Python语言程序设计基础 课件 第2章 Python基本语法

第2章Python基本语法2.1引例2.2标识符与命名规则2.3变量与赋值2.4数据的输入和输出2.5数值2.6字符串2.7字符串格式化本章小结

2.1引

例

【例2-1】

计算矩形面积。通过用户输入获取矩形的长度和宽度，然后计算并打印面积。【参考代码】

运行上述代码，得到如下结果：

对于上述计算矩形面积的Python程序，我们可以通过以下详细步骤来理解其编程逻辑。

步骤1：明确问题。

步骤2：获取用户输入。

步骤3：计算面积。

步骤4：显示结果。

步骤5：测试和验证。

上述过程展示了解决一个简单编程问题的逻辑。通过明确问题、收集必要信息(通过用户输入)、处理这些信息(通过计算和转换)、将处理后的信息(结果)反馈给用户，我们可以逐步解决更复杂的问题。这个过程也强调了编程的基本要素：变量声明与赋值、输入/输出操作、数据类型转换、数学运算以及结果展示。通过理解这些基础概念，在后面的学习中，我们可以编写更复杂的程序来解决实际问题。

Python是一种非常注重可读性的编程语言，其基本书写规则旨在确保代码清晰、简洁。遵循这些规则能够让我们的代码更易于维护，同时也能够减少因为语法错误或格式不当导致的问题。

(1)虽然上述例子中没有展示缩进，但是，在Python中，代码缩进是非常重要的。Python使用缩进来表示代码块，不同于其他使用大括号的语言。标准的缩进为每级4个空格。缩进的一致性对于保持代码的结构及可读性非常关键。

(2)从第一列开始，前面不能有任何空格，否则会产生语法错误。注意：注释语句可以从任意位置开始；复合语句构造体必须缩进。在Python中，复合语句是指那些包含其他语句的语句，它们扩展了简单语句的功能。复合语句通常用于控制程序的流程，进行数据的条件处理、循环处理等。

(3)在Python程序中，通常一行书写一条语句，如果一行内有多条语句，语句之间要求使用分号分隔。如果一条语句过长，可以使用反斜线“\”来实现分行书写功能。在 ()、[]、{} 内的跨行语句，也被视为一行语句。例如：

(4)在Python程序中，添加注释是非常必要的。注释以“#”开始，对复杂的代码块和操作使用注释，用来说明其功能或目的。单行注释使用“#”，而多行注释可以用三引号“'''”或“"""”包裹。

(5)在Python程序中，所有语法相关的符号，包括冒号“:”、单引号“'”、双引号“"”以及小括号“()”等，都应当使用英文输入法进行输入，除非这些符号位于字符串之内。

2.2标识符与命名规则

2.2.1标识符在Python中，包、模块、函数、类、变量等的名称必须是有效的标识符。标识符在定义时，需遵循以下命名规则。

(1)标识符的第一个字符必须是字母(大写或小写)或下划线(_)。

(2)标识符的其余部分可以由字母、下划线(_)或数字(0～9)组成。

(3)标识符在Python中是区分大小写的。例如，variable、Variable和VARIABLE是三个不同的标识符。

(4)标识符不能是Python的保留关键字。Python的保留关键字是该语言保留的单词，拥有专门的编程意义(如if、for、class等，见后文)。

(5)标识符应尽量具有描述性。例如，使用name或user_age比使用n或a更有意义。

(6) Python3以后的版本支持Unicode字符作为标识符，但最好避免使用，特别是在代码共享或国际化环境中。

2.2.2保留关键字

在Python中，关键字是一些预先保留的具有特殊语法意义的标识符。这些关键字定义了Python语言的规则和结构，不能用作变量名、函数名或任何其他标识符的名称，否则会产生编译错误。

每个关键字都有其特定的用途和意义，例如用于定义循环的for和while，用于条件判断的if、elif和else，以及用于定义函数的def等。

Python3的关键字如表2-1所示。

在Python中，使用帮助系统可以查看系统关键字。Python提供了一个内置的帮助系统，可通过几种不同的方式访问，帮助我们查询关键字、函数、模块等信息。下面是使用Python的帮助系统来查看系统关键字的具体步骤和示例。

