外層使用雙印號)。有的人可能已經猜到，對雙引號也可以使用相同的方式轉義： ``` >>> "\"Hello, world!\" she said" '"Hello, world!" she said' ``` 像這樣轉義引號十分有用，有些時候甚至還是必需的。例如，如果希望打印出一個包含單雙引號的字符串，不用反斜線的話能怎么辦呢？比如字符`'Let\'s say "Hello, world!"'`？ _注：在本章后面的內容中，將會介紹通過使用長字符串和原始字符串(兩者可以聯合使用)來減少絕大多數反斜線的使用。_ ### 1.11.2 拼接字符串繼續探究剛才的例子，我們可以通過另外一種方式輸出同樣的字符串： ``` >>> "Let's say" '"Hello, world!"' 'Let\'s say"Hello, world!"' ``` 我只是用一個接著另一個的方式寫了兩個字符串，Python就會自動拼接它們(將它們合為一個字符串)。這種機制用得不多，有時卻非常有用。不過，它們只是在同時寫下兩個字符串時才有效，而且要一個緊接著另一個。否則會出現下面的錯誤： ``` >>> x = "Hello, " >>> y = "world!" >>> x y File "<stdin>", line 1 x y ^ SyntaxError: invalid syntax ``` 換句話說，這僅僅是書寫字符串的一種特殊方法，并不是拼接字符串的一般方法。那么，該怎樣拼接字符串呢？就像進行加法運算一樣： ``` >>> "Hello, " + "world!" 'Hello, world!' >>> x = "Hello, " >>> y = "world!" >>> x + y 'Hello, world!' ``` ### 1.11.3 字符串表示，str和repr 通過前面的例子讀者們可能注意到了，所有通過Python打印的字符串還是被引號括起來的。這是因為Python打印值的時候會保持該值在Python代碼中的狀態，而不是你希望用戶所看到的狀態。如果使用`print`語句，結果就不一樣了： ``` >>> "Hello, world!" 'Hello, world!' >>> 1000000L 1000000L >>> print "Hello, world!" Hello, world! >>> print 1000000L 1000000 ``` 可以看到，長整型數`1 000 000L`被轉換成了數字`1 000 000`，而且在顯示給用戶的時候也如此。但是當你想知道一個變量的值是多少時，可能會對它是整型還是長整型感興趣。我們在這里討論的實際上是值被轉換為字符串的兩種機制。可以通過以下兩個函數來使用這兩種機制：一種是通過`str`函數，它會把值轉換為合理形式的字符串，以便用戶可以理解；另一種是通過`repr`函數，它會創建一個字符串，以合法的Python表達式的形式來表示值(事實上，`str`和`int`、`long`一樣，是一種類型。而`repr`僅僅是函數)。下面是一些例子： ``` >>> print repr("Hello, world!") 'Hello, world!' >>> print repr(1000000L) 1000000L >>> print str("Hello, world!") Hello, world! >>> print str(1000000L) 1000000 ``` `repr(x)`也可以寫作`` `x` ``實現(注意，`` ` ``是反引號，而不是單引號)。如果希望打印出一個包含數字的句子，那么反引號就很有用了。比如： ``` >>> temp = 42 >>> print "The temperature is " + temp Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> TypeError: cannot concatenate 'str' and 'int' objects >>> print "The temperature is " + `temp` The temperature is 42 ``` _注：在Python3.0中，已經不再使用反引號了。因此，即使在舊的代碼中看到了反引號，你也應該堅持使用`repr`。_ 第一個`print`語句并不能工作，那是因為不可以將字符串和數字進行相加。而第二個則可以正常工作，因為我已經通過反引號將`temp`的值轉換為字符串`"42"`了。(當然，也可以通過`repr`，也可以得到同樣的結果。但是，使用反引號可能更清楚一些。事實上，本例中也可以使用`str`。) 簡而言之，`str`、`repr`和反引號是將Python值轉換為字符串的三種方法。函數`str`讓字符串更易于閱讀，而`repr`(和反引號)則把結果字符串轉換為合法的Python表達式。 ### 1.11.4 input和raw_input的比較相信讀者已經知道`"Hello, " + name + "!"`是什么意思了，那么，`raw_input`函數怎么用呢？`input`函數不夠好嗎？讓我們試一下。