Python 基础语法：基本数据类型（一）

1  理解代码与写代码

1.1  什么是代码

代码是现实世界事物在计算机世界中的映射。

我们用计算机写代码，是为了利用计算机的高性能来解决现实世界中的问题。要用计算机来解决现实的问题，首先需要在计算机的世界里面把现实世界的一些事物和问题刻画出来。那么代码就是现实世界和计算机世界中间的一个桥梁，所以代码是现实世界在计算机世界中的一个映射。

1.2  什么是写代码

写代码很明显的是一个动作，写代码就是将现实世界中的事物用计算机语言来描述。

举个例子，比如画家画画。画家的画的取材是来源于现实世界的，画家会把现实世界里的一些风景和一些事物画到他的画板上，这实际是一种映射。

画家会用光影，图形，颜色，结构等等这样的一些元素来构成他们一张作品，你一看到这张作品，就知道它画的是现实世界里的什么事物，表达现实世界里的什么情绪等等。

在计算机世界的语言里，我们也需要有一些基本数据类型和一些逻辑思维来表现现实世界里的事物和问题。

2  数字类型（number）

在我们的日常生活中，经常会用到数字，所以数字（numbers）是 pytthon 中的一个基本数据类型。在 python 里面啊，numbers 这种数据类型是一个大类，在 numbers 这个大类下面还有整数、小数等等。

2.1  整形（int）与浮点型（float）

2.1.1  整数（int）

a = 20
b = 0
c = -20
print(type(a)) # <class 'int'>
print(type(b)) # <class 'int'>
print(type(c)) # <class 'int'>

2.1.2  浮点数（float）

在很多其他的语言里面，浮点数（也就是数学里的小数）还有进一步的细分，分单精度和双精度。精度越高能表示的数值就越准确，在其他很多的语言里单精度用 float 来表示，双精度用 double 来表示。双精度表示的精度要比单精要更高一些。

在 python 里面没有单精度和双精度之分，python 浮点数的数据类型只有 float，因为 python 里面的 float 支持的精度就是其他语言里面所谓的双精度。

a = 20.0
b = 1.2
c = -0.5
print(type(a)) # <class 'float'>
print(type(b)) # <class 'float'>
print(type(c)) # <class 'float'>

2.1.3  一个特殊情况：除（/）和取整（//）

a = 2/2
b = 2//2
c = 1//2
print(a) # 结果：1.0
print(type(a)) # <class 'float'>
print(b) # 结果：1
print(type(b)) # <class 'int'>
print(c) # 结果：0
print(type(c)) # <class 'int'>

这是因为 / 是除法，会自动的转型成一个浮点数。而 // 是取整，也就是数学里的整除，保留商的部分（也就是取整），所以 2/2=1.0，是一个 float，而 2//2=1 是一个 int 。

1÷2=0.5 ，而 1//2=0 是取整，所以，结果的类型也是 int 。

2.1.4  在 Python 里二进制、八进制、十进制、十六进制数的区分

• 二进制表示符：0b
• 八进制表示符：0o
• 十六进制表示符：0x

2.1.5  二进制、八进制、十进制、十六进制的相互转换

• 使用 bin() 方法，可以把其他进制的数转换为二进制。
• 使用 int() 方法，可以把其他进制的数转换为十进制。
• 使用 oct() 方法，可以把其他进制的数转换为八进制。
• 使用 hex() 方法，可以把其他进制的数转换为十六进制。

print(bin(10)) # 0b1010
print(bin(0o10)) # 0b1000
print(bin(0x10)) # 0b10000

print(oct(10)) # 0o12
print(oct(0b10)) # 0o2
print(oct(0x10)) # 0o20

print(int(0b10)) # 2
print(int(0o10)) # 8
print(int(0x10)) # 16

print(hex(10)) # 0xa
print(hex(0b10)) # 0x2
print(hex(0o10)) # 0x8

2.2  布尔类型（bool）

在 python 里面，布尔类型用来表示真（True）和假（False）。注意：这里的 True 和 False 与其它语言有些不一样，它们的首字母都要大写。

2.1.2.1  为什么布尔类型是数字类型里的一种

print(int(True))   # 1
print(int(False))  # 0

print(bool(1))  # True
print(bool(0))  # False

在上面的例子中，布尔类型和整型可以相互转换，可以说明布尔类型是数字类型里的一种。

2.1.2.2  非零的数字表示真（True），0表示假（False）

print(bool(2))    # True
print(bool(-2))   # True
print(bool(0.2))  # True
print(bool(0))    # False

