看例子,学 Python(一)
看例子,学 Python(二)
看例子,学 Python(三)
很难说,这篇代码比文字还多的文章,是否适合初学者。
它源于个人笔记,涉及的多是简单核心的概念,也许需要一些编程基础才能快速理解。
内容方面,力求循序渐进,避开细枝末节,注重原理和示例的连续性,尽量不罗列特性,点到即止。
说明:本文仅限于 Python 3。
Hello, Python!
从 Hello, Python!
开始,通过一系列不同实现,简单介绍字符串、函数等概念。
第一版
print("Hello, Python!")
print
是一个内置函数;在 Python 2 里,print
是一个语句(statement)。
字符串由引号表示,这一点与其它语言类似。
语句末尾不需要结尾符(比如 C 系列语言的分号)。
第二版
print("Hello, " + "Python!")
print("Hello, " * 3 + "Python!")
字面字符串即为对象。
操作符 +
和 *
都对字符串做了重载。
第三版
print('Hello, "Python"!')
字符串可以用双引号,也可以用单引号。顺带也可看出 Python 并没有字符类型(char)。
通过单、双引号的恰当使用,可以避免不必要的字符转义(escape)。上例若改用双引号,则里面的 "
就需要转义了:
print("Hello, \"Python\"!")
第四版
def say_hello():
print('Hello, Python!')
函数定义由 def
关键字指定。
函数的命名习惯上为小写下划线(xxx\_yyy\_zzz
),变量名也是,类名则是驼峰状(XxxYyyZzz
)。
Python 以【缩进】组织代码块,没有 C 系列语言的花括号,也没有 Ruby 那样的 end
语句。
使用缩进的优点是,代码风格比较单一,也就比较统一,没有诸如 {
是否另起一行的争论;缺点是无法自动缩进,不但给编辑器出了难题,也使代码分享变得相对困难,因为缩进一变,程序就不对了。
Python 概览
对应于官方教程第三章。
简单介绍字符串、列表等概念,为后续内容做准备。
字符串
下面由 >>>
打头的代码,表示是在交互模式下的演示。
打开命令行,键入 python,即可进入交互模式。
>>> s = "Hello!"
>>> s
'Hello!'
内建函数 len
字符串并没有方法(size 或 length)返回长度,取而代之的是内建函数 len
:
>>> len("Hello!")
6
其它序列类型(sequence type)也是如此。
遍历
作为一种序列类型,字符串可以直接用 for
遍历。
>>> for c in "Hello!": print(c)
...
H
e
l
l
o
!
注意这里的变量 c
,虽然表示的是单个字符,其实却是字符串。前面已经说过,Python 没有字符类型。
类型
通过几个内建函数,在交互模式下做一些试验。
函数 type
:查看对象类型:
>>> type("Hello!")
<type 'str'>
函数 help
:查看类型或函数的帮助信息:
>>> help(str)
Help on class str in module builtins:
class str(object)
| str(object='') -> str
<省略>
查看 help
自己的帮助信息:
>>> help(help)
Help on _Helper in module _sitebuiltins object:
<省略>
函数 dir
:列出类的属性:
>>> dir(str)
['__add__', '__class__', '__contains__', <省略>]
不妨看看 dir
又是什么:
>>> help(dir)
Help on built-in function dir in module builtins:
<省略>
类型之间可以比较:
>>> type("hello") == str
True
但是一般不这么用,一般用 isinstance
,因为后者会考虑到类的继承关系:
>>> isinstance("hello", str)
True
不出意外,类型自身也有类型:
>>> type(str)
<class 'type'>
这几个内建函数,非常称手,后面会经常用到。
不可变性
尝试像 C/C++ 那样对单个字符赋值:
>>> s = "Hello!"
>>> s[-1] = '.' # -1 表示倒数第一个(也即最后一个)字符的下标
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'str' object does not support item assignment
错误信息显示:str
对象不支持元素赋值。
方法 replace
也一样,不会改变原来的字符串,而是返回一个替换后的新字符串:
>>> help(str.replace)
replace(...)
S.replace(old, new[, count]) -> string
Return a copy of string S with all occurrences of substring
old replaced by new. If the optional argument count is
given, only the first count occurrences are replaced.
>>> s = "Hello!"
>>> s.replace('!', '.')
"Hello."
>>> s
"Hello!" # 原对象并没有改变
列表
列表(list)是最常用的数据结构,类似于 C++ 的 std::vector
。
定义
>>> squares = [1, 4, 9, 16, 25]
>>> squares
[1, 4, 9, 16, 25]
>>> type(squares)
<class 'list'>
索引
列表的底层实现并非链表(linked list),所以索引的性能还是不错的。
比较特别的地方在于,索引的下标可以为负数,比如前面提到 -1
表示倒数第一个元素。
>>> squares[0]
1
>>> squares[-1]
25
切片
切片(slice)截取列表的一段。
>>> squares[1:4]
[4, 9, 16]
字符串也可以切片。
当然,切片返回新序列,原序列保持不变。
拷贝
因为 Python 的对象是引用计数的,所以要拷贝一个列表,不能简单的赋值,但是可以用切片间接实现:
>>> squares[:]
[1, 4, 9, 16, 25]
不指定起始和结束下标,就切片整个列表。相当于 squares[0:]
或 squares[0:len(squares)]
。
拼接
拼接两个列表,直接相加即可。
>>> squares + [36, 48]
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 48]
如前所述,Python 有操作符重载的概念,与 C++ 不无相似之处。
可变性
与字符串不同,列表是可变的,可以被修改。
>>> squares[6] = 49
>>> squares.append(64)
>>> squares.pop()
49
>>> squares
[1, 4, 9, 16, 25, 36]
编程初步
以「斐波那契数列」为例,介绍基本的控制语句、函数定义。
斐波那契数列
0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, ...
