变量、运算符与数据类型
1、注释
（1）在Python中，# 表示 注释，作用于整行
（2） ''' ''' 或者 """ """ 表示区间注释，在三引号之间的所有内容被注释
测试题
请在下方代码块中打印（print）出hello+你的姓名
# 写下你的答案
print("hello MurasameLory")
#hello MurasameLory
2、运算符
算术运算符
| 操作符 | 名称 | 示例 |
|---|---|---|
+ |
加 | 1 + 1 |
- |
减 | 2 - 1 |
* |
乘 | 3 * 4 |
/ |
除 | 3 / 4 |
// |
整除（地板除） | 3 // 4 |
% |
取余 | 3 % 4 |
** |
幂 | 2 ** 3 |
比较运算符
| 操作符 | 名称 | 示例 |
|---|---|---|
> |
大于 | 2 > 1 |
>= |
大于等于 | 2 >= 4 |
< |
小于 | 1 < 2 |
<= |
小于等于 | 5 <= 2 |
== |
等于 | 3 == 4 |
!= |
不等于 | 3 != 5 |
逻辑运算符
| 操作符 | 名称 | 示例 |
|---|---|---|
and |
与 | (3 > 2) and (3 < 5) |
or |
或 | (1 > 3) or (9 < 2) |
not |
非 | not (2 > 1) |
位运算符
| 操作符 | 名称 | 示例 |
|---|---|---|
~ |
按位取反 | ~4 |
& |
按位与 | 4 & 5 |
| |
按位或 | 4 | 5 |
^ |
按位异或 | 4 ^ 5 |
<< |
左移 | 4 << 2 |
>> |
右移 | 4 >> 2 |
【例子】位运算举例
print(bin(4)) #0b100
print(bin(5)) #0b101
print(bin(~4),~4) # -0b101 -5
print(bin(4 & 5), 4 & 5) # 0b100 4
print(bin(4 | 5), 4 | 5) # 0b101 5
print(bin(4 ^ 5), 4 ^ 5) # 0b1 1
print(bin(4 << 2), 4 << 2) # 0b10000 16
print(bin(4 >> 2), 4 >> 2) # 0b1 1
三元运算符
【例子】用三元运算符代替条件表达式
# 条件表达式
x,y = 4,5
if x<y:
small = x
else:
small = y
print(small) #4
# 三元运算符
x,y = 4,5
small = x if x<y else y
print(small) #4
其他运算符
| 操作符 | 名称 | 示例 |
|---|---|---|
in |
存在 | 'A' in ['A', 'B', 'C'] |
not in |
不存在 | 'h' not in ['A', 'B', 'C'] |
is |
是 | "hello" is "hello" |
not is |
不是 | "hello" is not "hello" |
【例子】可变类型与不可变类型
# 比较的两个变量均指向不可变类型
a = "hello"
b = "hello"
print(a is b , a==b) # True True
pritn(a is not b , a!=b) # False False
# 比较的两个变量均指向可变类型
a = ["hello"]
b = ["hello"]
print(a is b,a==b) # False True
print(a is not b ,a != b) #True False
注：
（1）is,is not 对比的是两个变量的内存地址
（2）==，!= 对比的是两个变量的值
（3）比较的两个变量，指向的都是地址不可变的字符串类型，那么is，is not和==，!= 是完全等价的
（4）对比的两个变量，指向的是地址可变的类型（list、dict、tuple等），则两者会产生区别
运算符的优先级
| 运算符 | 描述 |
|---|---|
| ** | 指数（最高优先级） |
| ~+- | 按位翻转，一元加号和减号 |
| * / % // | 乘，除，取模和取整除） |
| + - | 加法减法 |
| >> << | 右移，左移运算符 |
| & | 位‘AND’ |
| ^| | 位运算符 |
| <=<>>= | 比较运算符 |
| <>==!= | 等于运算符 |
| =%=/=//=-=+=*=**= | 赋值运算符 |
| is is not | 身份运算符 |
| in not in | 成员运算符 |
| not and or | 逻辑运算符 |
测试题
下面这段代码的运行结果是什么
a = 'hello'
b = 'hello'
print(a is b,a == b) # True Ture
3、变量和赋值
（1）在使用变量之前，需要对其先进行赋值
（2）变量名可以包括字母、数字、下划线、但变量名不能以数字开头
（3）Python变量名是大小写敏感的。
测试题
运行下面一段代码看看结果是什么
set_1 = {"欢迎","学习","Python"}
print(set_1.pop()) #欢迎
4、数据类型与转换
| 类型 | 名称 | 示例 |
|---|---|---|
| int | 整型 <class 'int'> |
-876, 10 |
| float | 浮点型<class 'float'> |
