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Python 3 入門,看這篇就夠了

導讀:語法、資料、函式、檔案……全都有了!

 

 

作者:Shocker

來源:格物

鏈接:https://shockerli.net/post/python-study-note/

 

01 簡介

Python 是一種高層次的結合瞭解釋性、編譯性、互動性和麵向物件的腳本語言。Python 由 Guido van Rossum 於 1989 年底在荷蘭國家數學和計算機科學研究所發明,第一個公開發行版發行於 1991 年。

特點:

  • 易於學習:Python 有相對較少的關鍵字,結構簡單,和一個明確定義的語法,學習起來更加簡單。

  • 易於閱讀:Python 代碼定義的更清晰。

  • 易於維護:Python 的成功在於它的原始碼是相當容易維護的。

  • 一個廣泛的標準庫:Python 的最大的優勢之一是豐富的庫,跨平臺的,在 UNIX,Windows 和 macOS 兼容很好。

  • 互動樣式:互動樣式的支持,您可以從終端輸入執行代碼並獲得結果的語言,互動的測試和除錯代碼片斷。

  • 可移植:基於其開放原始碼的特性,Python 已經被移植(也就是使其工作)到許多平臺。

  • 可擴展:如果你需要一段運行很快的關鍵代碼,或者是想要編寫一些不願開放的演算法,你可以使用 C 或 C++ 完成那部分程式,然後從你的 Python 程式中呼叫。

  • 資料庫:Python 提供所有主要的商業資料庫的接口。

  • GUI 編程:Python 支持 GUI 可以創建和移植到許多系統呼叫。

  • 可嵌入:你可以將 Python 嵌入到 C/C++ 程式,讓你的程式的用戶獲得”腳本化”的能力。

  • 面向物件:Python 是強面向物件的語言,程式中任何內容統稱為物件,包括數字、字串、函式等。

02 基礎語法

1. 運行 Python

交互式解釋器

在命令列視窗執行python後,進入 Python 的交互式解釋器。exit() 或 Ctrl + D 組合鍵退出交互式解釋器。

命令列腳本

在命令列視窗執行python script-file.py,以執行 Python 腳本檔案。

指定解釋器

如果在 Python 腳本檔案首行輸入#!/usr/bin/env python,那麼可以在命令列視窗中執行/path/to/script-file.py以執行該腳本檔案。

註:該方法不支持 Windows 環境。

2. 編碼

預設情況下,3.x 原始碼檔案都是 UTF-8 編碼,字串都是 Unicode 字符。也可以手動指定檔案編碼:

# -*- coding: utf-8 -*-

或者

# encoding: utf-8

 

註意: 該行標註必須位於檔案第一行

3. 識別符號

  • 第一個字符必須是英文字母或下劃線 _ 。

  • 識別符號的其他的部分由字母、數字和下劃線組成。

  • 識別符號對大小寫敏感。

註:從 3.x 開始,非 ASCII 識別符號也是允許的,但不建議。

4. 保留字

保留字即關鍵字,我們不能把它們用作任何識別符號名稱。Python 的標準庫提供了一個 keyword 模塊,可以輸出當前版本的所有關鍵字:

>>> import keyword
>>> keyword.kwlist
['False', 'None', 'True', 'and', 'as', 'assert', 'break', 'class', 'continue', 'def', 'del', 'elif', 'else', 'except', 'finally', 'for', 'from', 'global', 'if', 'import', 'in', 'is', 'lambda', 'nonlocal', 'not', 'or', 'pass', 'raise', 'return', 'try', 'while', 'with', 'yield']

 

5. 註釋

單行註釋採用#,多行註釋採用'''"""

# 這是單行註釋

'''
這是多行註釋
這是多行註釋
'''

"""
這也是多行註釋
這也是多行註釋
"""

6. 行與縮進

Python 最具特色的就是使用縮進來表示代碼塊,不需要使用大括號 {}。縮進的空格數是可變的,但是同一個代碼塊的陳述句必須包含相同的縮進空格數。縮進不一致,會導致運行錯誤。

7. 多行陳述句

Python 通常是一行寫完一條陳述句,但如果陳述句很長,我們可以使用反斜杠\實現多行陳述句。

total = item_one + 
       item_two +
       item_three

[],{}, 或()中的多行陳述句,不需要使用反斜杠\

8. 空行

函式之間或類的方法之間用空行分隔,表示一段新的代碼的開始。類和函式入口之間也用一行空行分隔,以突出函式入口的開始。

空行與代碼縮進不同,空行並不是 Python 語法的一部分。書寫時不插入空行,Python 解釋器運行也不會出錯。但是空行的作用在於分隔兩段不同功能或含義的代碼,便於日後代碼的維護或重構。

記住:空行也是程式代碼的一部分。

9. 等待用戶輸入

input函式可以實現等待並接收命令列中的用戶輸入。

content = input("

請輸入點東西並按 Enter 鍵
")
print(content)

10. 同一行寫多條陳述句

Python 可以在同一行中使用多條陳述句,陳述句之間使用分號;分割。

import sys; x = 'hello world'; sys.stdout.write(x + '
')

11. 多個陳述句構成代碼組

縮進相同的一組陳述句構成一個代碼塊,我們稱之代碼組。

ifwhiledefclass這樣的複合陳述句,首行以關鍵字開始,以冒號:結束,該行之後的一行或多行代碼構成代碼組。

我們將首行及後面的代碼組稱為一個子句(clause)。

12. print 輸出

print 預設輸出是換行的,如果要實現不換行需要在變數末尾加上end=""或別的非換行符字串:

print('123') # 預設換行
print('123', end = "") # 不換行

13. import 與 from…import

在 Python 用 import 或者 from...import 來匯入相應的模塊。

  • 將整個模塊匯入,格式為:import module_name

  • 從某個模塊中匯入某個函式,格式為:from module_name import func1

  • 從某個模塊中匯入多個函式,格式為:from module_name import func1, func2, func3

  • 將某個模塊中的全部函式匯入,格式為:from module_name import *

 

