從零開始學Python—第三課：Python語言元素之變量

千鋒Python學堂 2020-06-22

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作為一個程序員，可能經(jīng)常會被外行人問到兩個問題，其一是“什么是（計算機）程序”，其二是“寫（計算機）程序能做什么”，這里我們先對兩個問題做一個回答。程序是指令的集合，寫程序就是用指令控制計算機做我們想讓它做的事情。那么，為什么要用Python語言來寫程序呢？因為Python語言簡單優(yōu)雅，相比C、C++、Java這樣的編程語言，Python對初學者更加友好，當然這并不是說Python不像其他語言那樣強大，Python幾乎是無所不能的，在第一節(jié)課的時候，我們就說到了Python可以用于服務(wù)器程序開發(fā)、云平臺開發(fā)、數(shù)據(jù)分析、機器學習等各個領(lǐng)域。當然，Python語言還可以用來粘合其他語言開發(fā)的系統(tǒng)，所以也經(jīng)常被戲稱為“膠水語言”。

從零開始學Python—第三課：Python語言元素之變量

一些計算機常識

在開始系統(tǒng)的學習編程之前，我們先來科普一些計算機的基礎(chǔ)知識。計算機的硬件系統(tǒng)通常由五大部件構(gòu)成，包括：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。其中，運算器和控制器放在一起就是我們常說的中央處理器，它的功能是執(zhí)行各種運算和控制指令。剛才我們提到過程序是指令的集合，寫程序就是將一系列的指令按照某種方式組織到一起，然后通過這些指令去控制計算機做我們想讓它做的事情。目前，我們使用的計算機基本都是“馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)”的計算機，這種計算機有兩個關(guān)鍵點：一是要將存儲設(shè)備與中央處理器分開；二是將數(shù)據(jù)以二進制方式編碼。

二進制是一種“逢二進一”的計數(shù)法，跟我們?nèi)祟愂褂玫摹胺晔M一”的計數(shù)法本質(zhì)是一樣的。人類因為有十根手指所以使用了十進制，因為在計數(shù)時十根手指用完之后就只能用進位的方式來表示更大的數(shù)值。當然凡事都有例外，瑪雅人可能是因為長年光著腳的原因，把腳趾頭也都用上了，于是他們使用了二十進制的計數(shù)法。在這種計數(shù)法的指導(dǎo)下，瑪雅人的歷法就與我們平常使用的歷法并不相同。按照瑪雅人的歷法，2012年是上一個所謂的“太陽紀”的最后一年，而2013年則是新的“太陽紀”的開始，后來這件事情被以訛傳訛的方式誤傳為”2012年是瑪雅人預(yù)言的世界末日“的荒誕說法。今天很多人都在猜測，瑪雅文明之所以發(fā)展緩慢跟使用了二十進制是有關(guān)系的。對于計算機來說，二進制在物理器件上最容易實現(xiàn)的，因為可以用高電壓表示1，用低電壓表示0。不是所有寫程序的人都需要知道十進制與二進制如何轉(zhuǎn)換，大多數(shù)時候我們即便不了解這些知識也能寫出程序，但是我們必須要知道計算機是使用二進制計數(shù)的，不管什么數(shù)據(jù)到了計算機內(nèi)存中都是以二進制形式存在的。

變量和類型

要想在計算機內(nèi)存中保存數(shù)據(jù)，首先就得說一說變量這個概念。在編程語言中，變量是數(shù)據(jù)的載體，簡單的說就是一塊用來保存數(shù)據(jù)的內(nèi)存空間，變量的值可以被讀取和修改，這是所有計算和控制的基礎(chǔ)。計算機能處理的數(shù)據(jù)有很多種類型，最常見的就是數(shù)值，除了數(shù)值之外還有文本、圖形、音頻、視頻等各種各樣的數(shù)據(jù)。雖然數(shù)據(jù)在計算機中都是以二進制形態(tài)存在的，但是我們可以用不同類型的變量來表示數(shù)據(jù)類型的差異。Python中的數(shù)據(jù)類型很多，而且也允許我們自定義新的數(shù)據(jù)類型（這一點在后面會講到），這里我們需要先了解幾種常用的數(shù)據(jù)類型。

