1.2 Python快速入門

從現在開始，我們就要進行Python編程了。在本節，你不需要知道我們編寫的代碼計算機是怎么執行的，只要關注代碼邏輯就可以了。我們通過一個個重要的知識點，如百米沖刺般沖向Python，并擁抱它。

接下來，你將看到Python的基礎語法，不需要動手寫代碼。如果你想跟著筆者編寫本節的代碼，記得去1.3節看看如何安裝Python。

1.2.1 print()

print()是Python的一個內置函數。學習Python，你第一個要學會的就是print()，因為它可以讓你輸出程序員橫空出世的第一聲“啼哭”：“hello world!”。

以上代碼的執行成功宣示著這個世界上又多了一位程序員。不過，在交互式編程環境下，我們并不需要借助print()來輸出信息：

因此，在交互式編程環境下，我們盡量不用或者少用print()，畢竟需要多打那么多字。但無論在腳本執行還是交互式編程環境下，想輸出過程數據，還是需要借助print()。比如，在for循環中，如果想看到每次循環處理的數據結果，就要使用print()。

print()可以輸出多個內容，我們只要在括號內用英文逗號將它們隔開就行。還可以寫一個sep并讓它“等于”一個字符，就會用這個字符把它們連接起來：

最后一行代碼中的\n是換行的意思。如果兩個print()一起執行，數據會顯示在兩行上，如果讓end“等于”一個字符，上一行輸出的值與下一行輸出的值會用這個字符連接起來：

鑒于我們剛開始學習，不能介紹太多關于print()的用法，如果你已經有一定的Python基礎了，可以通過https://www.gairuo.com/p/python-print瀏覽它的更多功能。

1.2.2 基本數據類型

數據是計算機存儲和處理的基本信息單元，它將我們要解決的原始問題素材以一定的結構形式抽象。Python內置定義了一些常見的數據結構形式，再通過這些數據結構衍生出眾多的數據結構。

Python內置的不需要借助內部或者外部庫的數據類型稱為基本數據類型，主要有數字、字符串、布爾、元組、列表、字典和集合等。表1-1給出了這些數據類型的說明與示例。

以上七大基本數據類型構成了Python編程的數據基座，也是執行效率最高的數據類型，它們的特性和支持的操作可以幫助我們解決很多現實問題，今后我們在自己定義的數據類型中會用到它們。

這里需要說明的是常用的布爾類型的True和False以及空類型的唯一值None。布爾類型表示邏輯真假，是數字類型的子類型，僅兩個值，即True和False，參與數字計算時分別按1和0處理。None是Python的一個特殊類型，它是一個常量，經常表示數據中的缺失值或者不存在的值。

關于Python完整的數據類型系統以及各個類型支持的操作，我們將在后文詳細介紹。

1.2.3 構造基本數據

由于基本數據類型會經常用到，為方便起見，Python可以讓我們直接寫出這些數據，或者提供了一些內置的函數來幫助我們構造這些類型的數據。接下來，我們在交互式編輯器中嘗試定義這些數據。

直接寫出數字就能構造相應的數字類型，也可以用內置的函數來構造數字類型：

字符串用引號包裹字符內容，也可以用內置函數str()來構造：

布爾類型直接寫True和False，或者用內置函數bool()將其他類型轉為布爾類型：

元組用圓括號包裹所有元素，元素之間用英文逗號分隔，如果只有一個元素，逗號不能省略。也可以用內置函數tuple()來構造元組。

列表和元組類似，但它用方括號包裹，可以用list()函數構造：

字典的每個元素是由鍵值對構成的，鍵與值用冒號分隔，每個元素用英文逗號分隔，最外層用花括號包裹。還有一種方法是用內置函數dict()中鍵值組成的“等式”來構造。

集合中的元素不能重復，如果指定的值有重復，它會舍棄重復的值。集合也用花括號包裹，但它與字典不同的是每個元素沒有鍵值結構。內置函數set()是構造集合的方法。

以上是基本數據類型的構造方法，要特別注意它們返回時的樣子，熟練掌握基本數據類型對于我們繼續學習非常重要。

1.2.4 賦值

有些數據非常大，為了方便操作這些數據，同時也為了引用更多的對象（指Python對象，這是一個面向對象編程中的概念，我們后面會反復提到），Python可以為數據起一個名字，后續在使用數據的時候只要提及這個名字就可以了。給數據（對象）起名字的過程叫作賦值。

我們來看以下操作：

a和b分別是數字1和2的名字，兩個等號并不是數學中的等于，而是賦值操作，a=1是一個賦值表達式。在后面的加法操作中直接使用a和b就可以分別引用數字1和2，得到最終的計算結果。

此外，名字引用的數據并不是一成不變的，可以隨時為其賦其他的數據，還可以將計算后的結果賦值給它們，甚至可以將名字賦值給其他名字。見以下代碼：

這些名字又稱為變量，它們自身并不存儲數據，只是指向所賦值的數據。命名有一定的要求，一般由非數字開頭的英文字母、數字、下劃線（_）組成，如果包含幾個單詞則用下劃線連接，因為名字不能包含空格。

1.2.5 注釋

注釋是以井號（#）開頭的內容，可以在行首，也可以在行中，井號后面至行末尾的所有內容就是注釋的內容。Python不會執行注釋里的內容。

注釋的目的是告訴別人和自己（沒錯，因為人會遺忘）代碼是干什么的，在上述構造數據類型的代碼中，我們使用了大量的注釋，包括交互模式中返回的內容我們也用井號標為注釋。

注釋還有個應用就是將暫時不用的代碼注釋掉以備后面使用，這在我們編寫代碼時非常有用。

以下代碼顯示了以上這幾種場景：

要注意的是，Python只有單行注釋，沒有多行注釋。以上代碼開頭用三引號包裹的代碼介紹文字并不是注釋，而是一個多行字符串，Python會執行，只是我們沒有給它起名字，后續不容易引用它。