03 運算子

1. 算術運算子

運算子 描述
+
*
/
% 取模
**
// 取整除

 

2. 比較運算子

運算子 描述
== 等於
!= 不等於
> 大於
< 小於
>= 大於等於
<= 小於等於

 

3. 賦值運算子

運算子 描述
= 簡單的賦值運算子
+= 加法賦值運算子
-= 減法賦值運算子
*= 乘法賦值運算子
/= 除法賦值運算子
%= 取模賦值運算子
**= 冪賦值運算子
//= 取整除賦值運算子

 

4. 位運算子

運算子 描述
&

按位與運算子:參與運算的兩個值,如果兩個相應位都為1,則該位的結果為1,否則為0

| 按位或運算子:只要對應的二個二進位有一個為1時,結果位就為1
^ 按位異或運算子:當兩對應的二進位相異時,結果為1
~ 按位取反運算子:對資料的每個二進制位取反,即把1變為0,把0變為1。~x 類似於 -x-1
<< 左移動運算子:運算元的各二進位全部左移若干位,由”<
>> 右移動運算子:把”>>“左邊的運算元的各二進位全部右移若干位,”>>“右邊的數指定移動的位數

5. 邏輯運算子

運算子 邏輯運算式 描述

and

x and y

布爾”與” – 如果 x 為 False,x and y 傳回 False,否則它傳回 y 的計算值

or

x or y

布爾”或” – 如果 x 是 True,它傳回 x 的值,否則它傳回 y 的計算值

not

not x

布爾”非” – 如果 x 為 True,傳回 False 。如果 x 為 False,它傳回 True

6. 成員運算子

運算子 描述

in

如果在指定的序列中找到值傳回 True,否則傳回 False

not in

如果在指定的序列中沒有找到值傳回 True,否則傳回 False

7. 身份運算子

運算子 描述 實體

is

is 是判斷兩個識別符號是不是取用自一個物件

x is y, 類似 id(x) == id(y) , 如果取用的是同一個物件則傳回 True,否則傳回 False

is not

is not 是判斷兩個識別符號是不是取用自不同物件

x is not y , 類似 id(a) != id(b)。如果取用的不是同一個物件則傳回結果 True,否則傳回 False

8. 運算子優先級

運算子 描述

(expressions...)[expressions...]{key: value...}{expressions...}

表示系結或元組、表示串列、表示字典、表示集合

x[index]x[index:index]x(arguments...)x.attribute

下標、切片、呼叫、屬性取用

**

指數 (最高優先級)

~ + -

按位翻轉, 一元加號和減號 (最後兩個的方法名為 +@ 和 -@)

* / % //

乘,除,取模和取整除

+ -

加法減法

>> <<

右移,左移運算子

&

位 ‘AND’

^ `

`

<= < > >=

比較運算子

<> == !=

等於運算子

= %= /= //= -= += *= **=

賦值運算子

is is not

身份運算子

in not in

成員運算子

and or not

邏輯運算子

if - else

條件運算式

lambda

Lambda 運算式

具有相同優先級的運算子將從左至右的方式依次進行。用小括號()可以改變運算順序。

04 變數

變數在使用前必須先”定義”(即賦予變數一個值),否則會報錯:

>>> name
Traceback (most recent call last):
 File "", line 1, in
NameError: name 'name' is not defined

 

05 資料型別

1. 布爾(bool)

只有 True  False 兩個值,表示真或假。

2. 數字(number)

整型(int)

整數值,可正數亦可複數,無小數。 3.x 整型是沒有限制大小的,可以當作 Long 型別使用,所以 3.x 沒有 2.x 的 Long 型別。

浮點型(float)

浮點型由整數部分與小數部分組成,浮點型也可以使用科學計數法表示(2.5e2 = 2.5 x 10^2 = 250)

複數(complex)

複數由實數部分和虛數部分構成,可以用a + bj,或者complex(a,b)表示,複數的實部 a 和虛部 b 都是浮點型。

數字運算

  • 不同型別的數字混合運算時會將整數轉換為浮點數

  • 在不同的機器上浮點運算的結果可能會不一樣

  • 在整數除法中,除法 / 總是傳回一個浮點數,如果只想得到整數的結果,丟棄可能的分數部分,可以使用運算子 //

  • // 得到的並不一定是整數型別的數,它與分母分子的資料型別有關係

  • 在交互樣式中,最後被輸出的運算式結果被賦值給變數 __ 是個只讀變數

數學函式

註:以下函式的使用,需先匯入 math 包。

函式 描述

abs(x)

傳回數字的整型絕對值,如 abs(-10) 傳回 10

ceil(x)

傳回數字的上入整數,如 math.ceil(4.1) 傳回 5

cmp(x, y)

如果 x < y 傳回 -1,如果 x == y 傳回 0,如果 x > y 傳回 1。Python 3 已廢棄 。使用 使用 (x>y)-(x 替換。

exp(x)

傳回 e 的 x 次冪(ex),如 math.exp(1) 傳回2.718281828459045

fabs(x)

傳回數字的浮點數絕對值,如 math.fabs(-10) 傳回10.0

floor(x)

傳回數字的下舍整數,如 math.floor(4.9) 傳回 4

log(x)

如 math.log(math.e) 傳回 1.0,math.log(100,10) 傳回 2.0

log10(x)

傳回以 10 為基數的 x 的對數,如 math.log10(100) 傳回 2.0

max(x1, x2,…)

傳回給定引數的最大值,引數可以為序列

min(x1, x2,…)

傳回給定引數的最小值,引數可以為序列

modf(x)

傳回 x 的整數部分與小數部分,兩部分的數值符號與 x 相同,整數部分以浮點型表示

pow(x, y)

冪等函式, x**y 運算後的值

round(x [,n])

