- 細說Python編程：從入門到科學計算
- 凌峰 韓曉泉編著
- 4299字
- 2024-12-27 21:39:28
2.6 數據類型
數據類型主要有整數型、浮點型、復數型、字節型、布爾型、字符串型6種，開發人員應該牢固掌握這些數據類型，只有這樣才能減少在編寫程序時犯的錯誤。
2.6.1 整數型
整數型（int）數據就是沒有小數部分的數字，Python中的整數包括正整數、0和負整數，不同于強類型的編程語言，它的整數不分類型，或者說它只有一種類型的整數。Python整數的取值范圍是無限的，無論多大或者多小的數字，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會自動轉用高精度計算（大數計算）。
提示
強類型的編程語言會提供多種整數類型，每種類型的長度都不同，能容納的整數的大小也不同，開發者要根據實際數字的大小選用不同的類型。例如C語言提供了short、int、long、long long 4種類型的整數，它們的長度依次遞增，初學者在選擇整數類型時往往比較迷惑。
【例2-18】 整數類型應用示例。
輸入如下代碼：
# 將21賦值給w
w = 21
print(w)
print(type(w))
# 給y賦一個很大的值
y = 9999999999999999
print(y)
print(type(y))
# 給z賦一個很小的值
z = -76543399988777779
print(z)
print(type(z))
運行結果如下：
21
<class 'int'>
9999999999999999
<class 'int'>
-76543399988777779
<class 'int'>
y是一個極大的數字，z是一個很小的數字，Python都能正確輸出，不會發生溢出，這說明Python對整數的處理能力非常強大。無論對于多大或者多小的整數，Python只用一種類型存儲，就是int。
在Python中，可以使用多種進制來表示整數。
（1）十進制。平時常見的整數就是十進制形式，它由0～9共10個數字排列組合而成。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。由0和1兩個數字組成，書寫時以0b或0B開頭。例如，101對應的十進制數是5。
（3）八進制。八進制整數由0～7共8個數字組成，以0o或0O開頭。注意，第一個是數字0，第二個是大寫或小寫的字母O。
（4）十六進制。由0～9共10個數字以及A～F（或a～f）6個字母組成，書寫時以0x或0X開頭。
【例2-19】 不同進制數據Python代碼應用示例。
嘗試輸入如下代碼：
#二進制
bin1 = 0b101
print('bin1Value: ', bin1)
bin2 = 0B110
print('bin2Value: ', bin2)
#八進制
oct1 = 0o26
print('oct1Value: ', oct1)
oct2 = 0O41
print('oct2Value: ', oct2)
#十六進制
hex1 = 0x45
hex2 = 0x4Af
print("hex1Value: ", hex1)
print("hex2Value: ", hex2)
運行結果如下：
bin1Value: 5
bin2Value: 6
oct1Value: 22
oct2Value: 33
hex1Value: 69
hex2Value: 1199
為了提高數字的可讀性，Python 3.x允許使用下畫線“_”作為數字（包括整數和小數）的分隔符。通常每隔3個數字添加一個下畫線，類似于英文數字中的逗號。下畫線不會影響數字本身的值。
【例2-20】 數字分隔符應用示例。
輸入如下代碼：
pi = 3.141_159_265_3
c = 299_792_458
print('圓周率 = {}'.format(pi))
print('光速 = {} m/s'.format(c))
運行結果如下：
圓周率 = 3.1411592653
光速 = 299792458 m/s
2.6.2 浮點型
在編程語言中，小數通常以浮點數（float）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中的小數有兩種書寫形式：aEn或aen。中間的字母e大小寫都可以，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乘以10的n次方。
注意
只要寫成指數形式，就表示小數，即使它的最終值看起來像一個整數。例如14E3等價于14000，但14E3是一個小數。
提示
Python只有float一種小數類型。C語言有float和double兩種小數類型，float能容納的小數范圍比較小，double能容納的小數范圍比較大。
【例2-21】 浮點類型應用示例。
輸入如下代碼：
a = 25.5
print("a : ", a)
print("Type a : ", type(a))
b = 0.6789123456
print("b : ", b)
print("Type b : ", type(b))
c = 0.00000000000000000000000957
print("c : ", c)
print("Type c: ", type(c))
d = 987654321123456789.789
print("d : ", d)
print("Type d : ", type(d))
e = 34e5
print("e: ", e)
print("Type e : ", type(e))
運行結果如下：
a : 25.5
Type a : <class 'float'>
b : 0.6789123456
Type b : <class 'float'>
c : 9.57e-24
Type c: <class 'float'>
d : 9.876543211234568e+17
Type d : <class 'float'>
e: 3400000.0
Type e : <class 'float'>
2.6.3 復數型
