变量、运算符与数据类型

1. 注释

• 在 Python 中，# 表示注释，作用于整行。

【例子】单行注释

1

# 这是一个注释

2

print("Hello world")

3

​

4

# Hello world

Hello world

• ''' ''' 或者 """ """ 表示区间注释，在三引号之间的所有内容被注释

【例子】多行注释

1

'''

2

这是多行注释，用三个单引号

3

这是多行注释，用三个单引号

4

这是多行注释，用三个单引号

5

'''

6

print("Hello china") 

7

# Hello china

8

​

9

"""

10

这是多行注释，用三个双引号

11

这是多行注释，用三个双引号 

12

这是多行注释，用三个双引号

13

"""

14

print("hello china") 

15

# hello china

Hello china

hello china

【我是测试题1】请在下方代码块中打印(print)出 hello+你的姓名
如：print("hello 老表")

1

# 写下你的答案

2

​

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

【例子】

1

print(1 + 1)  # 2

2

print(2 - 1)  # 1

3

print(3 * 4)  # 12

4

print(3 / 4)  # 0.75

5

print(3 // 4)  # 0

6

print(3 % 4)  # 3

7

print(2 ** 3)  # 8

2

1

12

0.75

0

3

8

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

【例子】

1

print(2 > 1)  # True

2

print(2 >= 4)  # False

3

print(1 < 2)  # True

4

print(5 <= 2)  # False

5

print(3 == 4)  # False

6

print(3 != 5)  # True

True

False

True

False

False

True

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)

【例子】

1

print((3 > 2) and (3 < 5))  # True

2

print((1 > 3) or (9 < 2))  # False

3

print(not (2 > 1))  # False

True

False

False

位运算符

操作符	名称	示例
~	按位取反	~4
&	按位与	4 & 5
`	`	按位或
^	按位异或	4 ^ 5
<<	左移	4 << 2
>>	右移	4 >> 2

【例子】有关二进制的运算，参见“位运算”部分的讲解。

1

print(bin(4))  # 0b100

2

print(bin(5))  # 0b101

3

print(bin(~4), ~4)  # -0b101 -5

4

print(bin(4 & 5), 4 & 5)  # 0b100 4

5

print(bin(4 | 5), 4 | 5)  # 0b101 5

6

print(bin(4 ^ 5), 4 ^ 5)  # 0b1 1

7

print(bin(4 << 2), 4 << 2)  # 0b10000 16

8

print(bin(4 >> 2), 4 >> 2)  # 0b1 1

0b100

0b101

-0b101 -5

0b100 4

0b101 5

0b1 1

0b10000 16

0b1 1

三元运算符

【例子】

1

x, y = 4, 5

2

if x < y:

3

    small = x

4

else:

5

    small = y

6

​

7

print(small)  # 4

4

有了这个三元操作符的条件表达式，你可以使用一条语句来完成以上的条件判断和赋值操作。

【例子】

1

x, y = 4, 5

2

small = x if x < y else y

3

print(small)  # 4

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】

1

letters = ['A', 'B', 'C']

2

if 'A' in letters:

3

    print('A' + ' exists')

4

if 'h' not in letters:

5

    print('h' + ' not exists')

6

​

7

# A exists

8

# h not exists

A exists

h not exists

【例子】比较的两个变量均指向不可变类型。

1

a = "hello"

2

b = "hello"

3

print(a is b, a == b)  # True True

4

print(a is not b, a != b)  # False False

True True

False False

【例子】比较的两个变量均指向可变类型。

1

a = ["hello"]

2

b = ["hello"]

3

print(a is b, a == b)  # False True

4

print(a is not b, a != b)  # True False

False True

True False

注意：

• is, is not 对比的是两个变量的内存地址
• ==, != 对比的是两个变量的值
• 比较的两个变量，指向的都是地址不可变的类型（str等），那么is，is not 和 ==，！= 是完全等价的。
• 对比的两个变量，指向的是地址可变的类型（list，dict，tuple等），则两者是有区别的。

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

【例子】

1

print(-3 ** 2)  # -9

2

print(3 ** -2)  # 0.1111111111111111

3

print(1 << 3 + 2 & 7)  # 0

4

print(-3 * 2 + 5 / -2 - 4)  # -12.5

5

print(3 < 4 and 4 < 5)  # True

-9

0.1111111111111111

0

-12.5

True

【我是测试题2】下面这段代码的运行结果是什么？

1

# 运行一下结果就出来了

2

a = "hello"

3

b = "hello"

4

print(a is b, a == b)

3. 变量和赋值

• 在使用变量之前，需要对其先赋值。
• 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。
• Python 变量名是大小写敏感的，foo != Foo。

【例子】

1

teacher = "老马的程序人生"

2

print(teacher)  # 老马的程序人生

老马的程序人生

【例子】

1

first = 2

2

second = 3

3

third = first + second

4

print(third)  # 5

5

【例子】

1

myTeacher = "老马的程序人生"

2

yourTeacher = "小马的程序人生"