傳回浮點數 x 的四捨五入值,如給出 n 值,則代表舍入到小數點後的位數

sqrt(x)

傳回數字 x 的平方根

隨機數函式

註:以下函式的使用,需先匯入 random 包。

函式 描述

choice(seq)

從序列的元素中隨機挑選一個元素,比如random.choice(range(10)),從0到9中隨機挑選一個整數

randrange ([start,] stop [,step])

從指定範圍內,按指定基數遞增的集合中獲取一個隨機數,基數預設值為1

random()

隨機生成下一個實數,它在[0,1)範圍內

seed([x])

改變隨機數生成器的種子seed。如果你不瞭解其原理,你不必特別去設定seed,Python會幫你選擇seed

shuffle(lst)

將序列的所有元素隨機排序

uniform(x, y)

隨機生成下一個實數,它在[x,y]範圍內

三角函式

註:以下函式的使用,需先匯入 math 包。

函式 描述

acos(x)

傳回 x 的反餘弦弧度值

asin(x)

傳回 x 的反正弦弧度值

atan(x)

傳回 x 的反正切弧度值

atan2(y, x)

傳回給定的 X 及 Y 坐標值的反正切值

cos(x)

傳回 x 的弧度的餘弦值

hypot(x, y)

傳回歐幾里德範數 sqrt(x*x + y*y)

sin(x)

傳回的 x 弧度的正弦值

tan(x)

傳回 x 弧度的正切值

degrees(x)

將弧度轉換為角度,如 degrees(math.pi/2) 傳回 90.0

radians(x)

將角度轉換為弧度

數學常量

常量 描述

pi

數學常量 pi(圓周率,一般以π來表示)

e

數學常量 e,e 即自然常數(自然常數)

3. 字串(string)

  • 單引號和雙引號使用完全相同

  • 使用三引號('''""")可以指定一個多行字串

  • 轉義符(反斜杠)可以用來轉義,使用r可以讓反斜杠不發生轉義,如r"this is a line with ",則會顯示,並不是換行

  • 按字面意義級聯字串,如"this " "is " "string"會被自動轉換為this is string

  • 字串可以用 + 運算子連接在一起,用 * 運算子重覆

  • 字串有兩種索引方式,從左往右以 0 開始,從右往左以 -1 開始

  • 字串不能改變

  • 沒有單獨的字符型別,一個字符就是長度為 1 的字串

  • 字串的截取的語法格式如下:變數[頭下標:尾下標]

 

轉義字符

轉義字符 描述
\ 在行尾時,續行符
\\ 反斜杠符號
\‘ 單引號
\“ 雙引號
\a 響鈴
\b 退格(Backspace)
\e 轉義
\000
\n 換行
\v 縱向製表符
\t 橫向製表符
\r 回車
\f 換頁
\oyy 八進制數,yy代表字符,例如:\o12代表換行
\xyy 十六進制數,yy代表字符,例如:\x0a代表換行
\other 其它的字符以普通格式輸出

字串運算子

運算子 描述 實體
+ 字串連接 'Hello' + 'Python' 輸出結果:’HelloPython’
* 重覆輸出字串 'Hello' * 2 輸出結果:’HelloHello’
[] 通過索引獲取字串中字符 'Hello'[1] 輸出結果 e
[ : ] 截取字串中的一部分 'Hello'[1:4] 輸出結果 ell
in 成員運算子,如果字串中包含給定的字符傳回 True 'H' in 'Hello'輸出結果 True
not in 成員運算子,如果字串中不包含給定的字符傳回 True 'M' not in 'Hello' 輸出結果 True
r/R 原始字串,所有的字串都是直接按照字面的意思來使用,沒有轉義特殊或不能打印的字符。 原始字串除在字串的第一個引號前加上字母 r(可以大小寫)以外,與普通字串有著幾乎完全相同的語法 print(r'\n') 或 print(R'\n')
% 格式化字串

字串格式化

在 Python 中,字串格式化不是 sprintf 函式,而是用 %符號。例如:

print("我叫%s, 今年 %d 歲!" % ('小明', 10))
// 輸出:
我叫小明, 今年 10 歲!

格式化符號:

符號 描述

%c

格式化字符及其 ASCII 碼

%s

格式化字串

%d

格式化整數

%u

格式化無符號整型

%o

格式化無符號八進制數

%x

格式化無符號十六進制數

%X

格式化無符號十六進制數(大寫)

%f

格式化浮點數字,可指定小數點後的精度

%e

用科學計數法格式化浮點數

%E

作用同 %e,用科學計數法格式化浮點數

%g

%f 和 %e 的簡寫

%G

%f 和 %E 的簡寫

%p

用十六進制數格式化變數的地址

輔助指令:

指令 描述

*

定義寬度或者小數點精度

用做左對齊

+

在正數前面顯示加號

在正數前面顯示空格

#

在八進制數前面顯示零(‘0’),在十六進制前面顯示’0x’或者’0X’(取決於用的是’x’還是’X’)

0

顯示的數字前面填充’0’而不是預設的空格

%

’%%‘輸出一個單一的’%’

(var)

映射變數(字典引數)

m.n.

m 是顯示的最小總寬度,n 是小數點後的位數(如果可用的話)

Python 2.6 開始,新增了一種格式化字串的函式 str.format()它增強了字串格式化的功能。

多行字串

  • 用三引號(''' 或 """)包裹字串內容

  • 多行字串內容支持轉義符,用法與單雙引號一樣

  • 三引號包裹的內容,有變數接收或操作即字串,否則就是多行註釋

實體:

string = '''
print( math.fabs(-10))
print( random.choice(li))
'''

print(string)

輸出:

print(  math.fabs(-10))
print(
random.choice(li))

 

Unicode

在 2.x 中,普通字串是以 8 位 ASCII 碼進行儲存的,而 Unicode 字串則儲存為 16 位 Unicode 字串,這樣能夠表示更多的字符集。使用的語法是在字串前面加上前綴 u