在另外一個腳本文件中輸入下面的語句： ``` name = input("What is your name? ") print "Hello, " + name + "!" ``` 看起來這是一個完全合法的程序。但是馬上你就會看到，這樣是不可行的。嘗試運行該程序： ``` What is your name? XuHoo Traceback (most recent call last): File "p.py", line 2, in <module> name = input("What is your name? ") File "<string>", line 1, in <module> NameError: name 'XuHoo' is not defined ``` 問題在于`input`會假設用戶輸入的是合法的Python表達式(或多或少有些與`repr`函數相反的意思)。如果以字符串作為輸入的名字，程序運行是沒有問題的： ``` What is your name? "XuHoo" Hello, XuHoo! ``` 然而，要求用戶帶著引號輸入他們的名字有點過分，因此，這就需要使用`raw_input`函數，它會把所有的輸入當做原始數據(raw data)，然后將其放入字符串中： ``` >>> input("Enter a number: ") Enter a number: 3 3 >>> raw_input("Enter a number: ") Enter a number: 3 '3' ``` 除非對`input`有特別的需要，否則應該盡可能使用`raw_input`函數。 ### 1.11.5 長字符串、原始字符串和`Unicode` 在結束本章之前，還會介紹另外兩種書寫字符串的方法。在需要長達多行的字符串或者包含多種特殊字符的字符串的時候，這些候選的字符串語法就會非常有用。 1.長字符串如果需要寫一個非常非常長的字符串，它需要跨多行，那么，可以使用三個引號代替普通引號： ``` print '''This is a very long string. It continues here. And it's not over yet. "Hello, world!" Still here.''' ``` 也可以使用三個雙引號，如`"""This is a very long string"""`。注意，因為這種與眾不同的引用方式，你可以在字符串之中同時使用單引號和雙引號，而不需要使用反斜線進行轉義。注：普通字符串也可以跨行。如果一行之中最后一個字符是反斜線，那么，換行符本身就“轉義”了，也就是被忽略了，例如： ``` >>> print "Hello, \ ... world!" Hello, world! ``` 這個用法也適用于表達式和語句： ``` >>> 1 + 2 + \ ... 4 + 5 12 >>> print \ ... "Hello, world!" Hello, world! ``` 2.原始字符串 _原始字符串_對于反斜線并不會特殊對待。在某些情況下這個特性是很有用的(尤其是在書寫正則表達式時候，原始字符串就會特別有用)。在普通字符串中，反斜線有特殊的作用：它會_轉義_，讓你在字符串中加入通常情況下不能直接加入的內容。例如，換行符可以寫為`\n`，并可放于字符串中，如下所示： ``` >>> print "Hello, \nworld!" Hello, world! ``` 這看起來不錯，但是有時候，這并非是想要的結果。如果希望在字符串中包含反斜線再加上n怎么辦呢？例如，可能需要像DOS路徑`"C:\nowhere"`這樣的字符： ``` >>> path = "C:\nowhere" >>> path 'C:\nowhere' ``` 這看起來是正確的，但是，在打印該字符串的時候就會發現問題了： ``` >>> print path C: owhere ``` 這并不是期望的結果，那么該怎么辦呢？我可以使用反斜線對其本身進行轉義： ``` >>> print "C:\\nowhere" C:\nowhere ``` 這看起來不錯，但是對于長路徑，那么可能需要很多反斜線： ``` >>> path = "C:\\Program Files\\fnord\\foo\\bar\\frozz\\bozz" ``` 在這樣的情況下，原始字符串就派上用場了。原始字符串不會把反斜線當做特殊字符。在原始字符串中輸入的每個字符都會與書寫的方式保持一致： ``` >>> print r"C:\nowhere" C:\nowhere >>> print r"C:\Program Files\fnord\foo\bar\frozz\bozz" C:\Program Files\fnord\foo\bar\frozz\bozz ``` 可以看到，原始字符串以`r`開頭。看起來可以在原始字符串中放入任何字符，而這種說法也是基本正確的。當然，我們也要像平常一樣對引號進行轉義，但是，最后輸出的字符串包含了轉義所用的反斜線： ``` >>> print r'Let\'s go!' Let\'s go! ``` 不能在原始字符串結尾輸入反斜線。