3.149, 11.11 |
| bool | 布尔型<class 'bool'> |
True, False |
【例子】通过type()函数查看数据类型
a = 1031
print(a,type(a))
#1031 <class 'int'>
Python中万物皆为对象(object)，整型也不例外，只要是对象，就有相应的属性（attributes）和方法（methods）
浮点型
保留小数点后后 n 位，可以用 decimal 包中的 Decimal 对象和 getcontext()方法实现。
【导包】
import decimal
from decimal import Decimal
【例子】getcontext() 显示了 Decimal 对象的默认精度为28位
a = decimal.getcontext()
print(a)
# Context(prec=28, rounding=ROUND_HALF_EVEN, Emin=-999999, Emax=999999,
# capitals=1, clamp=0, flags=[],
# traps=[InvalidOperation, DivisionByZero, Overflow])
b = Decimal(1)/Decimal(3)
print(b)
#0.3333333333333333333333333333
【例子】使1/3保留4位，用 getcontext().prec 来调整精度
decimal.getcontext().prec = 4
c = Decimal(1)/Decimal(3)
print(c)
#0.3333
布尔型
【拓展1】基本类型和容器类型
- 基本类型：整型、浮点型、布尔型
- 容器类型：字符串、元组、列表、字典和集合
【拓展2】bool(X) 方法讲解
- bool 作用于基本类型变量：X 只要不是整型 0、浮点型 0.0，bool(X) 就是 True，其余都是 False。
- bool 作用在容器类型变量：X 只要不是空的变量，bool(X) 就是 True，其余就是 False。
获取类型信息
【拓展】type() 与 isinstance() 区分
- type() 不会认为子类是一种父类类型，不考虑继承关系
- isinstance() 会认为子类是一种父类类型，考虑继承关系
如果要判断两个类型是否相同推荐使用 isinstance()
5、print()函数
print("objects,sep = '',end = '
',file = sys.stdout,flush = False")
- 将对象以字符串表示的方式格式化输出到流文件对象file里，其中所有非关键字参数都按str() 方式进行转换位字符串输出；
- 关键字参数
sep是实现分隔符，比如多个参数输出时想要输出中间的分隔字符； - 关键字参数
end是输出结束时的字符，默认是换行符 - 关键字参数
file是定义流输出的文件，可以是标准得系统输出sys.stdout，也可以重定义为别的文件； - 关键字参数
flush是立即把内容输出到流文件，不作缓存。
位运算
1、原码、反码和补码
二进制有三种不同的表示形式：原码、反码和补码，计算机内部使用补码来表示。
原码：就是其二进制表示（注意，有一位符号位）。
00 00 00 11 -> 3
10 00 00 11 -> -3
反码：正数的反码就是原码，负数的反码是符号位不变，其余位取反（对应正数按位取反）。
00 00 00 11 -> 3
11 11 11 00 -> -3
补码：正数的补码就是原码，负数的补码是反码+1。
00 00 00 11 -> 3
11 11 11 01 -> -3
符号位：最高位为符号位，0表示正数，1表示负数。在位运算中符号位也参与运算。
2、 按位运算
- 按位非操作 ~
~ 1 = 0
~ 0 = 1
~ 把num的补码中的 0 和 1 全部取反（0 变为 1，1 变为 0）有符号整数的符号位在 ~ 运算中同样会取反。
00 00 01 01 -> 5
~
---
11 11 10 10 -> -6
11 11 10 11 -> -5
~
---
00 00 01 00 -> 4
- 按位与操作 &
1 & 1 = 1
1 & 0 = 0
0 & 1 = 0
0 & 0 = 0
只有两个对应位都为 1 时才为 1
00 00 01 01 -> 5
&
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 00 -> 4
- 按位或操作 |
1 | 1 = 1
1 | 0 = 1
0 | 1 = 1
0 | 0 = 0
只要两个对应位中有一个 1 时就为 1
00 00 01 01 -> 5
|
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 01 11 -> 7
- 按位异或操作 ^
1 ^ 1 = 0
1 ^ 0 = 1
0 ^ 1 = 1
0 ^ 0 = 0
只有两个对应位不同时才为 1
00 00 01 01 -> 5
^
00 00 01 10 -> 6
---
00 00 00 11 -> 3
异或操作的性质：满足交换律和结合律
A: 00 00 11 00
B: 00 00 01 11
A^B: 00 00 10 11
B^A: 00 00 10 11
A^A: 00 00 00 00
A^0: 00 00 11 00
A^B^A: = A^A^B = B = 00 00 01 11
- 按位左移操作 <<