在 3.x 中,所有的字串都是 Unicode 字串。

字串函式

方法名 描述
str.capitalize() 首字母大寫,其餘字符小寫
str.center(width[, fillchar]) 傳回一個指定的寬度 width 居中的字串,fillchar 為填充的字符,預設為空格
str.count(sub, start= 0,end=len(string)) 統計子字串在字串中出現的次數
str.encode(encoding=‘UTF-8’,errors=‘strict’) 以指定的編碼格式編碼字串,傳回 bytes 物件
bytes.decode(encoding=“utf-8”, errors=“strict”) 以指定的編碼格式解碼 bytes 物件,傳回字串
str.endswith(suffix[, start[, end]]) 判斷字串是否以指定後綴結尾
str.expandtabs(tabsize=8) 把字串中的 tab 符號(\t)轉為空格
str.find(str, beg=0, end=len(string)) 如果包含子字串傳回開始的索引值,否則傳回-1
str.index(str, beg=0, end=len(string)) 如果包含子字串傳回開始的索引值,否則丟擲異常
str.isalnum() 檢測字串是否只由字母和數字組成
str.isalpha() 檢測字串是否只由字母組成
str.isdigit() 檢測字串是否只由數字組成
str.islower() 如果字串中包含至少一個區分大小寫的字符,並且所有這些(區分大小寫的)字符都是小寫,則傳回 True,否則傳回 False
str.isupper() 檢測字串中所有的字母是否都為大寫
str.isspace() 如果字串中只包含空格,則傳回 True,否則傳回 False
str.istitle() 檢測字串中所有的單詞拼寫首字母是否為大寫,且其他字母為小寫
str.join(sequence) 將序列的元素以指定的字符連接生成一個新的字串
len(s) 傳回物件(字串、串列、元組等)長度或專案個數
str.ljust(width[, fillchar]) 傳回一個原字串左對齊,並使用空格填充至指定長度的新字串。如果指定的長度小於原字串的長度則傳回原字串
str.lower() 轉換字串中所有大寫字符為小寫
str.upper() 轉換字串中所有小寫字符為大寫
str.strip([chars]) 移除字串頭尾指定的字符(預設為空格)或字符序列
str.maketrans(intab, outtab) 用於創建字符映射的轉換表,對於接受兩個引數的最簡單的呼叫方式,第一個引數是字串,表示需要轉換的字符,第二個引數也是字串表示轉換的標的。兩個字串的長度必須相同,為一一對應的關係。
str.translate(table) 根據引數table給出的表轉換字串的字符
max(str) 傳回字串中最大的字符
min(str) 傳回字串中最小的字符
str.replace(old, new[, max]) 把字串中的 old(舊字串) 替換成 new(新字串),如果指定第三個引數max,則替換不超過 max 次
str.split(str=“”, num=string.count(str)) 通過指定分隔符對字串進行切片,如果引數 num 有指定值,則僅分隔 num 個子字串
str.splitlines([keepends]) 按照行(’\r’, ‘\r\n’, \n’)分隔,傳回一個包含各行作為元素的串列,如果引數 keepends 為 False,不包含換行符,如果為 True,則保留換行符
str.startswith(str, beg=0,end=len(string)) 檢查字串是否是以指定子字串開頭
str.swapcase() 對字串的大小寫字母進行互換
str.title() 傳回”標題化”的字串,即所有單詞都是以大寫開始,其餘字母均為小寫
str.zfill(width) 傳回指定長度的字串,原字串右對齊,前面填充0
str.isdecimal() 檢查字串是否只包含十進制字符,只適用於 Unicode 物件

4. 位元組(bytes)

在 3.x 中,字串和二進制資料完全區分開。文本總是 Unicode,由 str 型別表示,二進制資料則由 bytes 型別表示。Python 3 不會以任意隱式的方式混用 str 和 bytes,你不能拼接字串和位元組流,也無法在位元組流里搜索字串(反之亦然),也不能將字串傳入引數為位元組流的函式(反之亦然)。

  • bytes 型別與 str 型別,二者的方法僅有 encode() 和 decode() 不同。

  • bytes 型別資料需在常規的 str 型別前加個 b以示區分,例如b'abc'

  • 只有在需要將 str 編碼(encode)成 bytes 的時候,比如:通過網絡傳輸資料;或者需要將 bytes 解碼(decode)成 str 的時候,我們才會關註 str 和 bytes 的區別。

bytes 轉 str:

b'abc'.decode()
str(b'abc')
str(b'abc', encoding='utf-8')

str 轉 bytes:

'中國'.encode()
bytes('中國', encoding='utf-8')

5. 串列(list)

  • 串列是一種無序的、可重覆的資料序列,可以隨時添加、刪除其中的元素。

  • 串列頁的每個元素都分配一個數字索引,從 0 開始

  • 串列使用方括號創建,使用逗號分隔元素

  • 串列元素值可以是任意型別,包括變數

  • 使用方括號對串列進行元素訪問、切片、修改、刪除等操作,開閉合區間為[)形式

  • 串列的元素訪問可以嵌套

  • 方括號內可以是任意運算式

創建串列

hello = (1, 2, 3)
li = [1, "2", [3, 'a'], (1, 3), hello]

 

訪問元素

li = [1, "2", [3, 'a'], (1, 3)]
print(li[3])        # (1, 3)
print(li[-2])       # [3, 'a']

 

切片訪問

格式: list_name[begin:end:step]begin 表示起始位置(預設為0),end 表示結束位置(預設為最後一個元素),step 表示步長(預設為1)

hello = (1, 2, 3)
li = [1, "2", [3, 'a'], (1, 3), hello]
print(li)           # [1, '2', [3, 'a'], (1, 3), (1, 2, 3)]
print(li[1:2])      # ['2']
print(li[:2])       # [1, '2']
print(li[:])        # [1, '2', [3, 'a'], (1, 3), (1, 2, 3)]
print(li[2:])       # [[3, 'a'], (1, 3), (1, 2, 3)]
print(li[1:-1:2])   # ['2', (1, 3)]