換句話說，原始字符串最后的一個字符不能是反斜線，除非你對反斜線進行轉義(用于轉義的反斜線也會成為字符串的一部分)。參照上一個范例，這是一個顯而易見的結論。如果最后一個字符(位于結束引號前的那個)是反斜線，Python就不清楚是否應該結束字符串： ``` >>> print r"This is illegal\" File "<stdin>", line 1 print r"This is illegal\" ^ SyntaxError: EOL while scanning string literal ``` 好了，這樣還是合理的，但是如果希望原始字符只以一個反斜線作為結尾符的話，那該怎么辦呢？(例如，DOS路徑的最后一個字符有可能是反斜線)好，本節已經告訴了你很多解決此問題的技巧，但本質上就是把反斜線單獨作為一個字符串來處理。以下就是一種簡單的做法： ``` >>> print r"C:\Program Files\foo\bar" "\\" C:\Program Files\foo\bar\ ``` _注：你可以在原始字符串中同時使用單雙引號，甚至三引號字符串也可以_ 3\. `Unicode`字符串字符串常量的最后一種類型就是_`Unicode`字符串_(或者稱為_`Unicode`對象_，與字符串并不是同一個類型)。如果你不知道什么是`Unicode`，那么，可能不需要了解這些內容(如果希望了解更多的信息，可以訪問[`Unicode`的網站](http://www.unicode.org)。Python中的普通字符串在內部是以18位的ASCII碼形成存儲的，而`Unicode`字符串則存儲為16位的`Unicode`字符，這樣就能夠表示更多的字符集了，包括世界上大多數語言的特殊字符。本節不會詳細講述`Unicode`字符串，僅舉一下的例子來說明： ``` >>> u"Hello, world!" u'Hello, world!' ``` 可以看到，`Unicode`字符串使用`u`前綴，就像原始字符串使用`r`一樣。注：在Python 3.0中，所有字符串都是`Unicode`字符串。 ## 1.12 小結本章講了非常多的內容。在繼續下一章之前，先來看一下本章都學到了什么。 √ 算法。算法是對如何完成一項任務的詳盡描述。實際上，在編寫程序的時候，就是要使用計算機能夠理解的語言(如Python)來描述算法。這類對機器友好的描述就叫做程序，程序主要包含表達式和語句。 √ 表達式。表達式是計算機程序的組成部分，它用于表示值。距離來說，2+2是表達式，表示數值4。簡單的表達式就是通過使用_運算符_(如+或%)和_函數_(如pow)對字面值(比如2或者"Hello")進行處理而構建起來的。通過把簡單的表達式聯合起來可以建立更加復雜的表達式(如(2+2)*(3-1))。表達式也可以包含_變量_。 √ 變量。變量是一個名字，它表示某個值。通過x=2這樣的賦值可以為變量賦予新的值。賦值也是一類_語句_。 √ 語句。語句是告訴計算機做某些事情的指令。它可能涉及改變變量(通過賦值)、向屏幕打印內容(如print "Hello, world!")、導入模塊或者許多其他操作。 √ 函數。Python中的函數就像數學中的函數：它們可以帶有參數，并且返回值(第六章會介紹如何編寫自定義函數)。 √ 模塊。模塊是一些對Python功能的擴展，它可以被導入到Python中。例如，math模塊提供了很多有用的數學函數。 √ 程序。本章之前的內容已經介紹過編寫、保存和運行Python程序的實際操作了。 √ 字符串。字符串非常簡單——就是文本片段，不過，還有很多與字符串相關的知識需要了解。在本章中，你已經看到很多種書寫字符串的方法。第三章將會介紹更多字符串的使用方式。 ### 1.12.1 本章的新函數 ``` abs(number) 返回數字的絕對值 cmath.sqrt(number) 返回平方根，也可以應用于負數 float(object) 將字符串和數字轉換為浮點數 help() 提供交互式幫助 input(prompt) 獲取用戶輸入 int(object) 將字符串和數字轉換為整數 long(object) 將字符串和數字轉換為長整型數 math.ceil(number) 返回數的上入整數，返回值的類型為浮點數 math.floor(number) 返回數的下入整數，返回值的類型為浮點數 math.sqrt(number) 返回平方根，不適用于負數 pow(x, y[, z]) 返回x的y次方冪(所得結果對z取模) raw_input(prompt) 獲取用戶輸入，結果被看做原始字符 repr(object) 返回值的字符串表示形式 round(number[, ndigits) 根據給定的精度對數字進行四舍五入 str(object) 將值轉換為字符串 ``` ### 1.12.2 接下來學什么表達式的基礎知識已經講解完畢，接下來要探討更高級一點的內容：數據結構。你將學習到如何不再直接和簡單的值(如數字)打交道，而是把它們集中起來處理，存儲在更加復雜的結構中，如列表(list)和字典(dictionary)。另外，我們還將深入了解字符串。在第五章中，將會介紹更多關于語句的知識。之后，編寫漂亮的程序就手到擒來了。