1.2　Python語法入門

本節開始講解Python的基本語法，包括變量、數據類型、分支和循環語句等，這是學習Python編程的基礎，請讀者務必熟練掌握。

在講解Python的語法前，先講一個知識點，在Python語法里，是通過縮進來定義代碼的層次結構的，即同一層次的代碼都向左對齊，而下一個層次的代碼塊會有4個空格的縮進。

不同層次代碼塊縮進的空格數是約定俗成的，當然如果縮進空格數是3或者5也可以，最好做到整個程序統一，否則會降低代碼的可讀性，并會給維護代碼的工作帶來一定的難度。

1.2.1　Python常量和變量

一種編程語言通常會有常量和變量，Python語言也不例外。在Python語言中，常量就是其值不變的量，例如：數字、字符串、布爾值、空值就是常量。

變量則是在程序運行過程中，其值可以變化的量。Python變量占用內存一塊空間，用來存放變量的值（或地址），存放的值是可以發生改變的。

每一個Python變量都有一個名字，并嚴格遵循變量的命名規則：

（1）變量名必須以字母或下畫線開頭（但以下畫線開頭的變量在Python中還有特殊含義，請注意），不得使用中文或數字開頭。

（2）變量名中不能有空格或標點符號（如逗號、括號、斜線、反斜線、引號、問號、冒號、句號等）。

（3）不能使用關鍵字作為變量名，也不建議使用系統內置的模塊名、函數名、類型名作為變量名，如果這樣做可能會導致代碼無法運行。例如，不能使用input作為變量名，因為input（）是一個輸入函數。

（4）變量名區分英文字母的大小寫，如name和Name是不同的變量。

（5）每個變量在使用前都必須賦值，變量賦值以后才會被創建，給變量賦值可以使用任意類型的數據。例如，Name="wang kai"（創建一個字符串變量）；y_1=39（創建一個整型變量）。

1.2.2　基本數據類型

開發Python程序時，不免要和各種數據類型打交道，常見的數據類型有整型、浮點型、字符串類型和布爾型。在如下的SimpleData.py范例程序中演示了對各種基本數據類型數據的操作。

在解析上述程序代碼前，請讀者注意兩點：第一，由于在本程序中的所有代碼都是處于同一層次，所以均是靠左對齊，且沒有縮進；第二，在諸如第2行和第4行的后面，我們是用“#”作為前導符來編寫單行的注釋。

第1行代碼定義了一個整型變量times，并將16賦值給該變量。在第2行的print語句中，對times進行了加1操作，所以輸出結果是17。在第3行的val變量數值之前，使用0x前綴表示該數值為十六進制。第4行的打印語句輸出該變量的值應該是255。

第5行代碼定義的price變量帶有小數點，這種數據類型是浮點型數據，除了直接用小數點定義外，還可以用帶e的科學記數法的方式來定義，比如第7行通過3e5定義了光的速度，單位是千米，表示的數字是3后面帶5個零，在第9行通過1e-9定義了1納米的長度，具體的數量級是1乘以10的-9次方。

在第11行代碼中，isExpensive變量的值是布爾值True，因為price小于30，從第12行的輸出語句的輸出結果可以得知，最終輸出的是True?？梢灾苯影裈rue或False賦值給布爾類型變量，也可以采用類似第11行代碼的方式—通過表達式的運算結果來賦值。

以上范例程序演示了基本數據類型的運算或操作。請注意，由于在Python程序里定義變量時無須指定該變量的數據類型，比如在第1行定義times時無須用int times=16的方式來聲明變量的數據類型，在Python語言中，將16賦值給times變量就已經表示times即被定義為整型變量。

另外，在Python中定義變量時，變量名盡量要有含義，比如從第5行定義的變量名price，我們就能看出它是“價格”的意思，不建議用a或者b之類無具體含義的字母作為變量名來定義變量。

1.2.3　字符串

在Python語言中，可以用單引號和雙引號來定義字符串。

Python提供了若干可供調用的操作字符串的方法（method），以下我們通過StringDemo.py范例程序學習字符串的常見用法。

本范例程序的第1行代碼通過單引號的方式創建了名為logMsg的字符串變量。第2行代碼通過“+”這個運算符實現了字符串串接的操作，請注意在第2行代碼中待串接的字符串是用雙引號定義的。隨后通過第4行的輸出語句輸出串接兩個字符串后的結果。

第5行代碼在給twoLineStr字符串變量賦值的字符串中引入了“\n”這個換行符，通過第6行的輸出語句，我們能看到對應的換行效果。如果把其中的“\n”換成“\t”，就能看到引入制表符（Tab字符）的空格效果?！癨n”和“\t”叫作轉義字符，也是加“\”來表示常見的那些不能顯示的ASCII字符，除了“\n”和“\t”，還有其他的轉義符。

