Python的語法格式

Python是一種計算機編程語言，有著自己的一套語法格式。Python的語法格式非常簡單，采用縮進的方式：

# print absolute value of an integer:
a = 100
if a >= 0:
    print(a)
else:
    print(-a)

• 以#開頭的語句是注釋，解釋器會自動忽略。
• 當語句以：結束時，縮進的語句視為代碼塊。

縮進有利有弊，好處是強迫你寫出格式化的代碼，但沒有規定縮進是幾個空格還是tab。按照約定俗成的習慣，應該使用4個空格的縮進。
縮進的另一個好處是強迫你寫出縮進較少的代碼，你會傾向于把很長的一段代碼拆分成若干函數，從而得到縮進較少的代碼。
縮進的壞處就是“復制-粘貼”功能失效了，當我們重構代碼時，粘貼過去的代碼必須重新檢查縮進是否正確。此外，IDE很難像Java代碼那樣格式化Python代碼。

• Python程序是大小寫敏感的，如果寫錯了大小寫，程序會報錯。

Python的數據類型

在Python中，能夠直接處理的數據類型有以下幾種：

整數

Python可以處理任意大小的整數，當然包括負整數，在程序中的表示方法和數學上的寫法一模一樣，例如：1，100，-8080，0，等等。

計算機由于使用二進制，所以，有時候用十六進制表示整數比較方便，十六進制用0x前綴和0-9，a-f表示，例如：0xff00，0xa5b4c3d2，等等。

浮點數

浮點數也就是小數，之所以稱為浮點數，是因為按照科學記數法表示時，一個浮點數的小數點位置是可變的，比如，1.23x109和12.3x108是完全相等的。浮點數可以用數學寫法，如1.23，3.14，-9.01，等等。但是對于很大或很小的浮點數，就必須用科學計數法表示，把10用e替代，1.23x109就是1.23e9，或者12.3e8，0.000012可以寫成1.2e-5，等等。

整數和浮點數在計算機內部存儲的方式是不同的，整數運算永遠是精確的（除法難道也是精確的？是的！），而浮點數運算則可能會有四舍五入的誤差。

字符串

字符串是以單引號'或雙引號"括起來的任意文本，比如'abc'，"xyz"等等。請注意，''或""本身只是一種表示方式，不是字符串的一部分，因此，字符串'abc'只有a，b，c這3個字符。如果'本身也是一個字符，那就可以用""括起來，比如"I'm OK"包含的字符是I，'，m，空格，O，K這6個字符。

如果字符串內部既包含'又包含"怎么辦？可以用轉義字符\來標識，比如：

'I\'m \"OK\"!'

表示的字符串內容是：

I'm "OK"!

轉義字符\可以轉義很多字符，比如\n表示換行，\t表示制表符，字符\本身也要轉義，所以\\表示的字符就是\，可以在Python的交互式命令行用print()打印字符串看看：

>>> print('I\'m ok.')
I'm ok.
>>> print('I\'m learning\nPython.')
I'm learning
Python.
>>> print('\\\n\\')
\
\

如果字符串里面有很多字符都需要轉義，就需要加很多\，為了簡化，Python還允許用r''表示''內部的字符串默認不轉義，可以自己試試：

>>> print('\\\t\\')
\       \
>>> print(r'\\\t\\')
\\\t\\

如果字符串內部有很多換行，用\n寫在一行里不好閱讀，為了簡化，Python允許用'''...'''的格式表示多行內容，可以自己試試：

>>> print('''line1
... line2
... line3''')
line1
line2
line3

上面是在交互式命令行內輸入，注意在輸入多行內容時，提示符由>>>變為...，提示你可以接著上一行輸入。如果寫成程序，就是：

print('''line1
line2
line3''')

多行字符串'''...'''還可以在前面加上r使用，請自行測試。

布爾值

布爾值和布爾代數的表示完全一致，一個布爾值只有True、False兩種值，要么是True，要么是False，在Python中，可以直接用True、False表示布爾值（請注意大小寫），也可以通過布爾運算計算出來：