復數（complex）是Python的內置類型，直接書寫即可。換句話說，Python語言本身就支持復數，而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：a + bj。
【例2-22】 復數類型應用示例。
輸入如下代碼：
# 內置函數生成復數
com1 = complex(12, 102)
print(com1)
# 定義生成復數
com2 = 12 + 102j
print(com2)
# 復數計算
print('com1 + com2 = {}'.format(com1 + com2))
print('com1 * com2 = {}'.format(com1 * com2))
運行結果如下：
(12+102j)
(12+102j)
com1 + com2 = (24+204j)
com1 * com2 = (-10260+2448j)
2.6.4 字節型
bytes只負責以字節序列的形式（二進制形式）存儲數據，至于這些數據到底表示什么內容（字符串、數字、圖片、音頻等），完全由程序的解析方式決定。如果采用合適的字符編碼方式（字符集），bytes可以恢復成字符串；反之亦然，字符串也可以轉換成bytes。
bytes是Python 3.x新增的類型。bytes只是簡單地記錄內存中的原始數據，至于如何使用這些數據，bytes并不在意，bytes并不約束使用方式。bytes類型的數據非常適合在互聯網上傳輸，可以用于網絡通信編程；bytes也可以用來存儲圖片、音頻、視頻等二進制格式的文件。
字符串和bytes存在著千絲萬縷的聯系，可以通過字符串來創建bytes對象，或者說將字符串轉換成bytes對象。有以下3種方法可以實現：
（1）如果字符串的內容都是ASCII字符，那么直接為字符串添加b前綴就可以轉換成bytes。
（2）bytes是一個類，調用它的構造方法，也就是bytes()，可以將字符串按照指定的字符集轉換成bytes；如果不指定字符集，那么默認采用UTF-8。
（3）字符串本身有一個encode()方法，該方法專門用來將字符串按照指定的字符集轉換成對應的字節串；如果不指定字符集，那么默認采用UTF-8。
【例2-23】 使用不同方式創建bytes對象示例。
輸入如下代碼：
#通過構造函數創建空 bytes
b1 = bytes()
#通過空字符串創建空 bytes
b2 = b''
#通過b前綴將字符串轉換成 bytes
b3 = b'I love python/'
print("b3: ", b3)
print(b3[3])
print(b3[7:22])
#為 bytes()方法指定字符集
b4 = bytes('大家好', encoding='UTF-8')
print("b4: ", b4)
#通過 encode()方法將字符串轉換成 bytes
b5 = "大家好".encode('UTF-8')
print("b5: ", b5)
運行結果如下：
#通過構造函數創建空 bytes
b1 = bytes()
#通過空字符串創建空 bytes
b2 = b''
#通過b前綴將字符串轉換成 bytes
b3 = b'I love python/'
print("b3: ", b3)
print(b3[3])
print(b3[7:22])
#為bytes()方法指定字符集
b4 = bytes('大家好', encoding='UTF-8')
print("b4: ", b4)
#通過encode()方法將字符串轉換成 bytes
b5 = "大家好".encode('UTF-8')
print("b5: ", b5)
從運行結果可以發現，對于非ASCII字符，print輸出的是它的字符編碼值（十六進制形式），而不是字符本身。非ASCII字符一般占用2字節以上的內存，而bytes是按照單字節來處理數據的，所以不能一次處理多字節。
2.6.5 布爾型
類似于其他編程語言，Python提供了布爾（bool）類型來表示True或False，比如比較算式5>3，在程序世界稱為真，Python使用True來代表；再比如比較算式4>20，在程序世界稱為假，Python使用False來代表。True和False是Python中的關鍵字，當作為Python代碼輸入時，一定要注意字母的大小寫，否則解釋器會報錯。
值得一提的是，布爾類型可以被作為整數對待，即True相當于整數值1，False相當于整數值0。
【例2-24】 布爾類型運算示例。
輸入如下代碼：
a = False + 10
b = True + 10
print('a = {}'.format(a))
print('b = {}'.format(b))
運行結果如下：
a = 10
b = 11
這里只是說明在Python中布爾類型可以這么使用，但不建議這么使用。
總的來說，布爾類型就是用于代表某個事情的真或假，如果這個事情是正確的，用True（或1）表示；如果這個事情是錯誤的，用False（或0）表示。
布爾類型在循環和判斷語句中將大顯身手，請看下面的例子。
【例2-25】 布爾類型真假示例。
輸入如下代碼：
print('me' == 'you')
print('100' == 100)
print(2 < 1)
print(4 > 2)
print('me' != 'you')
運行結果如下：
False
False
False
True
True
2.6.6 字符串型
所謂字符串，就是由零個或多個字符組成的有限序列，若干個字符的集合就是一個字符串（string）。Python中的字符串必須由雙引號""或者單引號''包圍，具體格式如下：
"字符串內容"
'字符串內容'
字符串的內容可以包含字母、標點、特殊符號、中文、韓文等全世界的所有文字。
Python字符串中的雙引號和單引號沒有任何區別，而有些編程語言的雙引號字符串可以解析變量。以下字符串都是符合Python語法的字符串：
'我愛Python'
'www.hao123.com'
'love1314'
'3.141592653'
上面介紹了Python字符串的定義和構成，下面對Python字符串中的一些常見問題和用法進行講解。
1．字符串中的引號
當字符串內容中出現引號時，需要進行特殊處理，否則Python會解析出錯，譬如下面的一行代碼：
'I'm a good person!'