訪問內嵌 list 的元素:

li = [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ['a', 'b', 'c']]
print(li[1:-1:2][1:3])      # (3, 5)
print(li[-1][1:3])          # ['b', 'c']
print(li[-1][1])            # b

 

修改串列

通過使用方括號,可以非常靈活的對串列的元素進行修改、替換、刪除等操作。

li = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
li[len(li) - 2] = 22    # 修改 [0, 1, 2, 22, 4, 5]
li[3] = 33              # 修改 [0, 1, 2, 33, 4, 5]
li[1:-1] = [9, 9]       # 替換 [0, 9, 9, 5]
li[1:-1] = []           # 刪除 [0, 5]

 

刪除元素

可以用 del 陳述句來刪除串列的指定範圍的元素。

li = [0, 1, 2, 3, 4, 5]
del li[3]       # [0, 1, 2, 4, 5]
del li[2:-1]    # [0, 1, 5]

 

串列運算子

  • + 用於合併串列

  • * 用於重覆串列元素

  • in 用於判斷元素是否存在於串列中

  • for ... in ... 用於遍歷串列元素

[1, 2, 3] + [3, 4, 5]           # [1, 2, 3, 3, 4, 5]
[1, 2, 3] * 2                   # [1, 2, 3, 1, 2, 3]
3 in [1, 2, 3]                  # True
for x in [1, 2, 3]: print(x)    # 1 2 3

 

串列函式

  • len(list) 串列元素個數

  • max(list) 串列元素中的最大值

  • min(list) 串列元素中的最小值

  • list(seq) 將元組轉換為串列

li = [0, 1, 5]
max(li)     # 5
len(li)     # 3

註: 對串列使用 max/min 函式,2.x 中對元素值型別無要求,3.x 則要求元素值型別必須一致。

串列方法

  • list.append(obj)

    在串列末尾添加新的物件

  • list.count(obj)

    傳回元素在串列中出現的次數

  • list.extend(seq)

    在串列末尾一次性追加另一個序列中的多個值

  • list.index(obj)

    傳回查找物件的索引位置,如果沒有找到物件則丟擲異常

  • list.insert(index, obj)

    將指定物件插入串列的指定位置

  • list.pop([index=-1]])

    移除串列中的一個元素(預設最後一個元素),並且傳回該元素的值

  • list.remove(obj)

    移除串列中某個值的第一個匹配項

  • list.reverse()

    反向排序串列的元素

  • list.sort(cmp=None, key=None, reverse=False)

    對原串列進行排序,如果指定引數,則使用比較函式指定的比較函式

  • list.clear()

    清空串列 還可以使用 del list[:]li = [] 等方式實現

  • list.copy()

    複製串列 預設使用等號賦值給另一個變數,實際上是取用串列變數。

串列推導式

串列推導式提供了從序列創建串列的簡單途徑。通常應用程式將一些操作應用於某個序列的每個元素,用其獲得的結果作為生成新串列的元素,或者根據確定的判定條件創建子序列。

每個串列推導式都在 for 之後跟一個運算式,然後有零到多個 for 或 if 子句。傳回結果是一個根據表達從其後的 for 和 if 背景關係環境中生成出來的串列。如果希望運算式推匯出一個元組,就必須使用括號。

將串列中每個數值乘三,獲得一個新的串列:

vec = [2, 4, 6]
[(x, x**2) for x in vec]
# [(2, 4), (4, 16), (6, 36)]

對序列里每一個元素逐個呼叫某方法:

freshfruit = ['  banana', '  loganberry ', 'passion fruit  ']
[weapon.strip() for weapon in freshfruit]
# ['banana', 'loganberry', 'passion fruit']

用 if 子句作為過濾器:

vec = [2, 4, 6]
[3*x for x in vec if x > 3]
# [12, 18]
vec1 = [2, 4, 6]
vec2 = [4, 3, -9]
[x*y for x in vec1 for y in vec2]
# [8, 6, -18, 16, 12, -36, 24, 18, -54]
[vec1[i]*vec2[i] for i in range(len(vec1))]
# [8, 12, -54]

串列嵌套解析:

matrix = [
[1, 2, 3],
[4, 5, 6],
[7, 8, 9],
]
new_matrix = [[row[i] for row in matrix] for i in range(len(matrix[0]))]
print(new_matrix)
# [[1, 4, 7], [2, 5, 8], [3, 6, 9]]

 

6. 元組(tuple)

  • 元組與串列類似,不同之處在於元組的元素不能修改

  • 元組使用小括號,串列使用方括號

  • 元組創建很簡單,只需要在括號中添加元素,並使用逗號隔開即可

  • 沒有 append(),insert() 這樣進行修改的方法,其他方法都與串列一樣

  • 字典中的鍵必須是唯一的同時不可變的,值則沒有限制

  • 元組中只包含一個元素時,需要在元素後面添加逗號,否則括號會被當作運算子使用

訪問元組

訪問元組的方式與串列是一致的。 元組的元素可以直接賦值給多個變數,但變數數必須與元素數量一致。

a, b, c = (1, 2, 3)
print(a, b, c)

 

組合元組

元組中的元素值是不允許修改的,但我們可以對元組進行連接組合

tup1 = (12, 34.56);
tup2 = ('abc', 'xyz')
tup3 = tup1 + tup2;
print (tup3)
# (12, 34.56, 'abc', 'xyz')

 