3

ourTeacher = myTeacher + ',' + yourTeacher

4

print(ourTeacher)  # 老马的程序人生,小马的程序人生

老马的程序人生,小马的程序人生

【我是测试题3】运行下面一段代码看看结果是什么？

1

# 运行一下就好啦

2

set_1 = {"欢迎", "学习","Python"}

3

print(set_1.pop())

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

整型

【例子】通过 print() 可看出 a 的值，以及类 (class) 是int。

1

a = 1031

2

print(a, type(a))

3

# 1031 <class 'int'>

1031 <class 'int'>

Python 里面万物皆对象（object），整型也不例外，只要是对象，就有相应的属性 （attributes） 和方法（methods）。

【例子】

1

b = dir(int)

2

print(b)

3

​

4

# ['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__',

5

# '__delattr__', '__dir__', '__divmod__', '__doc__', '__eq__',

6

# '__float__', '__floor__', '__floordiv__', '__format__', '__ge__',

7

# '__getattribute__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__',

8

# '__index__', '__init__', '__init_subclass__', '__int__', '__invert__',

9

# '__le__', '__lshift__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__',

10

# '__neg__', '__new__', '__or__', '__pos__', '__pow__', '__radd__',

11

# '__rand__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__',

12

# '__rfloordiv__', '__rlshift__', '__rmod__', '__rmul__', '__ror__',

13

# '__round__', '__rpow__', '__rrshift__', '__rshift__', '__rsub__',

14

# '__rtruediv__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__',

15

# '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__',

16

# 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'from_bytes', 'imag',

17

# 'numerator', 'real', 'to_bytes']

['__abs__', '__add__', '__and__', '__bool__', '__ceil__', '__class__', '__delattr__', '__dir__', '__divmod__', '__doc__', '__eq__', '__float__', '__floor__', '__floordiv__', '__format__', '__ge__', '__getattribute__', '__getnewargs__', '__gt__', '__hash__', '__index__', '__init__', '__init_subclass__', '__int__', '__invert__', '__le__', '__lshift__', '__lt__', '__mod__', '__mul__', '__ne__', '__neg__', '__new__', '__or__', '__pos__', '__pow__', '__radd__', '__rand__', '__rdivmod__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rfloordiv__', '__rlshift__', '__rmod__', '__rmul__', '__ror__', '__round__', '__rpow__', '__rrshift__', '__rshift__', '__rsub__', '__rtruediv__', '__rxor__', '__setattr__', '__sizeof__', '__str__', '__sub__', '__subclasshook__', '__truediv__', '__trunc__', '__xor__', 'bit_length', 'conjugate', 'denominator', 'from_bytes', 'imag', 'numerator', 'real', 'to_bytes']

对它们有个大概印象就可以了，具体怎么用，需要哪些参数 （argument），还需要查文档。看个bit_length()的例子。

【例子】找到一个整数的二进制表示，再返回其长度。

1

a = 1031

2

print(bin(a))  # 0b10000000111

3

print(a.bit_length())  # 11

0b10000000111

11

浮点型

【例子】

1

print(1, type(1))

2

# 1 <class 'int'>

3

​

4

print(1., type(1.))

5

# 1.0 <class 'float'>

6

​

7

a = 0.00000023

8

b = 2.3e-7

9

print(a)  # 2.3e-07

10

print(b)  # 2.3e-07

1 <class 'int'>

1.0 <class 'float'>

2.3e-07

2.3e-07

有时候我们想保留浮点型的小数点后 n 位。可以用 decimal 包里的 Decimal 对象和 getcontext() 方法来实现。

1

import decimal

2

from decimal import Decimal

Python 里面有很多用途广泛的包 (package)，用什么你就引进 (import) 什么。包也是对象，也可以用上面提到的dir(decimal) 来看其属性和方法。

【例子】getcontext() 显示了 Decimal 对象的默认精度值是 28 位 (prec=28)。

1

a = decimal.getcontext()

2

print(a)

3

​

4

# Context(prec=28, rounding=ROUND_HALF_EVEN, Emin=-999999, Emax=999999,

5

# capitals=1, clamp=0, flags=[], 

6

# traps=[InvalidOperation, DivisionByZero, Overflow])

Context(prec=28, rounding=ROUND_HALF_EVEN, Emin=-999999, Emax=999999, capitals=1, clamp=0, flags=[], traps=[InvalidOperation, DivisionByZero, Overflow])

1

b = Decimal(1) / Decimal(3)

2

print(b)

3

​

4

# 0.3333333333333333333333333333

0.3333333333333333333333333333

【例子】使 1/3 保留 4 位，用 getcontext().prec 来调整精度。

1

decimal.getcontext().prec = 4

2

c = Decimal(1) / Decimal(3)

3

print(c)