由于上面的字符串中包含單引號，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 great person!就變成了多余的內容，從而導致語法錯誤。對于這種情況，有以下兩種處理方案：
1）使用不同的引號包圍字符串
如果字符串內容中出現了單引號，那么可以使用雙引號包圍字符串，反之亦然。譬如以下代碼：
2）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，譬如以下代碼：
str1 = 'I\'m a good person!'
str2 = "引文雙引號是\"，中文雙引號是""
print(str1)
print(str2)
以上兩種處理方法運行結果相同，如下所示：
I'm a good person!
引文雙引號是"，中文雙引號是“。
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“\”。
【例2-26】 字符串轉換應用示例。
輸入如下代碼：
運行結果如下：
I love Python. I Love Coding. I Love Monday.
可以看出“\”對一行長代碼進行了換行顯示。
換行在之前簡單介紹過，這里再使用字符串進行代碼實踐，希望讀者對這種用法能有自己的理解，熟練掌握。
3．長字符串
所謂長字符串，就是可以直接換行（不用加反斜杠“\”）書寫的字符串。Python長字符串由3個雙引號"""或者3個單引號'''包圍，語法格式如下：
"""長字符串內容"""
'''長字符串內容'''
在長字符串中放置單引號或者雙引號不會導致解析錯誤。如果長字符串沒有賦值給任何變量，那么這個長字符串就不會起任何作用，和一段普通的文本無異，相當于被注釋掉了。
當程序中有大段文本內容需要定義成字符串時，優先推薦使用長字符串形式，因為這種形式非常強大，可以在字符串中放置任何內容，包括單引號和雙引號。
【例2-27】 長字符串應用示例。
輸入如下代碼：
運行結果如下：
黃山境內分為溫泉、云谷、玉屏、北海、松谷、釣橋、浮溪、洋湖、福固9個管理區，有千米以上高峰88座，
黃山境內有大量的文化遺存，如古蹬道、古楹聯、古橋、古亭、古寺、古塔等。
另有現存摩崖石刻300余處。
長字符串中的換行、空格、縮進等空白符都會原樣輸出，所以以上代碼的輸出就是“long_str”這個長字符串原有的格式。
4．Python原始字符串
Python字符串中的反斜杠“\”有著特殊的作用，就是轉義字符。轉義字符有時會帶來一些麻煩，例如要表示一個包含Windows路徑D:\Program Files\Python 3.10\python.exe的字符串，在Python程序中不能直接這樣輸入，無論是普通字符串還是長字符串。
因為“\”的特殊性，需要對字符串中的每個“\”都進行轉義，也就是寫成D:\\Program Files\\Python 3.10\\python.exe這種形式才行。這種寫法需要特別謹慎，稍有疏忽就會出錯。為了解決轉義字符的問題，Python支持原始字符串。在原始字符串中，“\”不會被當作轉義字符，所有的內容都保持“原汁原味”的樣子。
在普通字符串或者長字符串的開頭加上r前綴，就變成了原始字符串，具體格式如下：
str1 = r'原始字符串內容'
str2 = r"""原始字符串內容"""
以剛才的Windows環境路徑為例進行代碼實戰。
【例2-28】 Windows環境路徑應用示例。
輸入如下代碼：
ori_str = r'D:\Program Files\Python 3.10\python.exe'
print(ori_str)
運行結果如下：
D:\Program Files\Python 3.10\python.exe
如果普通格式的原始字符串中出現引號，程序同樣需要對引號進行轉義，否則Python照樣無法對字符串的引號精確配對；但是和普通字符串不同的是，此時用于轉義的反斜杠會變成字符串內容的一部分。
注意
Python原始字符串中的反斜杠仍然會對引號進行轉義，因此原始字符串的結尾處不能是反斜杠，否則字符串結尾處的引號會被轉義，導致字符串不能正確結束。
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