3.1.2.3  其它的数据类型也可以转化为布尔类型

print(bool('python'))  # 字符串:True
print(bool(''))  # 空字符串:False
print(bool([1,3,5]))  # 列表:True
print(bool([]))  # 空列表:False

从上面的例子，我们可以看出：凡是非空的数据类型都是 True，空的数据类型都是 False。

Python里还有个特殊的类型 None，它的布尔类型也是 False 。

print(bool(None))  # False

2.1.3 复数（complex）

在Python中，复数（complex）是数学上表示实数和虚数组合的数。复数的形式通常写作 a + bj，其中 a 是实部，b 是虚部，j 是虚数单位，满足 j^2 = -1。

Python中的复数可以使用 complex() 函数来创建，该函数接受两个参数：实部和虚部。例如：

c = complex(4, 3)  # 创建一个复数，实部为4，虚部为3

你也可以直接在代码中用 j 来表示虚数单位，例如：

c = 4 + 3j  # 同样创建了一个复数，实部为4，虚部为3

Python提供了很多内置方法来处理复数，例如：

• real：返回复数的实部。
• imag：返回复数的虚部。
• conjugate()：返回复数的共轭（实部不变，虚部取反）。
• real 和 imag 属性也可以用于赋值，以改变复数的实部或虚部。

c = 4 + 3j  
print(c.real)  # 输出：4.0  
print(c.imag)  # 输出：3.0  
  
# 修改复数的实部和虚部  
c.real = 2  
c.imag = -1  
print(c)  # 输出：(2-1j)  
  
# 获取复数的共轭  
conjugate_c = c.conjugate()  
print(conjugate_c)  # 输出：(2+1j)

复数在Python中有广泛的应用，特别是在科学计算、信号处理、电子工程等领域，它们经常用于解决涉及周期性、波动、旋转等问题的数学模型。Python的标准库（如cmath模块）提供了很多用于处理复数的函数，如正弦、余弦、对数、幂运算等。

3  字符串（string）

在日常生活中，我们经常会用文字来记录事物的名称、或记录事情的发展过程等，这些文字类型的数据，就叫做字符串。在未来的写代码的工作中，无论你从事的是哪个方面的编程，字符串操作必不可少，非常重要。

3.1  Python 如何表示字符串？

Python 中可以用封闭的单引号，双引号和三引号来表示字符串。

单引号、双引号，三引号，它们都有什么不同？

在  Python 中，要表示字符串，必须在文字的外面加上单引号或双引号（英文的）。

print(type('Hello,World!'))  # <class 'str'>
print(type("Hello,World!"))  # <class 'str'>

print(type(1))    # <class 'int'>
print(type('1'))  # <class 'str'> 加上单引号或双引号的数字也是字符串

print(type(True))    # <class 'bool'>
print(type('True'))  # <class 'str'> 加上单引号或双引号的布尔值也是字符串

如果要想在字符串里显示单引号或双引号，就需要用不同的引号加以区分。

print("let's go.")   # let's go.
print('小明说："我爱Python"')   # 小明说："我爱Python"

也可以使用转义字符（\）来显示字符串里的单双引号。但不推荐，一是繁琐，二是看起来并不美观和自然。

print('let\'s go.')   # let's go.
print("小明说：\"我爱Python\"")   # 小明说："我爱Python"

三引号表示多行字符串。

如果遇到一个很长的字符串，一是屏幕的宽度有限放不下，二是阅读也不方便。所以，在 python 中，建议每行的宽度最大79个字符，如果超过了79个字符，就应该考虑换行了。

但如果用双引号，你尝试回车一下把字符串换行，会提示语法错误。所以 python 用三引号来表示多行字符串，也可以用三个双引号来表示多行字符串，效果是一样的。

print('''
    小明说：\"我爱Python\"
    小明说：\"我爱Python\" 
    小明说：\"我爱Python\"
    小明说：\"我爱Python\"
      ''')

如果在 Python 的 IDLE 里输入多行字符串，回车后显示的是 '\nhello world\nhello world\n' 这是怎么回事？

>>> '''
... hello world
... hello world
... '''
'\nhello world\nhello world\n'
>>>

这是因为我们在输入多行字符串的时候，不但输入了多行字符，而且还有敲击回车键的动作，敲击回车键这个动作虽然在屏幕上看不到，但它也是像字符一样存在的。Python  IDLE 为了让所有的字符都显示出来，就规定用 \n 来表示回车这个动作。

