1.2 語法規則和基本數據類型

1.2.1 Python語法規則

1.Python標識符

在Python語言中，變量名、函數名、對象名等都是通過標識符來命名的。標識符第一個字符必須是字母表中字母或下劃線“_”，標識符的其他部分由字母、數字和下劃線組成。Python中的標識符是區分大小寫的。在Python 3.X中，非ASCII標識符也是允許的，例如：“data_人數=100”中的“data_人數”為含漢字的標識符。

標識符的命名規則解釋如下：

1）標識符是由字符（A～Z和a～z）、下劃線和數字組成，但第一個字符不能是數字。

2）標識符不能和Python中的保留字相同。

保留字即關鍵字，保留字不能用作常量或變量，也不能用作任何其他標識符名稱。

Python的標準庫提供了一個keyword module，可以輸出當前版本的所有關鍵字，命令和輸出結果如下：

所有保留字見表1-1。

由于Python是嚴格區分大小寫的，保留字也不例外。所以，if是保留字，但IF就不是保留字。在實際開發中，如果使用Python中的保留字作為標識符，則解釋器會提示“invalid syntax”的錯誤信息。

3）標識符中不能包含空格、＠、%以及$等特殊字符。

例如，UserID、name、mode12、user_age等標識符是合法的。

但以下命名的標識符不合法：

4）標識符中的字母是嚴格區分大小寫的，即使兩個同樣的單詞，如果大小寫不一樣，其代表的意義也是完全不同的。

比如說，下面這3個變量，它們彼此之間是相互獨立的個體。

5）以下劃線開頭的標識符有特殊含義，例如：

以單下劃線開頭的標識符（如_width），表示不能直接訪問的類屬性，其無法通過from…import*的方式導入；

以雙下劃線開頭的標識符（如__add）表示類的私有成員；

以雙下劃線作為開頭和結尾的標識符（如__init__），是專用標識符。

因此，除非特定場景需要，應避免使用以下劃線開頭的標識符。

2.縮進和冒號

和其他程序設計語言（如Java、C語言）采用大括號“｛｝”分隔代碼塊不同，Python采用代碼縮進和冒號（：）來區分代碼塊之間的層次。對于類定義、函數定義、流程控制語句、異常處理語句等，行尾的冒號和下一行的縮進，表示下一個代碼塊的開始，而縮進的結束則表示此代碼塊的結束。

Python中可以使用空格或者<Tab>鍵實現對代碼的縮進，但無論是使用空格，還是使用<Tab>鍵，通常情況下都是采用4個空格長度作為一個縮進量。

Python對代碼的縮進要求非常嚴格，同一個級別代碼塊的縮進量必須一樣，否則解釋器會報SyntaxError異常錯誤。

例如，對代碼做錯誤改動，如圖1-11所示，將位于同一作用域中的兩行代碼，它們的縮進量分別設置為4個空格和3個空格，可以看到，當手動修改了各自的縮進量后，這會導致出現SyntaxError異常錯誤。

在IDLE中，默認是以4個空格作為代碼的基本縮進單位。不過，這個值是可以手動改變的，可以通過選擇“Options”菜單中的“Configure IDLE”命令進行修改。

3.Python引號

Python中使用單引號（＇）、雙引號（"）、三引號（＇"或"""）來表示字符串，引號的開始與結束必須是相同種類的引號。其中三引號可以由多行組成，是編寫多行文本的快捷語法。使用示例如下：

三引號常用于文檔字符串，在文件的特定地點，被當作注釋。

4.Python注釋

注釋（Comments）是用來向用戶提示或解釋某些代碼的作用和功能，它可以出現在代碼中的任何位置。Python解釋器在執行代碼時會忽略注釋，不做任何處理。注釋的最大作用是提高程序的可讀性，還可以用來臨時移除無用的代碼。一般情況下，合理的代碼注釋應該占源代碼的1/3左右。