>>> True
True
>>> False
False
>>> 3 > 2
True
>>> 3 > 5
False

布爾值可以用and、or和not運算。

and運算是與運算，只有所有都為True，and運算結果才是True：

>>> True and True
True
>>> True and False
False
>>> False and False
False
>>> 5 > 3 and 3 > 1
True

or運算是或運算，只要其中有一個為True，or運算結果就是True：

>>> True or True
True
>>> True or False
True
>>> False or False
False
>>> 5 > 3 or 1 > 3
True

not運算是非運算，它是一個單目運算符，把True變成False，False變成True：

>>> not True
False
>>> not False
True
>>> not 1 > 2
True

布爾值經常用在條件判斷中，比如：

if age >= 18:
    print('adult')
else:
    print('teenager')

空值

空值是Python里一個特殊的值，用None表示。None不能理解為0，因為0是有意義的，而None是一個特殊的空值。

此外，Python還提供了列表、字典等多種數據類型，還允許創建自定義數據類型，我們后面會繼續講到。

變量

變量的概念基本上和初中代數的方程變量是一致的，只是在計算機程序中，變量不僅可以是數字，還可以是任意數據類型。

變量在程序中就是用一個變量名表示了，變量名必須是大小寫英文、數字和_的組合，且不能用數字開頭，比如：

a = 1

變量a是一個整數。

t_007 = 'T007'

變量t_007是一個字符串。

Answer = True

變量Answer是一個布爾值True。

在Python中，等號=是賦值語句，可以把任意數據類型賦值給變量，同一個變量可以反復賦值，而且可以是不同類型的變量，例如：

a = 123 # a是整數
print(a)
a = 'ABC' # a變為字符串
print(a)

這種變量本身類型不固定的語言稱之為動態語言，與之對應的是靜態語言。靜態語言在定義變量時必須指定變量類型，如果賦值的時候類型不匹配，就會報錯。例如Java是靜態語言，賦值語句如下（// 表示注釋）：

int a = 123; // a是整數類型變量
a = "ABC"; // 錯誤：不能把字符串賦給整型變量

和靜態語言相比，動態語言更靈活，就是這個原因。

請不要把賦值語句的等號等同于數學的等號。比如下面的代碼：

x = 10
x = x + 2

如果從數學上理解x = x + 2那無論如何是不成立的，在程序中，賦值語句先計算右側的表達式x + 2，得到結果12，再賦給變量x。由于x之前的值是10，重新賦值后，x的值變成12。

最后，理解變量在計算機內存中的表示也非常重要。當我們寫：

a = 'ABC'

時，Python解釋器干了兩件事情：

在內存中創建了一個'ABC'的字符串；

在內存中創建了一個名為a的變量，并把它指向'ABC'。

也可以把一個變量a賦值給另一個變量b，這個操作實際上是把變量b指向變量a所指向的數據，例如下面的代碼：

a = 'ABC'
b = a
a = 'XYZ'
print(b)

常量

所謂常量就是不能變的變量，比如常用的數學常數π就是一個常量。在Python中，通常用全部大寫的變量名表示常量：

PI = 3.14159265359

但事實上PI仍然是一個變量，Python根本沒有任何機制保證PI不會被改變，所以，用全部大寫的變量名表示常量只是一個習慣上的用法，如果你一定要改變變量PI的值，也沒人能攔住你。

最后解釋一下整數的除法為什么也是精確的。在Python中，有兩種除法，一種除法是/：

>>> 10 / 3
3.3333333333333335

/除法計算結果是浮點數，即使是兩個整數恰好整除，結果也是浮點數：

>>> 9 / 3
3.0

還有一種除法是//，稱為地板除，兩個整數的除法仍然是整數：

>>> 10 // 3
3

你沒有看錯，整數的地板除//永遠是整數，即使除不盡。要做精確的除法，使用/就可以。

因為//除法只取結果的整數部分，所以Python還提供一個余數運算，可以得到兩個整數相除的余數：

>>> 10 % 3
1

無論整數做//除法還是取余數，結果永遠是整數，所以，整數運算結果永遠是精確的。

字符串和編碼

在最新的Python 3版本中，字符串是以Unicode編碼的，也就是說，Python的字符串支持多語言，例如：

>>> print('包含中文的str')
包含中文的str

對于單個字符的編碼，Python提供了ord()函數獲取字符的整數表示，chr()函數把編碼轉換為對應的字符：

>>> ord('A')
65
>>> ord('中')
20013
>>> chr(66)
'B'
>>> chr(25991)
'文'

如果知道字符的整數編碼，還可以用十六進制這么寫str：

>>> '\u4e2d\u6587'
'中文'