num << i 将num的二进制表示向左移动i位所得的值。
00 00 10 11 -> 11
11 << 3
---
01 01 10 00 -> 88
- 按位右移操作 >>
num >> i 将num的二进制表示向右移动i位所得的值。
00 00 10 11 -> 11
11 >> 2
---
00 00 00 10 -> 2
3、 利用位运算实现快速计算
通过 <<，>> 快速计算2的倍数问题。
n << 1 -> 计算 n*2
n >> 1 -> 计算 n/2，负奇数的运算不可用
n << m -> 计算 n*(2^m)，即乘以 2 的 m 次方
n >> m -> 计算 n/(2^m)，即除以 2 的 m 次方
1 << n -> 2^n
通过 ^ 快速交换两个整数。
a ^= b
b ^= a
a ^= b
通过 a & (-a) 快速获取a的最后为 1 位置的整数。
00 00 01 01 -> 5
&
11 11 10 11 -> -5
---
00 00 00 01 -> 1
00 00 11 10 -> 14
&
11 11 00 10 -> -14
---
00 00 00 10 -> 2
4、利用位运算实现整数集合
一个数的二进制表示可以看作是一个集合（0 表示不在集合中，1 表示在集合中）。
比如集合 {1, 3, 4, 8}，可以表示成 01 00 01 10 10 而对应的位运算也就可以看作是对集合进行的操作。
元素与集合的操作：
a | (1<<i) -> 把 i 插入到集合中
a & ~(1<<i) -> 把 i 从集合中删除
a & (1<<i) -> 判断 i 是否属于该集合（零不属于，非零属于）
集合之间的操作：
a 补 -> ~a
a 交 b -> a & b
a 并 b -> a | b
a 差 b -> a & (~b)
注意：整数在内存中是以补码的形式存在的，输出自然也是按照补码输出。
【例子】C#语言输出负数。
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
string s1 = Convert.ToString(-3, 2);
Console.WriteLine(s1);
// 11111111111111111111111111111101
string s2 = Convert.ToString(-3, 16);
Console.WriteLine(s2);
// fffffffd
}
}
【例子】 Python 的bin() 输出。
print(bin(3)) # 0b11
print(bin(-3)) # -0b11
print(bin(-3 & 0xffffffff))
# 0b11111111111111111111111111111101
print(bin(0xfffffffd))
# 0b11111111111111111111111111111101
print(0xfffffffd) # 4294967293
是不是很颠覆认知，我们从结果可以看出：
- Python中
bin一个负数（十进制表示），输出的是它的原码的二进制表示加上个负号，巨坑。 - Python中的整型是补码形式存储的。
- Python中整型是不限制长度的不会超范围溢出。
所以为了获得负数（十进制表示）的补码，需要手动将其和十六进制数0xffffffff进行按位与操作，再交给bin()进行输出，得到的才是负数的补码表示。
条件语句
1、assert关键字
assert 关键字我们称之为“断言”，当这个关键词后边的条件为False时，程序自动崩溃并抛出AssertionError的异常
【例子】
my_list = ['lsgogroup']
my_list.pop(0)
assert len(my_list) > 0
#AssertionError
循环语句
1、while循环
注：如果布尔表达式不带有<>==!=in
otin等运算符，仅仅给出数值之类的条件也是可以的。当while后写入一个非零整数时，视为真值，执行循环体；写入0时·，视为假值，不执行循环体。也可以写入strlist或任意序列，长度非零则视为真值，执行循环体；否则视为假值，不执行循环体。
2、while - else 循环
当while循环正常执行完的情况下，执行else输出，如果while循环中执行了跳出循环的语句，比如break，将不执行else代码块的内容
【例子】
count = 0
while count<5:
print("%d is less than 5" % count)
else:
print("%d is not less than 5" % count)
# 0 is less than 5
# 1 is less than 5
# 2 is less than 5
# 3 is less than 5
# 4 is less than 5
# 5 is not less than 5
3、for循环
for 循环是迭代循环，在Python中相当于一个通用的序列迭代器，可以遍历任何有序序列，如strlist uple 等，也可以遍历任何可迭代对象，如dict。
4、for - else循环
当for循环正常执行完的情况下，执行else输出，如果for循环中执行了跳出循环的语句，比如break，将不执行else代码块的内容，与while-else语句一样
5、range()函数
标准格式：range(start,stop,step = 1)
- range函数有三个参数，其中start和step这两个参数是可选的
- step 指的是步长，默认为1表示以1递增