Python支持兩種類型的注釋，分別是單行注釋和多行注釋。

（1）單行注釋

Python使用井號（#）作為單行注釋的符號，語法格式為：

從#標注開始，直到這行結束為止的所有內容都是注釋。

【例1-2】說明多行代碼的功能時一般將注釋放在代碼的最上面一行。

運算結果：

【例1-3】說明單行代碼的功能時一般將注釋放在代碼的右側。

運算結果：

（2）多行注釋

多行注釋指的是一次性注釋程序中多行的內容（包含一行）。Python使用三個連續的單引號＇＇＇或者三個連續的雙引號"""注釋多行內容。

不管是多行注釋還是單行注釋，當注釋符作為字符串的一部分出現時，就不能再將它們視為注釋標記，而應該看作正常代碼的一部分。

【例1-4】注釋符作為字符串的一部分。

運算結果：

本例中，第1行和第2行代碼，Python沒有將這里的三個引號看作是多行注釋，而是將它們看作字符串的開始和結束標志；對于第3行代碼，Python也沒有將#看作單行注釋，而是將它看作字符串的一部分。

1.2.2 數據類型概述

Python中主要的內置數據類型有：

1）數值numeric：包括int（整型)、float（浮點數)、bool（布爾型)、complex（復數型）等。

2）序列sequence：包括list（列表)、tuple（元組)、range（范圍)、str（字符串)、bytes（字節串)。

3）映射mappings，主要類型為dict（字典)。

4）集合set。

5）類class。

6）實例instance。

7）例外exception。

1.2.3 變量與常量

1.變量的賦值

任何編程語言都需要處理數據，比如數字、字符、字符串等，用戶可以直接使用數據，也可以將數據保存到變量中，方便以后使用。變量（Variable）可以看成一個小箱子，專門用來“盛裝”程序中的數據。每個變量都擁有獨一無二的名字，通過變量的名字就能找到變量中的數據。從底層看，程序中的數據最終都要放到內存（內存條）中，變量其實就是這塊內存的名字。圖1-12所示是變量age的示意。

在編程語言中，將數據放入變量的過程稱為賦值（Assignment）。Python使用等號“=”作為賦值運算符，具體語法格式為：

其中，name表示變量名；value表示值，也就是要存儲的數據。

例如，圖1-12中的語句“age=20”就是將整數20賦值給變量age。

在程序的其他地方，age就代表整數20，使用age也就是使用20。

【例1-5】變量賦值實例一。

變量的值不是一成不變的，它可以隨時被修改，只要重新賦值即可。另外用戶也不用關心數據的類型，可以將不同類型的數據賦值給同一個變量。

【例1-6】變量賦值實例二。

運算結果：

從上述例子中可以看到，除了賦值單個數據，用戶也可以將表達式的運行結果賦值給變量。

和變量相對應的是常量（Constant），它們都是用來“盛裝”數據的小箱子，不同的是，變量保存的數據可以被多次修改，而常量一旦保存某個數據之后就不能修改了。

2.單下劃線、雙下劃線開始的特殊變量及特殊方法專用標識

Python用單下劃線和雙下劃線作為變量前綴和后綴指定特殊變量。

（1）_xxx變量名

_xxx被看作是“私有的”變量，在模塊或類外不可以使用。當變量是私有的時候，用_xxx來表示變量是很好的習慣。_xxx變量是不能用“from module import*”導入的。在類中以“單下劃線”開始的成員變量或類屬性稱為保護變量，意思是只有類對象和子類對象自己能訪問到這些變量。

（2）__xxx類中的私有變量名

以“雙下劃線”開始的變量是私有成員變量，意思是只有類對象自己能訪問，連子類對象也不能訪問到這個數據。

（3）__xxx__特殊方法專用標識

以雙下劃線開頭和結尾的代表Python里特殊方法專用標識，如__init__（self，...）代表類的構造函數。這樣的系統特殊方法還有許多，如：

__new__（cls[，...]）、__del__（self）、__str__（self）、__lt__（self，other）、__getitem__（self，key）、__len__（self）、__repr__（s）、_cmp__（s，o）、__call__（self，*args）等。