4

​

5

# 0.3333

0.3333

布尔型

布尔 (boolean) 型变量只能取两个值，True 和 False。当把布尔型变量用在数字运算中，用 1 和 0 代表 True 和 False。

【例子】

1

print(True + True)  # 2

2

print(True + False)  # 1

3

print(True * False)  # 0

2

1

0

除了直接给变量赋值 True 和 False，还可以用 bool(X) 来创建变量，其中 X 可以是

• 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

【例子】bool 作用在基本类型变量：X 只要不是整型 0、浮点型 0.0，bool(X) 就是 True，其余就是 False。

1

print(type(0), bool(0), bool(1))

2

# <class 'int'> False True

3

​

4

print(type(10.31), bool(0.00), bool(10.31))

5

# <class 'float'> False True

6

​

7

print(type(True), bool(False), bool(True))

8

# <class 'bool'> False True

<class 'int'> False True

<class 'float'> False True

<class 'bool'> False True

【例子】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。

1

print(type(''), bool(''), bool('python'))

2

# <class 'str'> False True

3

​

4

print(type(()), bool(()), bool((10,)))

5

# <class 'tuple'> False True

6

​

7

print(type([]), bool([]), bool([1, 2]))

8

# <class 'list'> False True

9

​

10

print(type({}), bool({}), bool({'a': 1, 'b': 2}))

11

# <class 'dict'> False True

12

​

13

print(type(set()), bool(set()), bool({1, 2}))

14

# <class 'set'> False True

<class 'str'> False True

<class 'tuple'> False True

<class 'list'> False True

<class 'dict'> False True

<class 'set'> False True

确定bool(X) 的值是 True 还是 False，就看 X 是不是空，空的话就是 False，不空的话就是 True。

• 对于数值变量，0, 0.0 都可认为是空的。
• 对于容器变量，里面没元素就是空的。

获取类型信息

• 获取类型信息 type(object)

【例子】

1

print(isinstance(1, int))  # True

2

print(isinstance(5.2, float))  # True

3

print(isinstance(True, bool))  # True

4

print(isinstance('5.2', str))  # True

True

True

True

True

注：

• 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()。

类型转换

• 转换为整型 int(x, base=10)
• 转换为字符串 str(object='')
• 转换为浮点型 float(x)

【例子】

1

print(int('520'))  # 520

2

print(int(520.52))  # 520

3

print(float('520.52'))  # 520.52

4

print(float(520))  # 520.0

5

print(str(10 + 10))  # 20

6

print(str(10.1 + 5.2))  # 15.3

520

520

520.52

520.0

20

15.3

5. print() 函数

1

print(*objects, sep=' ', end='\n', 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()方式进行转换为字符串输出；
• 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\n；
• 关键字参数file是定义流输出的文件，可以是标准的系统输出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。

【例子】没有参数时，每次输出后都会换行。

1

shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']

2

print("This is printed without 'end'and 'sep'.")

3

for item in shoplist:

4

    print(item)

5

​

6

# This is printed without 'end'and 'sep'.

7

# apple

8

# mango

9

# carrot

10

# banana

This is printed without 'end'and 'sep'.

apple

mango

carrot

banana

【例子】每次输出结束都用end设置的参数&结尾，并没有默认换行。

1

shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']

2

print("This is printed with 'end='&''.")

3

for item in shoplist:

4

    print(item, end='&')

5

print('hello world')

6

​

7

# This is printed with 'end='&''.

8

# apple&mango&carrot&banana&hello world

This is printed with 'end='&''.

apple&mango&carrot&banana&hello world

【例子】item值与'another string'两个值之间用sep设置的参数&分割。由于end参数没有设置，因此默认是输出解释后换行，即end参数的默认值为\n。

1

shoplist = ['apple', 'mango', 'carrot', 'banana']

2

print("This is printed with 'sep='&''.")

3

for item in shoplist:

4

    print(item, 'another string', sep='&')

5

​

6

# This is printed with 'sep='&''.

7

# apple&another string

8

# mango&another string

9

# carrot&another string

10

# banana&another string

This is printed with 'sep='&''.

apple&another string

mango&another string

carrot&another string

banana&another string

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。 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。

1

class Program

2

{

3

    static void Main(string[] args)

4

    {

5

        string s1 = Convert.ToString(-3, 2);

6

        Console.WriteLine(s1); 

7

        // 11111111111111111111111111111101

8

9

        string s2 = Convert.ToString(-3, 16);

10

        Console.WriteLine(s2); 

11

        // fffffffd

12

    }

13

}

【例子】 Python 的bin() 输出。

1

print(bin(3))  # 0b11

2

print(bin(-3))  # -0b11

3

​

4

print(bin(-3 & 0xffffffff))  

5

# 0b11111111111111111111111111111101

6

​

7

print(bin(0xfffffffd))       

8

# 0b11111111111111111111111111111101

9

​

10

print(0xfffffffd)  # 4294967293

0b11

-0b11

0b11111111111111111111111111111101

0b11111111111111111111111111111101

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. if 语句

if expression:
    expr_true_suite

• if 语句的 expr_true_suite 代码块只有当条件表达式 expression 结果为真时才执行，否则将继续执行紧跟在该代码块后面的语句。
• 单个 if 语句中的 expression 条件表达式可以通过布尔操作符 and，or和not 实现多重条件判