(1)运行Python内置集成开发环境IDLE。

(2)进入帮助系统。当Python解释器启动后，输入help()命令以进入Python的内置帮助系统。

(3)搜索关键字。在帮助模式中，输入keywords命令来查看所有的Python关键字。

(4)获取特定关键字的帮助信息。如果想要获得特定关键字的详细信息，可以直接查询该关键字。例如，如果我们想了解def关键字的用法，可以在帮助系统的提示符后输入def。

(5)退出帮助系统。查看完所需信息后，输入quit命令退出帮助系统。

2.3变

量

与

赋

值

2.3.1变量在计算机程序中，被存储和操作的信息通常被称作数据。这些数据根据其类型以不同的方式被处理和存储。数据类型不仅定义了数据的属性，还规定了可以对数据执行的操作。在Python中，变量是用来存储数据值的标识符，它们指向内存中保存数据的位置。也就是说，所有变量都是用来标识对象或引用对象的。变量的命名必须遵循标识符命名规则，例2-1中的length、width和area均为变量。

1.创建变量

在Python中创建变量非常简单，无需事先声明变量的类型，只需要给变量赋值即可自动创建。例如：

这里，x是一个整型变量，y是一个字符串型变量，z是一个浮点型变量。

2.变量的特点

Python是一种动态类型语言，不需要在声明变量时指定其数据类型。数据类型会在运行时根据赋予变量的值自动确定。这意味着变量的类型可以在运行时改变。例如，可以先将一个变量赋值为整数，然后再赋值为字符串。

上述代码中，首先将x定义为一个整数，然后再将同一个x变量定义为一个字符串。Python允许变量类型的动态更改。

需要注意的是，Python也是一种强类型语言，虽然变量的类型可以动态改变，但在特定的操作中，Python会根据变量的类型进行严格的类型检查。例如，不能将字符串和整数直接相加。

2.3.2变量赋值

在Python中，变量的赋值操作是将一个值绑定到一个变量名上的过程。变量的赋值使用等号“=”来进行。等号左边是变量名，右边是要赋给变量的值。例如，创建一个名为a的变量，并给它赋值10，可以简单地写为：

这行代码创建了一个整数类型(int)的变量a，并将其值设置为10。接下来，a可以用在任何需要整数值的地方，并且它的值可以被修改。

在Python中可以使用多种不同的方法来分配和修改变量的值。下面是一些基本的变量赋值。

1.简单赋值

简单赋值是最基础的赋值方式，即将一个值赋给一个变量。其语法格式为：

2.链式赋值

链式赋值是一种同时将同一个值赋给多个变量的快捷方式。其语法格式为：

上述代码使得a、b、和c三个变量都指向同一个整数对象100。

3.多重赋值

多重赋值允许在一个语句中为多个变量分别赋予不同的值，这种赋值方式在Python中非常有用，特别是当我们需要交换两个变量的值，或者一次性初始化多个变量时。其语法格式为：

4.解包赋值

还有一种赋值，称为解包赋值(unpacking)，它允许从序列(如列表或元组)中提取值并直接赋给多个变量。

2.4数据的输入和输出

2.4.1输入函数input()

input()函数用于从标准输入(即键盘)接收用户的输入。该函数可以接收一个字符串参数，该参数是在等待输入时显示的提示信息(也称为提示符)。用户输入的内容在按下Enter键后被读取并作为函数的返回值，以字符串的形式返回。如果需要将用户输入的内容转换为其他类型，如整数或列表，需要配合使用类型转换函数，例如int()、float()，或者通过其他方式转换。

【例2-6】input()函数示例。

【例2-7】

实现一个简单的计算器。

【参考代码】

上述代码的运行结果如下：

2.4.2输出函数print()

在Python3中，print()函数是最常用的内置函数之一，其主要用途是在控制台输出信息。该函数非常灵活，能够输出各种不同类型的数据，包括字符串、整数、浮点数、对象等。

print()函数的最基本用法是将传递给它的参数输出到标准输出(通常是屏幕)。如果传入多个参数，它们将默认以空格分隔，例如：

print()函数具有几个重要的可选参数，这些参数增强了其输出能力。例如，sep参数定义用来分隔多个值的字符串，默认为一个空格。end参数定义输出后添加的字符串，默认为换行符“\n”。例2-8和例2-9列举了这些参数的具体使用方法。

【例2-8】print()函数示例。

【例2-9】print()中end参数的使用。

2.5数

值2.5.1数值类型

1.整数在Python中，整数类型用来表示没有小数部分的数，包括正数、负数和零，使用int类型来表示。Python中的整数没有固定的大小限制，这意味着，理论上，只要计算机内存足够，就能处理任意大小的整数。