- range函数的作用是生成一个从
start参数的值开始到stop参数的值结束的数字序列，该序列包含start的值但不包括stop的值（左开右闭）
6、enumerate()函数
标准格式：enumerate(sequence,[start=0])
- sequence：一个序列、迭代器或其他支持迭代对象。
- start：下标起始位置
- 返回enumerate（枚举）对象
【例子】
seasons = ['Spring','Summer','Fall','Winter']
lst = list(enumerate(seasons))
print(lst)
#[(0, 'Spring'), (1, 'Summer'), (2, 'Fall'), (3, 'Winter')]
lst = list(enumerate(seasons,start = 1))
print(lst)
# [(1, 'Spring'), (2, 'Summer'), (3, 'Fall'), (4, 'Winter')]
【例子】enumerate()与for循环的结合使用
languages = ['Python','R','Matlab','C++']
for language in languages:
print('I love',langeuage)
print('Done!')
# I love Python
# I love R
# I love Matlab
# I love C++
# Done!
for i, language in enumerate(languages, 2):
print(i, 'I love', language)
print('Done!')
# 2 I love Python
# 3 I love R
# 4 I love Matlab
# 5 I love C++
# Done!
7、break语句
break 语句可以跳出当前所在层的循环
8、continue语句
continue 终止本轮循环并开始下一轮循环。
9、pass语句
pass 语句的意思是‘不做任何事’，如果你在需要有语句的地方不写任何语句，那么解释器会提示出错，用pass可以规避掉这些问题。
【例子】
def a_func():
pass
10、推导式
列表推导式
标准格式：[expr for value in collection [if condition]]
【例子】没有条件语句
x = [-4,-2,0,2,4]
y = [a*2 for a in x]
print(y)
#[-8,-4,0,4,8]
【例子】含有条件语句
x = [i for i in range(100) if (i%2) != 0 and (i%3) == 0]
print(x)
# [3, 9, 15, 21, 27, 33, 39, 45, 51, 57, 63, 69, 75, 81, 87, 93, 99]
【例子】双重列表推导
a = [(i, j) for i in range(0, 3) for j in range(0, 3)]
print(a)
# [(0, 0), (0, 1), (0, 2), (1, 0), (1, 1), (1, 2), (2, 0), (2, 1), (2, 2)]
元组推导式
标准格式：(expr for value in collection [if condition])
【例子】
a = (x for x in rang(10))
print(a)
# <generator object <genexpr> at 0x0000025BE511CC48>
print(tuple(a))
# (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9)
字典推导式
标准格式：{key_expr : value_expr for value in collection [if condition]}
【例子】
b = {i : i % 2 == 0 for i in range(10) if i % 3 == 0}
print(b)
# {0: True, 3: False, 6: True, 9: False}
集合推导式
标准格式：{expr for value in collection [if condition]}
【例子】实现去重
c = {i for i in [1,2,3,4,5,5,6,4,3,2,1]}
print(c)
#{1,2,3,4,5,6}
异常处理
异常就是运行期检测到的错误，计算机语言针对可能出现的错误定义了异常类型。某种错误引发对应的异常时，异常处理程序将被启动，从而恢复程序的正常运行
1、Python标准异常总结
- BaseException：所有异常的 基类
- Exception：常规异常的 基类
- StandardError：所有的内建标准异常的基类
- ArithmeticError：所有数值计算异常的基类
- FloatingPointError：浮点计算异常
- OverflowError：数值运算超出最大限制
- ZeroDivisionError：除数为零
- AssertionError：断言语句（assert）失败
- AttributeError：尝试访问未知的对象属性
- EOFError：没有内建输入，到达EOF标记
- EnvironmentError：操作系统异常的基类
- IOError：输入/输出操作失败
- OSError：操作系统产生的异常（例如打开一个不存在的文件）