因此要注意避免用下劃線作為一般變量名的開始。

3.常量、內置常量

變量是變化的量，常量則是不變的量。Python中沒有使用語法強制定義常量，有個例外，就是Python有少數的常量存在于內置命名空間中的內置常量，它們是

（1）False

bool類型的假值。給False賦值是非法的并且會引發SyntaxError異常提示。

（2）True

bool類型的真值。給True賦值是非法的并且會引發SyntaxError異常提示。

（3）None

NoneType類型的唯一值。None經常用于表示缺少值，當因為默認參數未傳遞給函數時。給None賦值是非法的并且會引發SyntaxError異常提示。

（4）NotImplemented

NotImplemented是個特殊值，它能被二元特殊方法返回（比如__eq__()、lt()、add()、rsub()等），表明某個類型沒有像其他類型那樣實現這些操作。同樣，它也可以被原地處理（in place）的二元特殊方法返回（比如__imul__()、iand()等）。還有，它的實際值為True。

（5）Ellipsis

Ellipsis是個特殊值，含義即“省略”，與省略號文字字面“...”相同。

（6）__debug__

如果Python沒有以-O選項啟動，則__debug__常量為真值。

（7）quit（code=None）、exit（code=None）

當打印此對象時，會打印出一條消息，例如“Use quit() or Ctrl-D(i.e.EOF) to exit”。當調用此對象時，將使用指定的退出代碼來引發SystemExit。

（8）copyright、credits

打印或調用的對象分別打印版權或作者的文本。

（9）license

當打印此對象時，會打印出一條消息“Type license() to see the full license text”。當調用此對象時，將以分頁形式顯示完整的許可證文本（每次顯示一屏）。

1.2.4 整數類型

1.整數的賦值

整數就是沒有小數部分的數字，Python的整數數據類型包括正整數、0和負整數，取值范圍則是無限的，不管多大或者多小的數字構成的整數，Python都能輕松處理。當所用數值超過計算機自身的計算能力時，Python會自動使用高精度計算。

【例1-7】整數的賦值。

運算結果：

從本例中可以看出，num1是一個看起來非常正常的整數，num2是一個極大的數字，num3則是一個很小的數字，Python都能正確輸出這3個變量，不會發生溢出，這說明Python對整數的處理能力非常強大。

2.整數的不同進制

整數可以使用多種進制來表示，常見的有十進制、二進制、八進制和十六進制等形式。

（1）十進制形式

平時常見的整數就是十進制形式，它由0～9共十個數字排列組合而成。需要注意的是，使用十進制形式的整數不能以0作為開頭，除非這個數值本身就是0。

（2）二進制形式

由0和1兩個數字組成，書寫時以0b或0B開頭。例如，0b101對應的十進制數是5。

（3）八進制形式

八進制整數由0～7共八個數字組成，以0o或0O開頭。注意，第一個符號是數字0，第二個符號是大寫或小寫的字母o。

（4）十六進制形式

由0～9十個數字以及A～F（或a～f）六個字母組成，書寫時以0x或0X開頭。

【例1-8】二進制、八進制、十六進制整數的使用。

運算結果：

本例的輸出結果都是十進制整數。

3.數字分隔符

為了提高數字的可讀性，允許使用下劃線“_”作為數字（包括整數和小數）的分隔符。通常每隔三個數字添加一個下劃線，類似于英文數字中的逗號。下劃線不會影響數字本身的值。

【例1-9】數字分隔符的使用。

運算結果：

1.2.5 小數、浮點數和復數類型

在高級編程語言中，小數通常以浮點數的形式存儲。浮點數和定點數是相對的，小數在存儲過程中，如果小數點發生移動，就稱為浮點數；如果小數點不動，就稱為定點數。Python只有一種小數類型，就是浮點數（float）。

