3.1　變量

在Python中，變量嚴格意義上應該稱為“名字”，也可以理解為標簽。例如：

python="學會Python還可以飛"

本行代碼中的python就是一個變量。在大多數編程語言中，都把這一過程稱為“把值存儲在變量中”，即把字符串序列“學會Python還可以飛”存儲在計算機內存的某個位置。你不需要準確地知道它們到底在哪里，只要告訴Python這個字符串序列的名字是python，就可以通過這個名字來引用這個字符串序列了。例如，引用python變量，將其打印輸出，代碼如下：

print(python)

3.1.1　變量的命名和賦值

在Python中，不需要先聲明變量名及其類型，直接賦值，即可創建各種類型的變量。但是變量的命名并不是任意的，應遵循以下幾條規則：

　變量名必須是一個有效的標識符，如height、m_name、h1等。

　變量名不能使用Python中的保留字。例如，不能是int、print等。

　慎用小寫字母l和大寫字母O（以防和數字1和0混淆）。

　應選擇有意義的單詞作為變量名，如number、weight等。

為變量賦值，可以通過賦值運算符號“=”來實現。語法格式為：

變量名 = value

例如，創建一個變量，為其賦值521，則創建的變量就是整型變量：

number = 521                    #創建變量number并賦值521，該變量為數值型

如果為變量賦值一個字符串，則創建的變量就是字符串類型。例如：

martial = "乾坤大挪移"           #字符串類型的變量

另外，Python是一種動態類型的語言，也就是說，變量的類型可以隨時變化。例如，在IDLE中，創建變量martial，并賦值為字符串“乾坤大挪移”，然后輸出該變量的類型，可以看到該變量為字符串類型，再將變量賦值為數值521，并輸出該變量的類型，可以看到該變量為整型。執行過程如下：

在Python中，允許多個變量指向同一個值。例如，將兩個變量都賦值為數字2048，再分別應用內置函數id()獲取變量的內存地址，將得到相同的結果。執行過程如下：

3.1.2　變量的基本類型

變量的數據類型分為很多種，下面主要介紹數值型、字符串型、布爾型3種基本數據類型。例如，年齡、身高等信息可以使用數值型變量存儲；名字、性別等信息可以使用字符型變量存儲；婚否等信息可以使用布爾型變量存儲，如圖3.1所示。

1．數值類型

數值類型主要包含整數、浮點數和復數。接下來一一介紹。

1）整數

整數用來表示整型數值，即沒有小數部分的數值。Python中，整數包括正整數、負整數和0，其位數是任意的（當超過計算機自身的計算功能時，會自動轉用高精度進行計算）。例如，1314、3456789532900653、?2020、0等都是整數。

圖3.1　數據類型示例

2）浮點數

浮點數由整數部分和小數部分組成，主要用于處理包括小數的數，如1.414、0.5、?1.732、3.1415926535897932384626等。浮點數也可以使用科學計數法表示，如3.7e2、?3.14e5和6.16e?2等。

    >>> 0.1+0.1
    0.2
    >>> 0.1+0.2
    0.30000000000000004

3）復數

Python中的復數與數學中的復數含義完全一致，表現形式略有不同。兩者都由實部和虛部組成，但數學中使用i表示虛部，Python中用j或J表示虛部。當表示一個復數時，可以將其實部和虛部相加，例如，一個復數的實部為5.21，虛部為13.14j，則這個復數為5.21+13.14j。

2．字符串類型

字符串就是連續的字符序列，是計算機所能表示的一切字符的集合。在Python中，字符串屬于不可變序列，通常使用單引號（' '）、雙引號（" "）或三引號（''' '''和""" """）括起來。這幾種引號形式在語義上沒有差別，只是在形式上有些差別。其中，單引號和雙引號中的字符序列必須在同一行上，而三引號內的字符序列可以分布在連續多行中。例如：

3．布爾類型

布爾類型主要用來表示真值或假值。在Python中，標識符True和False被解釋為布爾值。另外，Python中的布爾值可以轉換為數值，True表示1，False表示0。

在Python中，所有對象都可以進行真值測試。其中，只有下面列出的幾種情況得到的值為假，其他對象在if或者while語句中都表現為真。

　False或None。

　數值中的零，包括0、0.0和虛數0。

　空序列，包括空字符串、空元組、空列表、空字典。

　自定義對象的實例，該對象的__bool__方法返回False或者__len__方法返回0。

3.1.3　變量的輸入與輸出

變量的輸入與輸出是計算機最基本的操作。基本的輸入是指從鍵盤上輸入數據的操作，用input()函數輸入數據。基本的輸出是指在屏幕上顯示輸出結果的操作，用print()函數輸出。