1.2.6 流程控制

如果只有數據，那么程序就是一潭死水，無法實現我們要實現的邏輯。各種程序算法都需要按一定的流程對數據進行操作。Python提供了多種流程控制機制，讓我們能夠對數據方便地進行操控。表1-2列出了常用的流程控制操作。

靈活使用Python中的流程處理方法，能夠讓我們隨心所欲地處理各種數據，完成復雜的操作。接下來我們快速感受一下這些操作。

if else是基礎的流程控制語句，它的功能是如果滿足一定的條件則進行對應的操作，例如：

for循環對多個元素的內容一一進行處理，直到全部處理完。例如以下的range()函數是Python內置的從0開始的一個等差數列，for循環對其值一一處理，丟棄大于5的內容：

while建立一個循環，在滿足條件的情況下會無休止地執行循環，直到不滿足條件時才停止。以下程序在每一次循環中會對年齡增加1，當年齡不滿足條件“小于12歲”時停止執行，跳出循環。

break可以跳出循環。我們將上述代碼寫成一個死循環，然后設置條件跳出這個死循環，代碼如下：

當age大于11的時候，程序跳出了這個死循環，停止執行。

continue可以跳過本次循環，進入下一次循環：

break和continue除了在while循環中使用外還可以應用在其他類型的循環中。pass表示不做任何事情，也可以在編寫代碼時用于占位，后期再編寫對應位置的代碼。

while很容易編寫出死循環，因此對于有限長度的數據盡量用for循環來進行迭代。當然，很多應用程序其實是死循環，比如在電腦或者手機上運行的界面程序，除非你點擊關閉按鈕或者讓它退到后臺，否則它會永遠執行下去，這時候還是需要用while來編寫。

match case模式匹配是一個較新的功能，在后文中我們將詳細介紹。

1.2.7 函數

函數是真正的工具，它能夠幫助我們重復處理數據，就像計算器一樣，無論什么時候，只要我們輸入數字和符號，它總是能計算出結果。函數和數據一樣，也有一個名稱，有輸入的數據格式，即參數，還有按邏輯返回的結果，名稱、參數和返回結果是函數的三個重要元素。

Python內部提供了很多函數，前面講過的print()和range()以及構造數據類型的list()、str()、dict()等都可以認為是函數。調用函數時寫上函數的名稱然后寫一個括號，在括號里傳入參數，執行，就得到了函數的返回結果。

Python是用def關鍵字來定義函數的，比如我們定義一個加法計算器并調用：

用return關鍵字來引導函數返回的內容，如果不寫return語句，則返回的是None。

Python還允許定義匿名函數，也就是沒有名字的函數，這在一些簡單計算邏輯中很有用，可以讓我們快速給出計算規則。匿名函數由lambda關鍵字來定義，示例代碼如下：

上述代碼定義了一個函數，其中參數func是一個函數，用來定義參數a和b的計算方法，在調用這個函數時，由于我們的計算方法比較簡單，就使用匿名函數來定義計算方法。

1.2.8 類

Python中一切都是對象。這個說法你可能之前聽過，也可能這是第一次聽，但希望你時刻牢記這句話。對象（object）是一個非常抽象的概念，可以是一個數據結構、一個函數，甚至一段代碼。關于對象的概念我們將在后文中詳細介紹。

類（class）是產生對象的工具，或者可以稱作模板，就像我們做幻燈片時，最好有個幻燈片模板，這樣我們就能做出標準化的幻燈片，能夠保證制作幻燈片的效率。

Python使用關鍵字class來創建類，比如我們創建一個學生類，將來用這個類生成一個個具體的學生實例。

我們定義的學生類有一個姓名屬性，有say()和add()兩個方法，一個用來說話，一個用來做加法運算。接下來我們生成一個具體的學生實例，也就是所謂的實例化。

類還可以繼承（小學生繼承學生）、重寫方法（將加法重寫為10以內的加法）等，在今后的學習的我們會一一介紹。

1.2.9 模塊和包

Python自身提供了很多內置的模塊來增強其功能，而且眾多開發者還開發了數以百萬計的庫來解決各個領域的問題。

比如，要求一個弧度正弦值，Python內置的數學模塊math可以幫助我們，只要用import語句導入即可使用：

還可以在終端中通過pip命令安裝第三方庫，如通過pip install numpy命令安裝知名的矩陣運算庫來解決向量的計算問題。以下代碼用NumPy來完成向量的乘法：

在文件目錄下增加名為__init__.py的空文件，可作為包被導入使用。

1.2.10 小結

在本節，我們了解了Python的基礎能力，對Python的核心操作有了初步的認知。程序是由數據和算法組成的，Python為我們提供了7種基本數據類型，利用好這些基本數據類型，對于我們創建新的數據類型非常有幫助。

流程控制語句是程序的邏輯骨架，它可以串聯起數據，產生新的數據和操作，滿足我們對程序的控制。類是實現面向對象的特性的工具，它可以讓我們自己定義數據結構和功能，完成對現實問題的抽象。

本節中有些內容并不是很容易理解，但不用在意，這只是開始。有了初步的印象，我們就可以學習更深層次的Python內容。