4  变量和常用类型

本章节介绍Python中的变量和基础类型，完成本章之后，可以把Python当成计算器和草稿纸。本章没有要提交的课堂作业。

从这章起就要开始编程，有一件事要预先强调：所有语句中的符号都是英文，比如冒号，引号等等，达成中文符号是错误的一大来源。但vscode可能会提示你，后面大家会知道。

4.1 变量

前面说过，Python（或者其他编程语言）中的变量，和你数学课上的x, y, z是同类的概念。

正如前面的例子，Python使用等号=来为一个变量赋值

#%% 赋值与重新赋值
a = 1
a = 2
print(a)
2

假如这个变量a一开始不存在，那么赋值的同时，也会把这个变量创造出来。

对于Python语言，这个过程（不严格地说）大致是：

  1. （绑定）Python在电脑的内存空间找了一个空地，创建了一个对象(object)，存放了1这个值，然后把a这个名字，和这个对象绑定起来。
  2. （重绑定）当我们对变量a赋其他值的时候，如a = 2的时候，Python另外创建了一个对象，存放了2这个值，然后把a这个名字，重新绑定到这个新的对象上。
  3. （引用）变量名，就像一个内存中的对象的标签。引用这个名字，就是引用其表示的对象。

4.1.1 删除一个变量

使用del语句

#%% 删除变量
a = 1
del a
print(a)

因为变量a已经被我们删除了，所以你再次引用a的时候，Python会告诉你,

NameError: name 'a' is not defined

4.1.2 常见错误name not defined

NameError: name 'xxx' is not defined

这个错误要告诉你，xxx这个东西，python找不到。这可能是：

  1. 打错字。例如你要引用一个名字叫apple，但输入成了appla。vscode会有提示。
  2. 代码存放在其他地方，没有import，后面会讲。
  3. 引用了一个不存在的变量。

稍微解释下第3点：

  1. 一个重新启动的Python交互环境，可以理解为一片白纸（其实不是完全是）。
  2. 第一次执行a = 1语句之后，a这个变量才会存在。
  3. .py文件中，有a=1这个语句，如果你不执行一次，内存中也不会有a。

这表示，你只是打开一个.py文件，其实交互环境里面还是什么都没有， 这个时候print(a)，就会提示找不到a。

4.1.3 变量类型和动态语言

Python是一个“动态语言”，即Python的变量的类型是在运行过程中决定，或者说可以在运行中改变：你对这个变量赋什么值，这个变量就是什么类型。

查看变量类型的函数是type()

例如

#%% 动态类型
a = 1 
print(type(a))

a = 'apple' # 这里为a赋值了一个字符串
print(type(a))
<class 'int'>
<class 'str'>

显然，a先是一个整型int<class 'int'>，然后变成了一个字符串str<class 'str'>。 这和我们的赋值顺序是一样的。类型后面会详细说

注意：Python的变量类型是动态确定的。变量的类型不一定能从名字看出来，这是出错的一大来源。

4.2 数值

Python 3.x以后，数值类型有2种，整型int，和浮点型float。

顾名思义，整型可以理解为整数：

#%% 整型
a = 1
print(type(a))
<class 'int'>

而浮点型则可以理解为小数：

#%% 浮点型
a = 1.23
print(type(a))
<class 'float'>

特别地，a = 1.0是什么类型？

a = 1.0
print(type(a))
<class 'float'>

显然，a是浮点型：只要你赋值的时候有小数点。 这可能是因为：

  1. 这个变量客观上是个小数，只是“恰好”是1而已。
  2. 或者这个数被四舍五入，比如本来是1.0000001之类。

4.2.1 数值的运算

  1. 常见的操作包括加减乘除+, -, *, /等等，此处不再重复。

特别地，除法永远返回浮点类型：

a = 4 / 2
print(a)
print(type(a))
2.0
<class 'float'>
  1. 整除是//。若除数是整型，则返回整型；若除数是浮点型，则返回浮点型
5 // 2
2
5 // 2.0
2.0
  1. 取余%
5 % 2
1
  1. 乘方 \(2^3\)
2 ** 3
8

4.2.2 小练习

求二元一次方程的根：

\[ 2x^2 + 5x - 3 = 0 \]

答案是(-3, 0.5)

4.3 字符串String

创建字符串，可以使用单引号、双引号、三单引号和三双引号。其中三引号可以多行定义字符串。

  1. 字符串：可以使用单引号、双引号
#%% 字符串
a = 'apple' # 或者：a = "apple"
print(a)
apple
  1. 多行字符串：可以使用三个单引号，或者三个双引号。
a = '''Hello 
Python
'''
print(a)
Hello 
Python