刪除元組

元組中的元素值是不允許刪除的,但我們可以使用 del 陳述句來刪除整個元組

元組函式

  • len(tuple) 元組元素個數

  • max(tuple) 元組元素中的最大值

  • min(tuple) 元組元素中的最小值

  • tuple(tuple) 將串列轉換為元組

元組推導式

 

t = 1, 2, 3
print(t)
# (1, 2, 3)
u = t, (3, 4, 5)
print(u)
# ((1, 2, 3), (3, 4, 5))

 

7. 字典(dict)

  • 字典是另一種可變容器模型,可儲存任意型別物件

  • 字典的每個鍵值(key=>value)對用冒號(:)分割,每個對之間用逗號(,)分割,整個字典包括在花括號({})中

  • 鍵必須是唯一的,但值則不必

  • 值可以是任意資料型別

  • 鍵必須是不可變的,例如:數字、字串、元組可以,但串列就不行

  • 如果用字典里沒有的鍵訪問資料,會報錯

  • 字典的元素沒有順序,不能通過下標取用元素,通過鍵來取用

  • 字典內部存放的順序和 key 放入的順序是沒有關係的

格式如下:

d = {key1 : value1, key2 : value2 }

 

訪問字典

dis = {'a': 1, 'b': [1, 2, 3]}
print(dis['b'][2])

 

修改字典

dis = {'a': 1, 'b': [1, 2, 3], 9: {'name': 'hello'}}
dis[9]['name'] = 999
print(dis)
# {'a': 1, 9: {'name': 999}, 'b': [1, 2, 3]}

 

刪除字典

用 del 陳述句刪除字典或字典的元素。

dis = {'a': 1, 'b': [1, 2, 3], 9: {'name': 'hello'}}
del dis[9]['name']
print(dis)
del dis         # 刪除字典
# {'a': 1, 9: {}, 'b': [1, 2, 3]}

 

字典函式

  • len(dict) 計算字典元素個數,即鍵的總數

  • str(dict) 輸出字典,以可打印的字串表示

  • type(variable) 傳回輸入的變數型別,如果變數是字典就傳回字典型別

  • key in dict 判斷鍵是否存在於字典中

字典方法

  • dict.clear()

    刪除字典內所有元素

  • dict.copy()

    傳回一個字典的淺複製

  • dict.fromkeys(seq[, value])

    創建一個新字典,以序列 seq 中元素做字典的鍵,value 為字典所有鍵對應的初始值

  • dict.get(key, default=None)

    傳回指定鍵的值,如果值不在字典中傳回預設值

  • dict.items()

    以串列形式傳回可遍歷的(鍵, 值)元組陣列

  • dict.keys()

    以串列傳回一個字典所有的鍵

  • dict.values()

    以串列傳回字典中的所有值

  • dict.setdefault(key, default=None)

    如果 key 在字典中,傳回對應的值。如果不在字典中,則插入 key 及設置的預設值 default,並傳回 default ,default 預設值為 None。

  • dict.update(dict2)

    把字典引數 dict2 的鍵/值對更新到字典 dict 里

    dic1 = {'a': 'a'}
    dic2 = {9: 9, 'a': 'b'}
    dic1.update(dic2)
    print(dic1)
    # {'a': 'b', 9: 9}

  • dict.pop(key[,default])

    刪除字典給定鍵 key 所對應的值,傳回值為被刪除的值。key 值必須給出,否則傳回 default 值。

  • dict.popitem()

    隨機傳回並刪除字典中的一對鍵和值(一般刪除末尾對)

     

字典推導式

建構式 dict() 直接從鍵值對元組串列中構建字典。如果有固定的樣式,串列推導式指定特定的鍵值對:

>>> dict([('sape', 4139), ('guido', 4127), ('jack', 4098)])
{'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}

此外,字典推導可以用來創建任意鍵和值的運算式詞典:

>>> {x: x**2 for x in (2, 4, 6)}
{2: 4, 4: 16, 6: 36}

如果關鍵字只是簡單的字串,使用關鍵字引數指定鍵值對有時候更方便:

>>> dict(sape=4139, guido=4127, jack=4098)
{'sape': 4139, 'jack': 4098, 'guido': 4127}

 

8. 集合(set)

集合是一個無序不重覆元素的序列

創建集合

  • 可以使用大括號 {} 或者 set() 函式創建集合

  • 創建一個空集合必須用 set() 而不是 {},因為 {} 是用來創建一個空字典

  • set(value) 方式創建集合,value 可以是字串、串列、元組、字典等序列型別

  • 創建、添加、修改等操作,集合會自動去重

{1, 2, 1, 3}            # {} {1, 2, 3}
set('12345')            # 字串 {'3', '5', '4', '2', '1'}
set([1, 'a', 23.4])     # 串列 {1, 'a', 23.4}
set((1, 'a', 23.4))     # 元組 {1, 'a', 23.4}
set({1:1, 'b': 9})      # 字典 {1, 'b'}

添加元素

將元素 val 添加到集合 set 中,如果元素已存在,則不進行任何操作:

set.add(val)

也可以用 update 方法批量添加元素,引數可以是串列,元組,字典等:

set.update(list1, list2,...)

 

移除元素

如果存在元素 val 則移除,不存在就報錯:

set.remove(val)

如果存在元素 val 則移除,不存在也不會報錯:

set.discard(val)

 

隨機移除一個元素:

 

set.pop()

 

元素個數

與其他序列一樣,可以用 len(set)獲取集合的元素個數。

清空集合

 

set.clear()
set = set()

 

判斷元素是否存在

 

val in set

 

其他方法

  • set.copy()

    複製集合

  • set.difference(set2)

    求差集,在 set 中卻不在 set2 中

  • set.intersection(set2)

    求交集,同時存在於 set 和 set2 中

  • set.union(set2)

    求並集,所有 set 和 set2 的元素

  • set.symmetric_difference(set2)

    求對稱差集,不同時出現在兩個集合中的元素

  • set.isdisjoint(set2)

    如果兩個集合沒有相同的元素,傳回 True

  • set.issubset(set2)