a b
a, b
a, b
交互模式下的演示
打印 100 以内的数列:
>>> a, b = 0, 1
>>> while a < 100:
... print(a, end='')
... a, b = b, a+b
...
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89 >>>
以下几点值得一提:
- Python 支持多变量赋值(multiple assignment),比如
a, b = 0, 1
,可以简化代码,更让 swap 操作变得异常简单:a, b = b, a
。 -
while
语句与其它语言类似。 -
print
函数指定end
参数为空就不再换行了,end
缺省为'\n'
。
函数定义
函数由关键字 def
定义。
把刚才写在交互模式下代码,封装成 fib
函数,并移到文件 mymath.py
中:
def fib(n):
"Print a Fibonacci series up to n."
a, b = 0, 1
while a < n:
print(a, end='')
a, b = b, a+b
那么,mymath
就是一个模块(module)。
关于模块,Python 是这样定义的:
A module is a file containing Python definitions and statements.
函数对象
对于模块,我们暂时先不做深究,知道通过 import
语句来使用即可,就好像 Java 的 import
或 C++ 的 #include
一样。
>>> import mymath
>>> mymath.fib
<function fib at 0x7fd1d6ec25f0>
>>> mymath.fib(100)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89
>>> fib = mymath.fib
>>> fib(100)
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89
函数也是对象,可以赋值给变量,作为参数传递。这比 C/C++ 里的函数指针更强大。
文档字符串 (docstring)
前面定义 fib
时,函数体前有一个字符串:Print a Fibonacci series up to n
,不知道你注意没有?
它就是文档字符串,既可以充当注释,又是函数对象的一部分,你可以通过属性 __doc__
访问:
>>> fib.__doc__
'Print a Fibonacci series up to n.'
文档字符串的功能不言而喻,它为函数 help
提供了萃取信息的通道。
>>> help(fib)
Help on function fib in module mymath:
fib(n)
Print a Fibonacci series up to n.
如果文档字符串有多行,可以使用三重引号的字符串:
def fib(n):
"""Print a Fibonacci series up to n.
E.g., fib(10) prints:
0 1 1 2 3 5 8
"""
函数返回值
只要是函数,都有返回值,没有明确指定返回值的,就返回 None
。None
是 Python 的空值,相当于 C++ 的 NULL
或 Java 的 null
。
>>> fib(0)
>>> print(fib(0))
None
让 fib 返回列表
直接打印结果的函数,并不是一个好的设计,对于 fib
来说,把结果以列表返回要实用得多。
def fib(n):
result = []
a, b = 0, 1
while a < n:
result.append(a)
a, b = b, a+b
return result
另一种实现
改写 fib
函数,返回数列中的第 N 个数。
def fib(n):
a, b = 0, 1
if n <= 0:
return 0
if n == 1:
return 1
while n > 1:
a, b = b, a+b
n -= 1
return b
Python 的 if else
缩写为 elif
。
Python 没有 ++
或 --
操作符,但是有 +=
和 -=
。
递归版
递归和循环比较,递归易理解,循环更高效。
def fib(n):
if n <= 0:
return 0
if n == 1:
return 1
return fib(n-1) + fib(n-2)
阶乘(练习)
各位可以暂停一下,拿阶乘(factorial)练练手,下面先给出轮廓:
def fac(n):
""" ...
>>> fac(4)
24
"""
pass
pass
是占位符,用来标记空代码块,纯粹为了通过“编译”。
参考实现:
def fac(n):
"""C-style implementation"""
result = 1
while n > 1:
result = result * n
n -= 1
return result
使用 range 实现阶乘
range
表示一段范围,比如 range(2, n)
就表示从 2
一直到 n-1
(不包括 n
)。
def fac(n):
result = 1
for i in range(2, n+1):
result *= i
return result
for
回到前面遍历字符串的演示:
>>> s = "Hello!"
>>> for c in s: print(c)
如果需要索引,用 enumerate
:
>>> for i, c in enumerate(s):
... print("s[{}] = {}".format(i, c))
...
s[0] = H
s[1] = e
s[2] = l
s[3] = l
s[4] = o
s[5] = !
用 range
也能达到目的:
>>> for i in range(len(s)):
... print("s[{}] = {}".format(i, s[i]))
range
再看几个 range
的例子:
>>> range(10) # 起点默认为 0
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> range(0, 10)
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
>>> range(0, 10, 3) # 步长为 3
[0, 3, 6, 9]
最后再来看一下 range
的帮助信息:
>>> help(range)
range(...)
range(stop) -> list of integers
range(start, stop[, step]) -> list of integers
<省略>
如前所述,函数 help
是非常称手的。