特别的，多行字符串也可以充当多行的注释：只要你不把字符串赋予一个变量， 这串字符串就对你的程序逻辑没什么影响，这就成了另一种注释。

常用于在模块(.py)文件的开头或者函数（后面会说）的开头，但实际上任何地方都可以。

4.3.1 字符串的常用操作

  1. 连接字符串 +
a = 'Hello'
b = 'Python'
print(a + b)
HelloPython

注：可以连加：a + b + c + d

  1. 其他常用操作
a = 'Hello Python'

print('lo' in a) # in： 是否存在

print(a.find('th') )# find()：查找位置

print(a.replace('Python','Bob')) # replace()：替换

print(a.lower()) # 转为小写：lower()

print(a.upper()) # 转为大写：upper()

print(" apple pie ".strip()) # 去除头尾的不可见字符（包括空格）
True
8
Hello Bob
hello python
HELLO PYTHON
apple pie
  1. 切片：截取字符串的一部分

后面讲列表List会详细介绍

4.3.2 显示特殊字符：转义字符\

  1. “换行\n”
print("Hello\nPython")
Hello
Python
  1. 显示反斜杠、单引号、双引号等等

这些字符，本身已经是Python语法的一部分，要放在字符串中显示，需要转义，即在这个符号之前加反斜杠，如你要显示双引号，则可以使用\"。

print('反斜杠\\') # 反斜杠 \\
print('\"双引号\"') # 双引号 \'
print('\'单引号\'') # 单引号 \"
反斜杠\
"双引号"
'单引号'

如果一下子看不清楚，应该如何书写：

  1. 作为字符串最外侧的单引号，或者双引号，必须对称
a = ' '
  1. 在单引号，或者双引号内，写入你要的文字
a = 'HelloWorld'
  1. 把转义字符看成一个整体，插入其中，如\n
a = 'Hello\nWorld'
print(a)
Hello
World
  1. 插入斜杠等，也是一样

4.3.3 字符串格式化

我们往往需要把一个变量插入一行字符中，例如我们想显示变量a和b的值

#%% 简单加法
a = 1
b = 2
c = a + b
print(a)
print(b)
print(c)
1
2
3

会得到：

1
2
3

但问题是，你只看结果，其实分不清哪个是a，哪个是b，哪个是c。所以，我们更想要的是一句话，如

a的值是: 1
b的值是: 2
c的值是: 3

所以要用到字符串格式化，把变量和字符串混合。

#%% 简单加法
a = 1
b = 2
c = a + b
print('a的值是:{}\nb的值是:{}'.format(a,b))
a的值是:1
b的值是:2

解释一下：

  1. 首先,'a的值是:{}\nb的值是:{}'，是一个字符串对象（object），注意两边的单引号。
  2. Str.format()，是字符串类型的一个方法（method），也可以称之为“成员函数”：函数名+小括号。
  3. 一个对象的方法，粗略地理解是：someone.do_something()，某样东西做了一件什么事。
  4. Str.format()，这个方法即一个“字符串格式化了自己”。具体的做法，是把format()的参数，这里是a和b，按顺序填进原字符串中的大括号{}中。 5.注意，我们使用了换行符\n

实际上，把字符串对象赋值给变量，如msg，那么msg就成了字符串类型（或者说指向了一个字符串对象），所以也可以这么做：

msg = 'a的值是:{}\nb的值是:{}'
print(msg.format(a,b))
a的值是:1
b的值是:2

还可以按参数的顺序（第一个元素是0）：

msg = 'c的值是:{2}\na的值是:{0}\nb的值是:{1}'
print(msg.format(a,b,c))
c的值是:3
a的值是:1
b的值是:2

还有更简洁的办法”f-string”（需要python3.6版本或以上）

  1. 变量的开头（单引号或者双引号之前），加f，形成f''，即所谓”f-string”。
  2. 这种字符串在打印的时候，python会自动把对应的变量填充进去。
  3. 在中括号里直接填变量名
msg = f'a的值是:{a}\nb的值是:{b}'
print(msg)
a的值是:1
b的值是:2