Python中的小數有兩種書寫形式，即十進制形式和指數形式。

（1）十進制形式

平時看到的小數形式都是十進制形式，例如231.5、23.1、0.231。書寫小數時必須包含一個小數點，否則會被Python當作整數處理。

（2）指數形式

Python小數的指數形式的寫法為

其中，a為尾數部分，是一個十進制數；n為指數部分，是一個十進制整數；E或e是固定的字符，用于分割尾數部分和指數部分。整個表達式等價于a×10n。

指數形式的小數舉例：

1.8E4=1.8×104，其中1.8是尾數，4是指數。

2.5E-3=2.5×10-3，其中2.5是尾數，-3是指數。

0.3E4=0.3×104，其中0.3是尾數，4是指數。

只要寫成指數形式就是小數，即使它的最終值看起來像一個整數。如12E2等價于1200，但它是一個小數。

【例1-10】小數的應用。

運算結果：

從本例中可以看出，print在輸出浮點數時，會根據浮點數的長度和大小適當地舍去一部分數字，或者采用科學計數法。

復數（Complex）是Python的內置類型，直接書寫即可，不依賴于標準庫或者第三方庫。復數由實部（real）和虛部（imag）構成，在Python中，復數的虛部以j或者J作為后綴，具體格式為

其中，a表示實部，b表示虛部。

1.2.6 字符串及其基本操作

字符串（String）就是若干個字符的集合，Python中的字符串必須由雙引號""或者單引號＇＇引用，其雙引號和單引號沒有任何區別，具體格式為：

字符串的內容可以包含字母、標點、特殊符號、中文、日文、韓文等。

下面都是合法的字符串：

1.處理字符串中的引號

當字符串內容中出現引號時，用戶需要進行特殊處理，否則Python會解析出錯，例如：

由于上面字符串中包含了單引號，此時Python會將字符串中的單引號與第一個單引號配對，這樣就會把＇I＇當成字符串，而后面的m a doctor?。Ь妥兂闪硕嘤嗟膬热?，從而導致語法錯誤。

對于這種情況，一般有兩種處理方案：

（1）對引號進行轉義

在引號前面添加反斜杠“\”就可以對引號進行轉義，讓Python把它作為普通文本對待。

（2）使用不同的引號引用字符串

如果字符串內容中出現了單引號，那么我們可以使用雙引號引用字符串，反之亦然。

【例1-11】對引號進行轉義和使用不同的引號引用字符串。

運算結果：

2.字符串的換行

Python不是格式自由的語言，它對程序的換行、縮進都有嚴格的語法要求。要想換行書寫一個比較長的字符串，必須在行尾添加反斜杠“\”。Python也支持表達式添加反斜杠“\”的換行。

3.長字符串

Python長字符串由三個雙引號"""或者三個單引號＇＇＇引用，語法格式如下：

在長字符串中放置單引號或者雙引號不會導致解析錯誤。

4.轉義字符

對于ASCII編碼來說，0～31（十進制）范圍內的字符為控制字符，它們都是看不見的，不能在顯示器上顯示，甚至無法從鍵盤輸入，只能用轉義字符的形式來表示。不過直接使用ASCII碼記憶不方便，也不容易理解，所以針對常用的控制字符，Python語言定義了轉義字符方式，見表1-2。

轉義字符在書寫形式上由多個字符組成，但Python將它們看作是一個整體，表示一個字符。

此外，轉義字符以“\0”（是數字0，不是字母o）或者“\x”開頭的表示編碼值，前者表示跟八進制形式的編碼值，后者表示跟十六進制形式的編碼值，如\0dd或\xhh等，其中dd表示八進制數字，hh表示十六進制數字。

由于ASCII編碼共收錄了128個字符，\0和\x后面最多只能跟兩位數字，所以八進制形式\0并不能表示所有的ASCII字符，只有十六進制形式\x才能表示所有ASCII字符。

【例1-12】使用八進制、十六進制來顯示ASCII碼。

運算結果：

從本例中可以看出，字符C、E、G、I、K、M十六進制形式分別是43、45、47、49、4B、4D；字符1、3、5對應的ASCII碼八進制形式分別是61、63、65；“\t\t”表示2個<Tab>鍵位置。

1.2.7 數據類型轉換

Python已經為我們提供了多種可實現數據類型轉換的函數，見表1-3。需要注意的是，在使用類型轉換函數時，提供給它的數據必須是有意義的。