在第7行代碼里調用了len方法獲得字符串的長度然后打印輸出。第8行代碼通過replace方法替換源字符串中子字符串，該方法中的第一個參數表示待替換的子字符串，第二個參數表示用于替換的子字符串，該句的輸出結果是for Strforg.py,connect Str，源字符串中的“in”都被替換成“for”。

第9行和第10行代碼演示了通過find方法查找特定字符或字符串的用法，其中第9行是在logMsg字符串變量里查找“String”子字符串，返回結果是3，表示在源字符串的索引位置3找到了（其實是第4個字符位置，因為字符串索引值從0開始），而第10行是查找“Exist”子字符串，因為在源字符串中沒找到，所以返回-1。

第11行和第12行代碼給出的index方法也能起到查找的作用，與find方法的區別是，如果在index語句里出現類似第12行沒找到的情況，不會像find方法那樣返回-1，而是會拋出異常。對應地，如果去掉第12行注釋語句的前導符“#”使該行語句變為可執行，那么就能看到“由于沒找到所以拋出異常”的情況。

上述范例程序演示了字符串的常用操作。在項目的實際應用中，經常還需要對字符串進行分片操作，在如下的StrSplit.py范例程序中演示了如何使用分片操作。

在Python中會用[起始值:終止值]的方式對字符串執行分片操作，其含義是，根據[起始值:終止值]的值來截取（分片）相應的字符串，字符串中的字符使用索引值來引用，字符串的第一個字符的索引值為0，以此類推。

以下我們來分析上述程序代碼執行分片操作的具體方法。

用法1：如第2行和第3行代碼那樣，[]運算中的起始值和終止值都有值，且為正數。索引值從0開始，在字符串“in String.py”中第一個字符“i”的索引值是0，索引值為4的字符是“t”。在具體分片截取字符串的時候，得到的子字符串包含起始索引值對應的字符，但不包含終止索引值對應的字符，因此第2行語句分片得到的字符串為“in S”，同理第3行語句分片得到的結果為“n S”。

用法2：如第4行和第5行代碼那樣，[]運算中的起始值和終止值中只有一個有值，且為正數。比如第4行語句中起始值空缺，這表示從默認的起始位開始分片。而第5行只有起始值，這表示分片的結束默認在字符串的結尾。因此，第4行語句得到的字符串是“in St”，第5行語句得到的字符串是“py”。

用法3：如第6行代碼，只有一個值，這表示只截取該索引值指定的字符，這里值是-1，負號表示從字符串右邊開始計算，-1則表示截取字符串右邊的第1個字符，因而結果是“y”。

用法4：如第7行代碼，起始值和終止值中有一個值是負數。因為負數表示從字符串的右邊開始計算，這里的“5:-3”表示從第5個索引值位置開始，包含索引值是5的字符，截取到從字符串右邊算起第3個字符，因而結果是“ring”。

1.2.4　單行注釋和多行注釋

前面講述了在Python程序中注釋的用法?？捎谩?”號進行單行注釋，如果要注釋多行，則可以用一對“' ' '”（三個單引號）。在如下的MoreLineComment.py范例程序中，不僅演示了多行注釋的效果，還演示了在注釋中包含中文的方式。

本范例程序第1行代碼的作用是表示本段程序代碼采用utf-8的編碼方式。如果要在程序代碼中使用中文，則需要加上如第1行所示的表明采用何種編碼的語句。

從第2行到第5行代碼用一對“' ' '”標注了多行中文注釋，請注意多行注釋需要以“' ''”開始，也要以“' ' '”結尾。在第7行里，通過print語句輸出了中文，在控制臺里就能看到中文。

1.2.5　條件分支語句

在Python程序中，可以用if…elif…else的語法來編寫程序中的條件分支語句，具體的語法如下：

在上述代碼塊中，if和elif語句后面都跟著判斷條件，條件判斷的結果為布爾值，如判斷條件的結果為true，則執行其后代碼塊所包含的語句。

如果if或elif的判斷條件的結果都不是true，那么會執行else后面代碼塊所包含的語句。使用if分支語句時，請注意兩點：第一，if、elif和else語句之后，均需要帶“:”冒號；第二，由于Python是采用縮進方式來表示程序中代碼的層次關系，因此if、elif和else之后的語句都需要縮進以表示各自所屬的代碼塊層次。在如下的IfDemo.py范例程序中以判斷閏年來演示相關條件分支語句的用法。

年份能被4整除但不能被100整除，或者能被400整除的，都是閏年。照此規則，首先在第3行的if語句中讓year取400的余數，如果能被400整除，則在第4行編寫打印語句以輸出“是閏年”的提示信息。