1．用input()函數輸入

使用內置函數input()可以接收用戶的鍵盤輸入。input()函數的基本語法格式如下：

variable = input("提示文字")

其中，variable為保存輸入結果的變量，雙引號內的文字用于提示要輸入的內容。

例如，想要接收用戶輸入的內容，并保存到變量tip中，可以使用下面的代碼：

tip =input("請輸入文字：")

在Python中，無論輸入的是數字還是字符都將被作為字符串讀取。如果想要接收數值，需要把接收到的字符串進行類型轉換。例如，想要接收整型的數字并保存到變量age中，可以使用下面的代碼：

age =int(input("請輸入數字："))         #接收輸入整型的數字

2．用print()函數輸出

默認情況下，使用內置的print()函數可以將結果輸出到IDLE或者標準控制臺上。其基本語法格式如下：

print(輸出內容)

其中，輸出內容可以是數字和字符串（字符串需要使用引號括起來），此類內容將直接輸出；也可以是包含運算符的表達式，此類內容將計算結果輸出。例如：

     print(a,b)                    #輸出變量a和b，結果為10 6

【實例3.1】　輸出你的年齡。（實例位置：資源包\Code\03\01）

用input()函數輸入你的年齡，用print()函數輸出數據。具體代碼如下：

運行結果如圖3.2所示。

【實例3.2】　用print()函數輸出字符畫。（實例位置：資源包\Code\03\02）

用print()函數輸出一把手槍的字符畫，具體代碼如下：

運行結果如圖3.3所示。

圖3.2　數據輸入和輸出

圖3.3　輸出字符畫

3.1.4　變量的計算

變量的計算離不開運算符和表達式。運算符是一些特殊的符號，可用于數學計算、比較大小和邏輯運算等。Python中的運算符主要包括算術運算符、賦值運算符、比較（關系）運算符、邏輯運算符和位運算符。使用運算符將不同類型的數據按照一定規則連接起來的式子，稱為表達式。例如，使用算術運算符連接起來的式子稱為算術表達式，使用邏輯運算符連接起來的式子稱為邏輯表達式。下面就來介紹Python中常用的5類運算符。

1．算術運算符

算術運算符主要用于處理四則運算，在數值的處理中應用得最多。常用的算術運算符如表3.1所示。

表3.1　常用的算術運算符

【實例3.3】　計算a,b的各種表達式。（實例位置：資源包\Code\03\03）

具體代碼如下：

運行結果如圖3.4所示。

圖3.4　算術表達式結果

多學兩招

在Python中，“+”運算符還具有拼接功能，可以將兩個字符串進行拼接，例如：

也可以將字符串與數值進行拼接，例如：

2．賦值運算符

賦值運算符主要用來為變量賦值。使用基本賦值運算符“=”，可將“=”右邊的變量值賦給左邊的變量。也可以先進行某些運算，然后再賦值給左邊的變量，這樣的賦值運算符稱為復合賦值運算符。Python中常用的賦值運算符如表3.2所示。

表3.2　常用的賦值運算符

3．比較（關系）運算符

比較運算符又稱為關系運算符，用于對變量或表達式的結果進行比較。如果比較結果為真，則返回True；如果為假，則返回False。比較運算符通常用在條件分支結構及循環結構中，作為判斷的依據。

Python中的常用比較運算符如表3.3所示。

表3.3　常用的比較運算符

【實例3.4】　比較化學、物理、數學、生物的成績。（實例位置：資源包\Code\03\04）

具體代碼如下：

運行結果如圖3.5所示。

4．邏輯運算符

邏輯運算符可對真和假兩種布爾值進行運算，運算后的結果仍是一個布爾值。邏輯運算符主要包括and（邏輯與）、or（邏輯或）和not（邏輯非）。表3.4和表3.5列出了邏輯運算符的用法。

圖3.5　比較表達式結果

表3.4　邏輯運算符

使用邏輯運算符進行邏輯運算時，其運算結果如表3.5所示。

表3.5　邏輯運算的結果

【實例3.5】　參加手機店的打折活動。（實例位置：資源包\Code\03\05）

某手機店在每周二上午10～11點和每周五下午14～15點，對華為系列手機進行折扣讓利活動。想參加折扣活動的顧客就要在時間上滿足：周二10:00 a.m.～11:00 a.m.或者周五2:00 p.m.～3:00 p.m.。

通過邏輯運算符模擬可否參加手機店的打折活動，具體代碼如下：

代碼解析：

（1）第2行代碼：input()函數用于接收用戶輸入的字符序列。

（2）第3行代碼：由于input()函數返回的結果為字符串類型，所以需要進行類型轉換，將其轉換為整型。

（3）第5～8行代碼使用if…else條件判斷語句，該語句主要用來判斷程序是否滿足某種條件。該語句將在第3.2節進行詳細講解，這里只需要了解即可。第5行代碼中對條件進行判斷時，使用了邏輯運算符and、or和比較運算符“==”“>=”“<=”。