Python不仅支持十进制数的表示方式，还支持二进制(以0b或0B开头)、八进制(以0o或0O开头)和十六进制(以0x或0X开头)的表示方式。

【例2-10】

整数类型示例。

2.浮点数

浮点数是带小数的数字。Python中的浮点数使用float类型来表示。在Python中，浮点数是使用双精度(64位)来存储的。这意味着它可以提供大约16位的十进制精度。具体来说，浮点数的存储分为三个部分：符号位(用于表示正负)、指数位和尾数位(或称为小数位)。该存储方式允许float表示非常大和非常小的数，但这是有上下限的。当数值超过这个范围时，会使用“inf”(无穷大)或“-inf”(负无穷大)来表示。

【例2-11】

浮点数类型示例。

3.复数

复数是表示实数和虚数部分的数。复数在Python中是用complex类型表示的。一个复数由两部分组成：一个实部和一个虚部，通常可表示为a + bj。

在Python中，复数可以直接通过将一个实数和一个虚数加在一起创建，或者使用内置的complex(real,imag)函数创建。

【例2-12】

复数类型示例。

一旦创建了复数，用户可以使用 .real和 .imag属性来访问它的实部和虚部。例如：

4.布尔值

Python中的布尔(Boolean)类型是一种基础数据类型，用于表示真值或假值。布尔类型有两个值：True和False。需要注意的是，在Python中，True和False是关键字，并且是整数1和0的别名，因此它们也可以参与数值运算。

【例2-13】

布尔类型示例。

2.5.2数值类型的操作

Python提供了丰富的内置操作来处理数值类型的数据(例如整数、浮点数、复数)。

1.内置数值运算操作符

Python内置了一系列数值运算符，这些运算符允许执行基本的数学运算，如加法、减法、乘法等，以及更复杂的操作，如幂运算等。表2-2是Python中常用的数值运算符的详细描述和实例。

扩展的算术运算符(也称为复合赋值运算符)提供了一种便捷的方式来修改变量的值，并且这种修改是基于原始值和某个操作的结果。这些运算符结合了基本的算术运算(如加法、减法、乘法等)和赋值操作，使得代码更加简洁、易读。扩展的算术运算符如表2-3所示。

【例2-14】

数值运算操作符示例。

【例2-15】

假设投资1000元(P = 1000)，年利率为5%(r = 0.05)，利息每年计算一次(n = 1)，投资期限为10年(t = 10)。请计算10年后的投资价值。

【参考代码】

2.内置的数值运算函数

Python不仅提供了数值运算操作符，还内置了一些用于数学计算的函数。这些函数可以对数字进行处理，如求绝对值、四舍五入等操作。表2-4是Python中一些常用的内置数值运算函数的功能描述及示例。

【例2-16】

已知三次考试成绩，请计算平均成绩，要求四舍五入到小数点后一位。并求出三次考试的最高和最低成绩。

【参考代码】

运行结果为：

2.5.3math库的使用

1.导入math库

在Python中，我们可以通过简单的导入语句“importmath”来使用math模块。例如：

还有一种写法是：“frommathimport*”，或者，如果我们只需要使用特定的几个函数，也可以选择性地通过“frommathimport<函数名>”导入这些函数。例如：

2. math库中主要数学函数和常量

表2-5和表2-6分别列出了math模块中的常量和部分重要的数值函数，以及它们的简单描述和数学形式。

【例2-17】math库的主要函数示例。

【例2-18】

计算三角形的面积。假设有一个三角形，已知其三边长度分别为a、b和c，用海伦公式来计算这个三角形的面积。

【参考代码】

【例2-19】

编写一个Python程序，求解一元二次方程的实数根。

【参考代码】

程序运行后，可得如下结果：

2.6字

符

串

2.6.1字符串类型

Python中的字符串(String)类型是一种用来处理文本的数据类型。在Python中，字符串是不可变的序列类型，这意味着一旦创建字符串，其内容就不可更改。字符串可以包含字母、数字、符号和空格，Python使用单引号、双引号和三双引号作为定界符来表示字符串，不同的定界符之间可以相互嵌套。