整型（int）：Python中可以處理任意大小的整數(shù)，而且支持二進制（如0b100，換算成十進制是4）、八進制（如0o100，換算成十進制是64）、十進制（100）和十六進制（0x100，換算成十進制是256）的表示法。
浮點型（float）：浮點數(shù)也就是小數(shù)，之所以稱為浮點數(shù)，是因為按照科學記數(shù)法表示時，一個浮點數(shù)的小數(shù)點位置是可變的，浮點數(shù)除了數(shù)學寫法（如123.456）之外還支持科學計數(shù)法（如1.23456e2）。
字符串型（str）：字符串是以單引號或雙引號括起來的任意文本，比如'hello'和"hello"。
布爾型（bool）：布爾值只有True、False兩種值，要么是True，要么是False。

變量命名

對于每個變量我們需要給它取一個名字，就如同我們每個人都有自己的名字一樣。在Python中，變量命名需要遵循以下這些規(guī)則，這些規(guī)則又分為必須遵守的硬性規(guī)則和建議遵守的非硬性規(guī)則。

硬性規(guī)則：

變量名由字母、數(shù)字和下劃線構(gòu)成，數(shù)字不能開頭。需要說明的是，這里說的字母指的是Unicode字符，Unicode稱為萬國碼，囊括了世界上大部分的文字系統(tǒng)，這也就意味著中文、日文、希臘字母等都可以作為變量名中的字符，但是像!、@、#這些特殊字符是不能出現(xiàn)在變量名中的，而且我們強烈建議大家盡可能使用英文字母。
大小寫敏感，簡單的說就是大寫的A和小寫的a是兩個不同的變量。
變量名不要跟Python語言的關(guān)鍵字（有特殊含義的單詞，后面會講到）和保留字（如函數(shù)、模塊等的名字）發(fā)生重名的沖突。

非硬性規(guī)則：

變量名通常使用小寫英文字母，多個單詞用下劃線進行連接。
受保護的變量用單個下劃線開頭（后面會講到）。
私有的變量用兩個下劃線開頭（后面會講到）。

當然，作為一個專業(yè)的程序員，給變量（事實上應(yīng)該是所有的標識符）命名時做到見名知意也非常重要。

變量的使用

下面通過幾個例子來說明變量的類型和變量使用。

"""
使用變量保存數(shù)據(jù)并進行加減乘除運算

Version: 0.1
Author: 駱昊
"""
a = 45          # 變量a保存了45
b = 12          # 變量b保存了12
print(a + b)    # 57
print(a - b)    # 33
print(a * b)    # 540
print(a / b)    # 3.75

在Python中可以使用type函數(shù)對變量的類型進行檢查。程序設(shè)計中函數(shù)的概念跟數(shù)學上函數(shù)的概念是一致的，數(shù)學上的函數(shù)相信大家并不陌生，它包括了函數(shù)名、自變量和因變量。如果暫時不理解這個概念也不要緊，我們會在后續(xù)的內(nèi)容中專門講解函數(shù)的定義和使用。

"""
使用type()檢查變量的類型

Version: 0.1
Author: 駱昊
"""
a = 100
b = 12.345
c = 'hello, world'
d = True
print(type(a))    # <class 'int'>
print(type(b))    # <class 'float'>
print(type(c))    # <class 'str'>
print(type(d))    # <class 'bool'>

不同類型的變量可以相互轉(zhuǎn)換，這一點可以通過Python的內(nèi)置函數(shù)來實現(xiàn)。

int()：將一個數(shù)值或字符串轉(zhuǎn)換成整數(shù)，可以指定進制。
float()：將一個字符串轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)。
str()：將指定的對象轉(zhuǎn)換成字符串形式，可以指定編碼。
chr()：將整數(shù)轉(zhuǎn)換成該編碼對應(yīng)的字符串（一個字符）。
ord()：將字符串（一個字符）轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的編碼（整數(shù)）。

下面的例子為大家演示了Python中的類型轉(zhuǎn)換。

"""
Python中的類型轉(zhuǎn)換

Version: 0.1
Author: 駱昊
"""
a = 100
b = 12.345
c = 'hello, world'
d = True
# 整數(shù)轉(zhuǎn)成浮點數(shù)
print(float(a))    # 100.0
# 浮點型轉(zhuǎn)成字符串 (輸出字符串時不會看到引號喲)
print(str(b))      # 12.345
# 字符串轉(zhuǎn)成布爾型 (有內(nèi)容的字符串都會變成True)
print(bool(c))     # True
# 布爾型轉(zhuǎn)成整數(shù) (True會轉(zhuǎn)成1，F(xiàn)alse會轉(zhuǎn)成0)
print(int(d))      # 1
# 將整數(shù)變成對應(yīng)的字符 (97剛好對應(yīng)字符表中的字母a)
print(chr(97))     # a
# 將字符轉(zhuǎn)成整數(shù) (Python中字符和字符串表示法相同)
print(ord('a'))    # 97