- WindowsError：系统调用失败
- ImportError：导入模块失败的时候
- KeyboardInterrupt：用户中断执行
- LookupError：无效数据查询的基类
- IndexError：索引超出序列的范围
- KeyError：字典中查找一个不存在的关键字
- MemoryError：内存溢出（可通过删除对象释放内存）
- NameError：尝试访问一个不存在的变量
- UnboundLocalError：访问未初始化的本地变量
- ReferenceError：弱引用试图访问已经垃圾回收了的对象
- RuntimeError：一般的运行时异常
- NotImplementedError：尚未实现的方法
- SyntaxError：语法错误导致的异常
- IndentationError：缩进错误导致的异常
- TabError：Tab和空格混用
- SystemError：一般的解释器系统异常
- TypeError：不同类型间的无效操作
- ValueError：传入无效的参数
- UnicodeError：Unicode相关的异常
- UnicodeDecodeError：Unicode解码时的异常
- UnicodeEncodeError：Unicode编码错误导致的异常
- UnicodeTranslateError：Unicode转换错误导致的异常
异常体系内部有层次关系，Python异常体系中的部分关系如下所示：
2、 Python标准警告总结
- Warning：警告的基类
- DeprecationWarning：关于被弃用的特征的警告
- FutureWarning：关于构造将来语义会有改变的警告
- UserWarning：用户代码生成的警告
- PendingDeprecationWarning：关于特性将会被废弃的警告
- RuntimeWarning：可疑的运行时行为(runtime behavior)的警告
- SyntaxWarning：可疑语法的警告
- ImportWarning：用于在导入模块过程中触发的警告
- UnicodeWarning：与Unicode相关的警告
- BytesWarning：与字节或字节码相关的警告
- ResourceWarning：与资源使用相关的警告
3、try-except语句
try：
检测范围
except Exception[as reason]:
出现异常后的处理代码
try语句的工作方式：
- 首先，执行
try子句 - 没有异常发生，忽略
except子句，try子句执行后结束 - 发生异常，
try子句余下部分被忽略，如果异常的类型和except之后的名称相符，那么对应的except子句将被执行，最后执行try - except语句之后的代码。 - 如果异常没有和
except中的异常类型匹配，那么异常将被传递到上层的try中
【例子】
try:
f = open('test.txt')
print(f.read())
f.close()
except OSError:
print('打开文件出错')
# 打开文件出错
try:
int("abc")
s = 1 + '1'
f = open('test.txt')
print(f.read())
f.close()
except OSError as error:
print('打开文件出错
原因是：' + str(error))
except TypeError as error:
print('类型出错
原因是：' + str(error))
except ValueError as error:
print('数值出错
原因是：' + str(error))
# 数值出错
# 原因是：invalid literal for int() with base 10: 'abc'
【例子】一个except子句可以同时处理多个异常，将异常打包放入元组中
try:
s = 1 + '1'
int("abc")
f = open('test.txt')
print(f.read())
f.close()
except (OSError, TypeError, ValueError) as error:
print('出错了！
原因是：' + str(error))
# 出错了！
# 原因是：unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'
4、try - except - finally语句
finally：无论如何都会被执行的代码（无论是否发生异常）
5、try - except - else语句
标准格式：
try:
检测范围
except：
出现异常后的处理代码
else：
如果没有异常执行这块代码
【例子】
try:
fh = open('testfile.txt','w')
fh.write('这是一个测试文件，用于测试异常！！')
except IOError:
print('Error:没有找到文件或读取文件失败')
else:
print('内容写入文件成功')
fh.close()
#内容写入文件成功
注：else语句的存在必须以except语句的存在为前提。
6、raise语句
Python使用 raise 语句抛出一个指定的异常
【例子】
try:
raise NameError('HiThere')
except NameError:
print('An exception flew by!')
#An exception flew by!