按F5鍵運行實例，首先輸入“星期五”，然后輸入時間19，將顯示如圖3.6所示的結果；再次運行實例，輸入“星期二”，時間為10，將顯示如圖3.7所示的結果。

圖3.6　不符合條件的運行效果

圖3.7　符合條件的運行效果

5．位運算符

使用位運算符，可直接對數字在內存中的二進制位進行操作。首先要把執行運算的數據轉換為二進制數，然后才能進行執行位運算。Python中的位運算符包括位與（&）、位或（｜）、位異或（^）、取反（~）、左移位（<<）和右移位（>>）。

說明

整型數據在內存中以二進制的形式表示。例如，7的32位二進制數形式如下：

其中，左邊最高位是符號位，0表示正數，1表示負數。負數通常采用補碼形式表示。例如，?7的32位二進制數形式如下：

1）位與運算符

位與運算的運算符為“&”。運算法則如下：兩個操作數據的二進制表示，只有對應數位都是1時，結果數位才是1，否則為0。如果兩個操作數的精度不同，則結果的精度與精度高的操作數相同。例如，12&8的運算過程如圖3.8所示。

2）位或運算符

位或運算的運算符為“|”。運算法則如下：兩個操作數據的二進制表示，只有對應數位都是0，結果數位才是0，否則為1。如果兩個操作數的精度不同，則結果的精度與精度高的操作數相同。例如，4|8的運算過程如圖3.9所示。

3）位異或運算符

位異或運算的運算符是“^”。運算法則如下：當兩個操作數的二進制表示相同（同時為0或同時為1）時，結果為0，否則為1。若兩個操作數的精度不同，則結果數的精度與精度高的操作數相同。例如，31^22的運算過程如圖3.10所示。

圖3.8　12&8的運算過程

圖3.9　4|8的運算過程

圖3.10　31^22的運算過程

4）位取反運算符

位取反運算也稱位非運算，運算符為“~”。位取反運算就是將操作數中對應的二進制數1修改為0，0修改為1。例如，~123的運算過程如圖3.11所示。

【實例3.6】　輸出位運算的結果。（實例位置：資源包\Code\03\06）

使用print()函數輸出圖3.8～圖3.11的位運算結果，具體代碼如下：

圖3.11　~123的運算過程

01  print("12&8 = "+str(12&8))      #位與運算
02  print("4|8 = "+str(4|8))          #位或運算
03  print("31^22 = "+str(31^22))     #位異或運算
04  print("~123 = "+str(~123))       #位取反運算

運算結果如圖3.12所示。

5）左移位運算符

左移位運算符“<<”可將一個二進制數向左移動指定的位數，左邊（高位端）溢出的位被丟棄，右邊（低位端）的空位用0補充。左移位運算相當于乘以2的n次冪。

例如，int型數據48對應的二進制數為00110000，將其左移1位，根據左移位運算符的運算規則可以得出(00110000<<1)=01100000，轉換為十進制數就是96（相當于48*2）；將其左移2位，根據左移位運算符的運算規則可以得出(00110000<<2)=11000000，轉換為十進制數就是192（相當于48*22）。其執行過程如圖3.13所示。

圖3.12　運算結果

圖3.13　左移位運算

具體代碼如下：

01  #打印將十進制的48左移1位后，獲取的十進制數字
02  print("十進制的48左移1位后,獲取的十進制數字為：",48<<1)
03  #打印將十進制的48左移2位后，獲取的十進制數字
04  print("十進制的48左移2位后,獲取的十進制數字為：",48<<2)

運行結果如圖3.14所示。

6）右移位運算符

右移位運算符“>>”用于將一個二進制操作數向右移動指定的位數，右邊（低位端）溢出的位被丟棄。在填充左邊（高位端）的空位時，如果最高位是0（正數），左側空位填入0；如果最高位是1（負數），左側空位填入1。右移位運算相當于除以2的n次冪。

48右移1位的運算過程如圖3.15所示。?80右移2位的運算過程如圖3.16所示。

圖3.14　左移位運算結果

圖3.15　48右移一位的運算過程

具體代碼如下：

01  #打印將十進制的48右移1位后，獲取的十進制數字
02  print("十進制的48右移1位后,獲取的十進制數字為：",48>>1)
03  #打印將十進制的-80右移2位后，獲取的十進制數字
04  print("十進制的-80右移2位后,獲取的十進制數字為：",-80>>2)

運行結果如圖3.17所示。

圖3.16　?80右移兩位的運算過程

圖3.17　右移位運算結果