如果在 Python 的 IDLE 里输入 '\nhello world\nhello world\n' 这个字符串，却不会把 helllo world 进行多行显示。这是因为在这里，Python只会把把 \n 当作一个字符，而不会把它转义为回车键这个功能。

要想把 '\nhello world\nhello world\n' 这个字符串显示为多行字符串的形式，我们可以用 print() 这个函数。

>>>print("\nHello,World\nHello,World\n")

Hello,World
Hello,World

单双引号也可以实现字符串换行，只要在第一行的末尾打一个反斜杠。示例如下：

>>>"hello\
world"

'helloworld'

关于单双引号和三引号的区别，上面讲的比较零碎，但也比较重要，这也是一些基本常识。

3.2  转义字符

在Python中，转义字符是一种特殊的字符序列。

• 表示一些无法 "看见" 的字符，如换行符、制表符、回车符等
• 表示一些与语言本身有冲突的字符，单双引号字符，反斜杠字符本身等

转义字符以反斜杠（\）开头，后跟一个或多个字符。Python中的常见转义字符包括：

1. \n：换行符，表示新的一行开始。
2. \t：制表符，表示一个水平制表位置（通常等于8个空格）。
3. \\：反斜杠字符本身，用于表示文件路径中的目录分隔符等。
4. \"：双引号字符，用于在字符串中包含双引号。
5. \'：单引号字符，用于在字符串中包含单引号。
6. \r：回车符，表示将光标移动到行首。

注意：在Python中，换行符（\n）和回车符（\r）主要用于控制字符串中的换行和回车动作，以及在文件操作中指定行结束符。不过，需要注意的是，Python中的字符串和文件操作默认使用换行符（\n）作为行结束符，而不是回车符（\r）。

3.3  原始字符串

原始字符串（raw string）是Python中的一种字符串字面量形式，其特点是其中的反斜杠 \ 被视为普通字符，而不是转义字符的开头。这意味着在原始字符串中，你可以直接写入反斜杠而无需使用双反斜杠 \\ 进行转义。

原始字符串通过在字符串字面量前加上小写字母 r 或 R 来定义。例如：

normal_string = "This is a string with an escaped backslash: \\"  

raw_string = r"This is a raw string with a literal backslash: \"

原始字符串在处理包含大量反斜杠的字符串时特别有用，例如正则表达式或文件路径。在这些情况下，使用原始字符串可以避免频繁地转义反斜杠。

print('c:\northwind\northwest')
'''
orthwind
orthwest
'''
print('c:\\northwind\\northwest')
# c:\northwind\northwest

print(r'c:\northwind\northwest')
# c:\northwind\northwest

上面的例子中，第一例子里的的反斜杠是普通字符，但 print() 函数却把 \n 当成了换行符。要想正确显示路径，需要对这个普通字符 \ ，进行转义，如 \\。

而第二个例子，使用了 r'c:\northwind\northwest' 这意味着在原始字符串中，可以直接写入反斜杠而无需使用双反斜杠 \\ 进行转义。

print(r'let's go.')

但像上面这个例子，使用原始字符串是不正确的，因为 let's 中的单引号与字符串的单引号产生了矛盾。所以这个单引号需要进行转义 \' 。

3.4  字符串的运算

3.4.1  字符串的拼接

字符串的加法（+）是字符串拼接最常用的一种。

str1 = 'Hello'
str2 = ','
str3 = 'World'
print(str1+str2+str3)  # Hello,World

3.4.2  字符串的重复

字符串的乘法（*）可以实现字符串重复。

str = '我爱你！'
print(str*3)  # 我爱你！我爱你！我爱你！

3.4.3  获取字符串中指定的字符

字符串是由若干个字符组成了，每个字符在字符串中都有一个数字（索引）与它对应，字符串每个字符的索引从左到右分别的0，1，2，3，...

字符的索引也可以用负数表示，最后一个字符用 -1 表示，倒数第二个字符用 -2 表示，以此类推。

str = '我爱你，中国！'

print(str[0])  # 我  索引0字符
print(str[-2])  # 国  表示字符串中倒数第二个字符
print(str[0:4])  # 我爱你， 索引0至索引3字符
print(str[:5])  # 我爱你，中 索引0至索引4字符
print(str[3:])  # ，中国！ 索引3至末尾的字符