Python數據類型、運算符、變數

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無特別說明情況下，圖文均原創（題圖: Pexels）

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這是我面向小白寫的 Python 編程教程的第四篇。拿勺子同學當小白鼠講過一遍後，就把修改完的講義發到?影子練習SinanTalk?上來啦。

從這一節開始，我們將進入正式的 Python 學習。絕大多數網上編程教程都直接從這一節的內容開始，我之所以選擇在前面鋪墊那麼久，一是遵循人腦的自然學習規律——在猛扎進細節中前先建立對大畫面的認知理解；二是作為走過這條自學路的人，我會希望當初的自己也得到過這樣的指點。

在具體內容前，重複兩條很多人都說過的學習編程最好的方式：

跟著教程或源碼敲代碼，出錯了可以立即得到反饋，甚至應該故意實驗一些可能出錯的指令，可以獲得最佳編程學習效果。學習時故意出些錯總比未來在一堆代碼里無意中埋下 bug 好久解決不掉要好得多。

關鍵概念記英文原版。中文只是翻譯參考。

程序是什麼

在上一節《工程師的腦子和普通人不一樣》中，我曾把程序員比做寫菜譜的人，計算機只是個規規矩矩炒菜的，一個程序就像一份菜譜，演算法其實就是那份菜譜里描述做菜的步驟……還可以再學一個更專業抽象的說法：程序即為執行一次計算的一系列指令。

Program:a sequence of instructionsthat specifies how to perform a computation.

這裡的指令指的是什麼呢？

用任一程序語言寫的任一程序，都完全可以只由以下五種指令組成：

輸入 input

輸出 output

數學計算 math

條件控制 conditional execution

重複 repetition

只要掌握這五類指令，就可以寫出任何程序——其實很好理解，雖然菜的品類無數，但並不存在煎炸烤炒燉煮拌不能搞定的菜(有這樣還搞不定的菜嗎？)

值與類型

Value值

值即為在編程中所用數據的基本單位。主要包括兩大類：數字 (number)與字元串 (string)。

數字進一步可以分為3種類型（還有一類複數，但很少用到，此處不提）：

整型(integer)，即整數，如 4, 7, 101

浮點型(floating point)，即帶小數點的數字，如 2.5, 5.0, 3.14

布爾值(boolean)，說是數字其實更像邏輯數據類型，只包括True/False兩個值（書寫固定，開頭大寫）；但可以和其他數字一起進行數學運算，此時 True = 1, False = 0.

字元串是一串由引號（單引號或雙引號皆可，但同一對引號需統一單雙）圍起的字元，如,,。注意，a. 當數字加上引號時就成字元串了，不再具備數字值的特性了（比如可以進行數學運算）；b. 引號內可加空格可加標點，都可以構成字元串的一部分。

Type類型

類型是值的分類(理解成值的屬性也行)。我們在上面已經看到 Python 幾大基本類型的一部分了：整型、浮點型、布爾值與字元串。想要知道某個值或變數（下面會講到）的類型，可以用內置函數來問 Python:

在後面幾節我們還會接著學習列表 (list)、元組 (tuple)、字典 (dictionary)、集合 (set) 等更多類型。

運算符

Python 中的運算符 (operator) 主要用在數學運算上，和通用的算術運算符號大體相同。被運算符連接的值可稱為運算數 (operand)。

在這兒通過交互模式來看一下用法：

除了用在數字上，有兩個運算符還可以用在字元串上：,. 猜一猜加號和乘號會在字元串上產生什麼效果呢？

通過將多個字元串順序連接起來的操作被稱為字串串接(string concatenation)，非常常用；通過把一個字元串複製多次的操作倒沒什麼專用說法 (可以稱為 string multiplication)，用的不多，不過需要注意字元串只能與整型相乘，字元串之間不能相乘。

像這樣，一個運算符可以同時用於一個以上數據類型 (type) 的現象被稱為重載(overloading)。比如，可以同時用在數字和字元串上。並不是所有編程語言都支持運算符的重載。除了運算符，之後我們還會接觸到函數重載 (function overloading)。