【例2-20】

字符串类型示例。

2.6.2字符串的基本操作

(1)连接：使用“+”操作符可以连接两个或多个字符串。例如：

(2)重复：使用“*”操作符可以重复字符串多次。例如：

(3)索引：字符串索引是访问字符串中单个字符的方法。在Python中，字符串被视为字符序列，每个字符在序列中都有一个确定的位置，即索引。索引可以是正数，也可以是负数。使用正数索引时，计数从0开始；使用负数索引时，计数从 -1开始，表示字符串的最后一个字符。

【例2-21】

字符串索引示例。

(4)切片：除了使用索引访问单个字符外，还可以通过切片操作获取子字符串，切片通过指定开始索引和结束索引的方式来实现，语法为[开始索引:结束索引]。在切片操作中，返回的子字符串包含开始索引对应的字符，但不包含结束索引对应的字符。

【例2-22】

字符串切片示例。

2.6.3字符串的内置方法

Python提供了一系列内置方法来进行字符串处理和查询。下面将详细介绍一些常用的字符串内置方法，并提供具体的实例。

1.字符串查询

字符串查询的方法用来搜索或查询字符串中特定内容存在与否，或者获取特定内容的位置信息。以下是一些常用的字符串查询方法及其具体实例。

(1) count()：用来统计字符串中某个字符或子串出现的次数，如果不存在则返回0。例如：

(2) find()和rfind()：find()方法用来查找子字符串首次出现的位置(从左侧开始查找)，并返回子字符串开始的索引。如果找到了子字符串，则返回第一次出现的索引；如果没有找到，则返回 -1。rfind()类似于find()，但是它是查找子字符串最后一次出现的位置。例如：

(3) index()和rindex()：index()和rindex()方法与find()和rfind()非常相似，但是当指定的子字符串不在主字符串中时，index()和rindex()会抛出一个ValueError异常，而不是返回-1。例如：

2.字符串分割与合并

(1) spilt()和rsplit()：split()和rsplit()方法用于将字符串按照指定的分隔符，从原字符串的左端和右端开始进行分割，并返回一个字符串列表(列表内容后面章节将详细介绍)。例如，以下代码将字符串"hello,world"按照逗号进行分割。

split()方法还有一个可选参数maxsplit，用于指定分割的次数。例如，以下代码将字符串"hello|world|python"按照竖线进行分割。

(2) partition()：partition()方法用于将字符串按照指定的分隔符进行分割，并返回一个包含分隔符的字符串列表。例如：

(3) join()：join()方法用于将列表中的字符串按照指定的分隔符进行连接，并返回一个新的字符串。例如，以下代码将列表["hello","world"]按照冒号进行连接。

3.字符串转换

4.字符串去除

(1) strip()：用于去除字符串两侧的空格或指定的字符(包括空格、换行符、制表符等)。如果不指定参数，默认去除空格。例如：

(2) lstrip()和rstrip()：lstrip()用于去除字符串左端指定的字符；rstrip()用于去除字符串右端指定的字符。例如：

5.字符串替换

replace()：用于在字符串中替换指定的子字符串。例如，以下代码将字符串 "helloworld"中的 "world" 替换为 "python"：

6.字符串判断

(1) startswith()和endswith()：startswith()方法用于检查字符串是否以指定的子字符串开始。endswith()方法用于检查字符串是否以指定的子字符串结尾。例如：

7.字符串排版

(4) zfill()：返回指定长度的字符串，原字符串右对齐，前面填充0。例如：

2.6.4字符串的内置函数

Python的字符串类型除了拥有许多实用的内置方法之外，还可以通过一些内置函数进行操作和处理。这些函数提供了另一种方式来处理字符串，经常用于类型转换、字符编码等任务。下面列举了一些常用的与字符串相关的内置函数并提供了示例。

(1) len()：返回字符串中的字符数。请注意，对于字符串而言，len()计算的是字符的数量。例如：

如果字符串中包含多字节字符(如许多Unicode字符)，这些字符也会被计算为一个单元。例如：

在上述代码中，尽管这个字符串包含的是中文字符，每个中文字符在某些编码下(如UTF-8)可能占用多个字节，但len()计数的是字符数，因此返回6，而不是字节的数量。

(2) str()：用于将一个对象转换成字符串形式。例如：

(3) hex()和oct()：分别用于将整数转换成其十六进制和八进制字符串表达形式，字符串以小写形式显示，且分别以0x和0o为前缀。例如：

(4) ord()和chr()：两个互为逆操作的内置函数，用于字符与其ASCII码或Unicode码点之间的转换。例如：

【例2-23】

使用ord()和chr()进行简单的字符加密和解密。