    如果 set 是 set2 的一個子集,傳回 True

  • set.issuperset(set2)

    如果 set 是 set2 的一個超集,傳回 True

集合計算

 

a = set('abracadabra')
b = set('alacazam')
print(a)                                  # a 中唯一的字母
# {'a', 'r', 'b', 'c', 'd'}
print(a - b)                              # 在 a 中的字母,但不在 b 中
# {'r', 'd', 'b'}
print(a | b)                              # 在 a 或 b 中的字母
# {'a', 'c', 'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}
print(a & b)                              # 在 a 和 b 中都有的字母
# {'a', 'c'}
print(a ^ b)                              # 在 a 或 b 中的字母,但不同時在 a 和 b 中
# {'r', 'd', 'b', 'm', 'z', 'l'}

 

集合推導式

 

a = {x for x in 'abracadabra' if x not in 'abc'}
print(a)
# {'d', 'r'}

 

06 流程控制

1. if 控制

if 運算式1:
   陳述句
   if 運算式2:
       陳述句
   elif 運算式3:
       陳述句
   else:
       陳述句
elif 運算式4:
   陳述句
else:
   陳述句

  1. 每個條件後面要使用冒號 :,表示接下來是滿足條件後要執行的陳述句塊。

  2. 使用縮進來劃分陳述句塊,相同縮進數的陳述句在一起組成一個陳述句塊。

  3. 在 Python 中沒有 switch – case 陳述句。

三元運算子:

1> if  else 2>

編寫條件陳述句時,應該儘量避免使用嵌套陳述句。嵌套陳述句不便於閱讀,而且可能會忽略一些可能性。

2. for 遍歷

 

for  in
   1>
else:
   2>

else 陳述句中的陳述句2只有迴圈正常退出(遍歷完所有遍歷物件中的值)時執行。

在字典中遍歷時,關鍵字和對應的值可以使用 items()方法同時解讀出來:

knights = {'gallahad': 'the pure', 'robin': 'the brave'}
for k, v in knights.items():
   print(k, v)

在序列中遍歷時,索引位置和對應值可以使用 enumerate()函式同時得到:

for i, v in enumerate(['tic', 'tac', 'toe']):
   print(i, v)

同時遍歷兩個或更多的序列,可以使用 zip()組合:

questions = ['name', 'quest', 'favorite color']
answers = ['lancelot', 'the holy grail', 'blue']
for q, a in zip(questions, answers):
   print('What is your {0}?  It is {1}.'.format(q, a))

要反向遍歷一個序列,首先指定這個序列,然後呼叫 reversed()函式:

for i in reversed(range(1, 10, 2)):
   print(i)

要按順序遍歷一個序列,使用 sorted()函式傳回一個已排序的序列,並不修改原值:

basket = ['apple', 'orange', 'apple', 'pear', 'orange', 'banana']
for f in sorted(set(basket)):
   print(f)

 

3. while 迴圈

while
   1>
else
   2>

 

4. break、continue、pass

break 陳述句用在 while 和 for 迴圈中,break 陳述句用來終止迴圈陳述句,即迴圈條件沒有 False 條件或者序列還沒被完全遞迴完,也會停止執行迴圈陳述句。

continue 陳述句用在 while 和 for 迴圈中,continue 陳述句用來告訴 Python 跳過當前迴圈的剩餘陳述句,然後繼續進行下一輪迴圈。 continue 陳述句跳出本次迴圈,而 break 跳出整個迴圈。

pass 是空陳述句,是為了保持程式結構的完整性。pass 不做任何事情,一般用做占位陳述句。

07 迭代器

  • 迭代器是一個可以記住遍歷的位置的物件。

  • 迭代器物件從集合的第一個元素開始訪問,直到所有的元素被訪問完結束。迭代器只能往前不會後退。

  • 迭代器有兩個基本的方法:iter() 和 next()

  • 字串,串列或元組物件都可用於創建迭代器。

迭代器可以被 for 迴圈進行遍歷:

li = [1, 2, 3]
it = iter(li)
for val in it:
   print(val)

迭代器也可以用 next() 函式訪問下一個元素值:

import sys

li = [1,2,3,4]
it = iter(li)

while True:
   try:
       print (next(it))
   except StopIteration:
       sys.exit()

08 生成器

  • 在 Python 中,使用了 yield 的函式被稱為生成器(generator)。

  • 跟普通函式不同的是,生成器是一個傳回迭代器的函式,只能用於迭代操作,更簡單點理解生成器就是一個迭代器。

  • 在呼叫生成器運行的過程中,每次遇到 yield 時函式會暫停並儲存當前所有的運行信息,傳回 yield 的值, 併在下一次執行 next() 方法時從當前位置繼續運行。

  • 呼叫一個生成器函式,傳回的是一個迭代器物件。

import sys

def fibonacci(n): # 生成器函式 - 斐波那契
   a, b, counter = 0, 1, 0
   while True:
       if (counter > n):
           return
       yield a
       a, b = b, a + b
       counter += 1
f = fibonacci(10) # f 是一個迭代器,由生成器傳回生成

while True:
   try:
       print(next(f))
   except StopIteration:
       sys.exit()

 

09 函式

1. 自定義函式

函式(Functions)是指可重覆使用的程式片段。它們允許你為某個代碼塊賦予名字,允許你通過這一特殊的名字在你的程式任何地方來運行代碼塊,並可重覆任何次數。這就是所謂的呼叫(Calling)函式。

  • 函式代碼塊以 def 關鍵詞開頭,後接函式識別符號名稱和圓括號 ()

  • 任何傳入引數和自變數必須放在圓括號中間,圓括號之間可以用於定義引數。

  • 函式的第一行陳述句可以選擇性地使用文件字串—用於存放函式說明。

  • 函式內容以冒號起始,並且縮進。

  • return [運算式] 結束函式,選擇性地傳回一個值給呼叫方。不帶運算式的 return 相當於傳回 None。

  • return 可以傳回多個值,此時傳回的資料未元組型別。

  • 定義引數時,帶預設值的引數必須在無預設值引數的後面。

def 函式名(引數串列):
   函式體

2. 引數傳遞

在 Python 中,型別屬於物件,變數是沒有型別的:

a = [1,2,3]
a = "Runoob"