至於有多個運算符同時存在時該遵從什麼運算順序的問題，和數學計算相同。不確定的時候就用括弧明確優先順序即可。

變數

光有值還不夠用，我們還需要變數(variable)。變數自身不能單獨存在。變數用來存儲、命名值，是其代表的一個值的名字。當我們給變數賦值時，會用到賦值語句(assignment statement)：

關於 Python 中變數與值的關係，我沒見過比 David Goodger 講得更好的了，此處就借用下他的例子和插圖吧。

Python 中的變數就像是其綁定的值的姓名標籤。如，當給變數 a 賦值 1 時，，1 這個整數就綁了 a 的標籤， 並且 1 會在內存里佔一個位置：

當你重新給 a 賦新值 2 時，，就等於把這個標籤移到 2 身上了，2 此時也會在內存里佔一個位置：

此時你無法再通過 a 來找到 1 了。如果 1 沒有綁定任何其他標籤（變數）的話，那 1 就不會再在內存里佔位置了。

如果你創建一個新變數 b，並用 a 來給 b 賦值，其實等同於在 2 身上綁了兩個姓名標籤，通過 a 或 b 都可以找到 2:

並不是所有編程語言里的變數都是值的「姓名標籤」。

變數的命名

Python 變數命名的規則不複雜，可以是：

字母組合，如 a, foo, val, counter

字母與數字組合，如 dict1, list2

可以加下劃線，如 is_even, max_val2

但不能以數字開頭

習慣性以小寫字母命名

不可以用 Python 保留字／關鍵字 (keywords) 來命名變數

Python 保留字／關鍵字都有哪些呢？可以在交互模式下輸入：

當你在文本編輯器或 IDE 中編程時，Python 保留字會自動呈現不同的顏色，所以一開始也不用背保留字列表。每個保留字都非常常用，之後很快會在實踐中熟悉。

雖然變數命名並不複雜，但這不僅關係到 style，還關係到代碼的易讀性，因此最好起個易懂易記易區分並符合邏輯的名字，比如，我給字元串起名的話，明顯比要合理得多。

表達式與語句

Python 表達式 (expression) 是值、變數與運算符的組合。一個值或變數本身也可以構成一個表達式。

Expressions: a combination of values, variables and operators.

剛開始接觸 Python 編程的新手可能都遇到過這個困惑，為什麼有些代碼可以在互動式編程 (interactive programming) 模式下直接返回結果，但腳本式編程 (script programming) 時就不會返回結果呢？這其實是 Python 表達式在解釋器 (interpreter) 中的不同行為。當你在解釋器的提示符 (prompt) ——就是尖箭頭——處輸入一個表達式時，解釋器會在回車後求得表達式的值並返回，如：

在腳本模式下運行，雖然解釋器也會對表達式求值 (evaluate)，但並不會返回結果。

在上面幾個簡單例子中，唯一沒有即時返回結果的就是，因為這並非表達式，而是一個 Python 語句。

Python 語句 (statement) 是一組有效力的代碼塊。

Statement: a unit of code that has an effect.

目前為止我們已經遇到過的語句有：

賦值語句 (assignment statement)：創建新變數並賦予一個值。

輸出語句 (print statement)：輸出一個值。

解釋器不會對語句求值，而是直接執行 (executes) 一個指令。

今後我們還會接觸更多 Python 語句。

第4節 作業

閱讀 Think Python (2nd edition) 第1 & 2章，並完成每章正文後練習。

Think Python: How to Think Like a Computer Scientist是小白學習 Python 的最佳入門書（不是我評價的，而是超多大佬推薦），第2版面向 Python3。英文原版並不難懂。需要Think Python原版教材的讀者可以加本文作者個人微信（LynnTang_），付費取書「小白」。

第4節 小結

我們在這一節進入 Python 編程知識的正題，先介紹了一些基本的編程概念：值與類型、運算符、變數、表達式與語句。雖然已經能寫簡單的賦值語句和輸出語句，進行數學運算了，但還不會用 Python 來表達更複雜的程序邏輯，下節課我們將開始學習條件控制和更多編程基礎概念。

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