实际上，你要在中括号里放其他python语句，例如其中做运算，也可以

msg = f'a + b的值是{a + b}'
print(msg)
a + b的值是3

如果只是要显示一个变量的名称，还有更简单的办法（需要Python 3.8或以上）

f{变量名=}

print(f'{a=}')
a=1

简单的数字格式化：变量后加{变量名:格式}

如只显示2位小数:0.2f

pi = 3.1415926535897
print(f"圆周率（保留2位小数）是{pi:0.2f}")
圆周率（保留2位小数）是3.14

如以百分数形式显示:%，保留2位小数是:.2%

z = 0.25
print(f"z是{z:.2%}")
z是25.00%

4.3.4 小练习

  1. 建立2个变量：name和id，分别赋值为你的姓名和学号。打印一个字符串，显示”学号:<你的学号>，姓名:<你的姓名>。”

  2. 圆的半径R=5，计算圆的面积area，并打印这句话，并保留2位小数：“半径为<圆的半径>的圆的面积是<圆的面积>”

4.4 布尔型Boolean

布尔型Boolean，也常简称为bool，逻辑关系，只有2个值：真True，或者假False（r colorize("注意区分大小写",'red')）

一般用于条件判断（详细见后）

a = 1
b = 2

if a > b:
  print("a is bigger")

4.4.1 简单布尔运算

对于不熟悉编程的同学可能有点抽象。

与 and，或or，非not

  1. 与 and，简称：“所有条件同时成立”（全部条件为True，会得到True；否则为False）

如：“学号是单数”，且“坐在班级前排的同学”

print(True and True)
print(False and True)
print(False and False)
True
False
False
  1. 或or，简称：“最少有一个条件成立”（最少一个条件为True，会得到True；全部条件为False，则得到False）
print(True or True)
print(False or True)
print(False or False)
True
True
False
  1. 非not：取反
print(not True)
print(not False)
False
True
  1. 举例：
a = 1
b = 2

a > b

(a > 1) and (b > 1)

(a > 1) or (b > 1)

not (b < 2)
True

r red("**注意**")：重点强调，必须留意运算符的优先级，先运算的部分要加括号！这和小学的数学运算是一样的。

4.5 None类型

空值，一切皆非。粗略地可以理解为一个“占位符”，例如一个不返回任何值的函数，以后遇到会再解释。

a = None
print(a)
None

4.6 简单类型转换

  1. 字符串和数值

字符串：可以表示词语、句子，可以拼接，组合 数字：可以运算

数字可以拼接吗？字符串可以做运算吗？

先转换一下类型

birth = "2001"

age = 2021 - birth
print(age)
TypeError: unsupported operand type(s) for -: 'int' and 'str'
NameError: name 'age' is not defined

一般而言，类型转换的函数，就是目标类型的名字。

把某个变量（如字符串str）转整型int，用函数int()，转为浮点是float()

birth = "2001"
age = 2021 - int(birth)
print(age)

age = 2021 - float(birth)
print(age)
20
20.0

显然反过来转换也是可以的，把某个变量转为字符串str()

print('Your age is ' + str(age))
Your age is 20.0
  1. 布尔型

（有逻辑学基础，可以快速过）

特别地，布尔型中，True可视为1，False可视为0。 因此我们可以把数字的运算套用在布尔型上。

r red("注意")：要保持代码的清晰性，一般不建议使用布尔型进行运算，除非你很明白自己在做什么。

a = True # True可视为1
print(a + 1)

b = False # False可视为0
print(b - 1)
2
-1

做条件判断的时候，0会判定为False，非0会判断为True，这个我们后面说条件语句的时候会说。

if -1:
  print('hello')
hello

4.7 Python的类型转换和类型错误

Python是一个“动态类型+强类型”语言

  1. 动态类型：

变量名运行时绑定，变量名只是一个可以撕掉和重新粘贴的标签。你为某个变赋值什么类型，这个变量就是什么类型，在运行时可以随你的赋值代码而改变。

  1. 强类型：

一般情况下，Python不会为你自动转换类型（不会“隐式类型转换”）。

如一个很热门的语言JavaScript，大家现在上网看到的多数网站，其页面都是js语言写的。

在js中，一个字符”0”加一个数字1，js会自动（隐式地）把后者转换为字符串，然后进行拼接。

"0" + 1; // "01"

这其实对你的代码质量（如类型的检验）提出了更高要求，比如你的本意可能是要2个数字相加。

但这段代码会在你毫无知觉的情况下，一直运行下去，导致你可能要在无数代码执行过后，才发现问题。

在Python中，则会报错TypeError错误。

'0' + 1
TypeError: must be str, not int

显然，这说的是一个str，只能和另一个str相加（串联），而不能是一个int。 这个时候你应该用“显式”的类型转换。

如果看到TypeError，检查你的变量类型。