如果無法被400整除，則執行第5行的elif流程，判斷年份能否被4整除且不能被100整除，如果滿足此條件，也是閏年。如果不滿足第3行和第5行的if和elif條件，則執行第7行的else流程，在第8行輸出“不是閏年”的提示信息。

在本范例程序中，由于2022不能被400整除且不能被4整除（不能被4整除，就不用判斷是否非100的倍數），因此會執行第8行的語句輸出“不是閏年”的提示信息。

1.2.6　循環語句

在Python程序中可以通過for和while實現程序的循環執行，其中通過for語句，能依次遍歷元素中的所有項，在如下的ForDemo.py范例程序中演示了相關用法。

本范例程序的第1行代碼定義了一個字符串，隨后用第2行和第3行的for循環語句，遍歷并輸出了這個number字符串變量中的字符。請注意，第2行的for語句后面同樣要帶上冒號。

在第5行開始的for循環中，遍歷了第4行定義的languageArr對象，第6行的輸出語句會輸出“Python”“C#”“Java”和“Go”字符串，它們都是換行輸出（也就是每個字符串獨占一行）。

Python語言中while的語法如下所示：

如果第1行的判斷條件的結果為True，就執行其后循環代碼塊中的語句，否則就退出while循環。

在如下的WhileDemo.py范例程序中，通過while語句計算1到101所有奇數的和。

本范例程序在第3行的while語句中，循環的條件是num≤101，即num值小于等于101時，會執行第4行到第6行的代碼塊（即循環體）。在該while循環的代碼塊中，第4行執行奇數累加的運算，在第5行執行對num的加2運算。該范例程序運行結束時，我們可以看到第7行輸出的奇數和為2601。

在使用while循環語句時請注意如下兩點：第一，在循環體內需要像第5行那樣更新循環的條件值，如果不更新，就會出現死循環的現象；第二，注意邊界值，比如若去掉第6行的注釋符號，就能確認最后一個被相加的奇數是101，但如果在第3行的while語句中，不慎將條件語句錯寫成while num <101，那么只會累加1到99的奇數和，導致程序出現邏輯錯誤，得出錯誤的答案。

1.2.7　break和continue

在for和while循環語句中，可以使用break語句終止循環，在下面的BreakDemo.py范例程序中可以看到具體的用法。

本范例程序在第2行到第5行的for循環中，依次遍歷第1行定義的languageArr變量中的元素。遍歷時會通過第4行的if語句判斷當前元素是否等于字符串'Python'，如果相等，則執行第5行的break語句退出for循環。

運行上述范例程序后，我們會發現該程序的輸出結果中不包含'Go'字符串，則說明當遍歷到'Python'元素時，就已經退出了for循環，不再繼續遍歷后面的'Go'元素。

執行break語句可以退出當前所在循環的循環體，而執行continue語句則可以退出當前循環體本輪次的循環。下面通過ContinueDemo.py范例程序中來看看continue語句的用法。

本范例程序的第3行的條件判斷語句，如果當前遍歷到的元素是'C++'，就會執行第4行的continue語句結束本輪次的循環，繼續下一輪次的循環，而不是退出當前的整個for循環體。

結束本輪次的循環后，會繼續遍歷后繼的'Python'和'Go'這兩個元素，所以該范例程序的輸出結果中會包含除了'C++'元素之外的其他三個元素。

1.2.8　格式化輸出

在前面的章節中給出了print打印語句的用法，在實際項目中，print語句更常見的用法是進行格式化輸出。下面的PrintDemo.py范例程序演示了格式化輸出。

本范例程序第2行的print語句中，%s表示以字符串的形式輸出指定參數，第1行注解中的文字信息就是第2行print語句的輸出結果，由此可知，第2行中的兩個%s均被其之后由%指定的兩個參數所替代。

第4行的代碼演示了%s、%d和%f的綜合用法，其中%d表示格式化輸出整型數據，%f表示格式化輸出浮點型數據。同樣地，它們會被%后指定的參數所替代。第3行注釋中的信息就是第4行print語句的輸出結果，由此可知，%f可以用來指定浮點數輸出的格式，如果要指定小數點后面的位數，可以如第6行那樣，用%.2f的方式指定浮點數的輸出格式，即輸出時保留2位小數。

第8行通過%e以科學記數法的格式輸出數據，第7行注釋中的信息就是輸出結果。

雖然在Python語言中還有其他格式化輸出語句，但是在上述范例程序化中給出的格式化輸出字符串、數字、浮點數和科學記數法的用法是比較常見的，其他不太常用的用法，本書就不再贅述了。