兩種寫法完全是等價的。

由于Python的字符串類型是str，在內存中以Unicode表示，一個字符對應若干個字節。如果要在網絡上傳輸，或者保存到磁盤上，就需要把str變為以字節為單位的bytes。

Python對bytes類型的數據用帶b前綴的單引號或雙引號表示：

x = b'ABC'

要注意區分'ABC'和b'ABC'，前者是str，后者雖然內容顯示得和前者一樣，但bytes的每個字符都只占用一個字節。

以Unicode表示的str通過encode()方法可以編碼為指定的bytes，例如：

>>> 'ABC'.encode('ascii')
b'ABC'
>>> '中文'.encode('utf-8')
b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
>>> '中文'.encode('ascii')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 0-1: ordinal not in range(128)

純英文的str可以用ASCII編碼為bytes，內容是一樣的，含有中文的str可以用UTF-8編碼為bytes。含有中文的str無法用ASCII編碼，因為中文編碼的范圍超過了ASCII編碼的范圍，Python會報錯。

在bytes中，無法顯示為ASCII字符的字節，用\x##顯示。

反過來，如果我們從網絡或磁盤上讀取了字節流，那么讀到的數據就是bytes。要把bytes變為str，就需要用decode()方法：

>>> b'ABC'.decode('ascii')
'ABC'
>>> b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8')
'中文'

要計算str包含多少個字符，可以用len()函數：

>>> len('ABC')
3
>>> len('中文')
2

len()函數計算的是str的字符數，如果換成bytes，len()函數就計算字節數：

>>> len(b'ABC')
3
>>> len(b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87')
6
>>> len('中文'.encode('utf-8'))
6

可見，1個中文字符經過UTF-8編碼后通常會占用3個字節，而1個英文字符只占用1個字節。

在操作字符串時，我們經常遇到str和bytes的互相轉換。為了避免亂碼問題，應當始終堅持使用UTF-8編碼對str和bytes進行轉換。

由于Python源代碼也是一個文本文件，所以，當你的源代碼中包含中文的時候，在保存源代碼時，就需要務必指定保存為UTF-8編碼。當Python解釋器讀取源代碼時，為了讓它按UTF-8編碼讀取，我們通常在文件開頭寫上這兩行：

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

第一行注釋是為了告訴Linux/OS X系統，這是一個Python可執行程序，Windows系統會忽略這個注釋；

第二行注釋是為了告訴Python解釋器，按照UTF-8編碼讀取源代碼，否則，你在源代碼中寫的中文輸出可能會有亂碼。

申明了UTF-8編碼并不意味著你的.py文件就是UTF-8編碼的，必須并且要確保文本編輯器正在使用UTF-8 without BOM編碼.
如果.py文件本身使用UTF-8編碼，并且也申明了# -- coding: utf-8 --，打開命令提示符測試就可以正常顯示中文。

格式化

最后一個常見的問題是如何輸出格式化的字符串。我們經常會輸出類似'親愛的xxx你好！你xx月的話費是xx，余額是xx'之類的字符串，而xxx的內容都是根據變量變化的，所以，需要一種簡便的格式化字符串的方式。

py-str-format

在Python中，采用的格式化方式和C語言是一致的，用%實現，舉例如下：

>>> 'Hello, %s' % 'world'
'Hello, world'
>>> 'Hi, %s, you have $%d.' % ('Michael', 1000000)
'Hi, Michael, you have $1000000.'

你可能猜到了，%運算符就是用來格式化字符串的。在字符串內部，%s表示用字符串替換，%d表示用整數替換，有幾個%?占位符，后面就跟幾個變量或者值，順序要對應好。如果只有一個%?，括號可以省略。

常見的占位符有：

%d  整數
%f  浮點數
%s  字符串
%x  十六進制整數

其中，格式化整數和浮點數還可以指定是否補0和整數與小數的位數：

>>> '%2d-%02d' % (3, 1)
' 3-01'
>>> '%.2f' % 3.1415926
'3.14'

如果你不太確定應該用什么，%s永遠起作用，它會把任何數據類型轉換為字符串：

>>> 'Age: %s. Gender: %s' % (25, True)
'Age: 25. Gender: True'

有些時候，字符串里面的%是一個普通字符怎么辦？這個時候就需要轉義，用%%來表示一個%：

>>> 'growth rate: %d %%' % 7
'growth rate: 7 %'