以上代碼中,[1,2,3] 是 List 型別,”Runoob” 是 String 型別,而變數 a 是沒有型別,她僅僅是一個物件的取用(一個指標),可以是指向 List 型別物件,也可以是指向 String 型別物件。

可更改與不可更改物件

在 Python 中,字串,數字和元組是不可更改的物件,而串列、字典等則是可以修改的物件。

  • 不可變型別:變數賦值 a=5 後再賦值 a=10,這裡實際是新生成一個 int 值物件 10,再讓 a 指向它,而 5 被丟棄,不是改變a的值,相當於新生成了a。

  • 可變型別:變數賦值 la=[1,2,3,4] 後再賦值 la[2]=5 則是將 list la 的第三個元素值更改,本身la沒有動,只是其內部的一部分值被修改了。

Python 函式的引數傳遞:

  • 不可變型別:類似 c++ 的值傳遞,如 整數、字串、元組。如fun(a),傳遞的只是a的值,沒有影響a物件本身。比如在 fun(a)內部修改 a 的值,只是修改另一個複製的物件,不會影響 a 本身。

  • 可變型別:類似 c++ 的取用傳遞,如 串列,字典。如 fun(la),則是將 la 真正的傳過去,修改後fun外部的la也會受影響

Python 中一切都是物件,嚴格意義我們不能說值傳遞還是取用傳遞,我們應該說傳不可變物件和傳可變物件。

3. 引數

必需引數

必需引數須以正確的順序傳入函式。呼叫時的數量必須和宣告時的一樣。

關鍵字引數

關鍵字引數和函式呼叫關係緊密,函式呼叫使用關鍵字引數來確定傳入的引數值。 使用關鍵字引數允許函式呼叫時引數的順序與宣告時不一致,因為 Python 解釋器能夠用引數名匹配引數值。

def print_info(name, age):
   "打印任何傳入的字串"
   print("名字: ", name)
   print("年齡: ", age)
   return
print_info(age=50, name="john")

 

預設引數

呼叫函式時,如果沒有傳遞引數,則會使用預設引數。

def print_info(name, age=35):
   print ("名字: ", name)
   print ("年齡: ", age)
   return
print_info(age=50, name="john")
print("------------------------")
print_info(name="john")

 

不定長引數

  • 加了星號 * 的引數會以元組的形式匯入,存放所有未命名的變數引數。

  • 如果在函式呼叫時沒有指定引數,它就是一個空元組。我們也可以不向函式傳遞未命名的變數。

def print_info(arg1, *vartuple):
   print("輸出: ")
   print(arg1)
   for var in vartuple:
       print (var)
   return
print_info(10)
print_info(70, 60, 50)

 

  • 加了兩個星號 ** 的引數會以字典的形式匯入。變數名為鍵,變數值為字典元素值。

def print_info(arg1, **vardict):
   print("輸出: ")
   print(arg1)
   print(vardict)
print_info(1, a=2, b=3)

 

4. 匿名函式

Python 使用 lambda 來創建匿名函式。

所謂匿名,意即不再使用 def陳述句這樣標準的形式定義一個函式。

lambda 只是一個運算式,函式體比 def 簡單很多。 lambda 的主體是一個運算式,而不是一個代碼塊。僅僅能在 lambda 運算式中封裝有限的邏輯進去。 lambda 函式擁有自己的命名空間,且不能訪問自己引數串列之外或全域性命名空間里的引數。 雖然 lambda 函式看起來只能寫一行,卻不等同於 C 或 C++ 的行內函式,後者的目的是呼叫小函式時不占用棧記憶體從而增加運行效率。

# 語法格式
lambda [arg1 [,arg2,.....argn]]:expression

 

10 變數作用域

  • L (Local) 區域性作用域

  • E (Enclosing) 閉包函式外的函式中

  • G (Global) 全域性作用域

  • B (Built-in) 內建作用域

以 L –> E –> G –> B 的規則查找,即:在區域性找不到,便會去區域性外的區域性找(例如閉包),再找不到就會去全域性找,再者去內建中找。

Python 中只有模塊(module),類(class)以及函式(def、lambda)才會引入新的作用域,其它的代碼塊(如 if/elif/else/、try/except、for/while等)是不會引入新的作用域的,也就是說這些陳述句內定義的變數,外部也可以訪問。

定義在函式內部的變數擁有一個區域性作用域,定義在函式外的擁有全域性作用域。

區域性變數只能在其被宣告的函式內部訪問,而全域性變數可以在整個程式範圍內訪問。呼叫函式時,所有在函式內宣告的變數名稱都將被加入到作用域中。

當內部作用域想修改外部作用域的變數時,就要用到global和nonlocal關鍵字。

num = 1
def fun1():
   global num  # 需要使用 global 關鍵字宣告
   print(num)
   num = 123
   print(num)
fun1()

如果要修改嵌套作用域(enclosing 作用域,外層非全域性作用域)中的變數則需要 nonlocal 關鍵字。

def outer():
   num = 10
   def inner():
       nonlocal num   # nonlocal關鍵字宣告
       num = 100
       print(num)
   inner()
   print(num)
outer()

 

11 模塊

編寫模塊有很多種方法,其中最簡單的一種便是創建一個包含函式與變數、以 .py 為後綴的檔案。

另一種方法是使用撰寫 Python 解釋器本身的本地語言來編寫模塊。舉例來說,你可以使用 C 語言來撰寫 Python 模塊,並且在編譯後,你可以通過標準 Python 解釋器在你的 Python 代碼中使用它們。

模塊是一個包含所有你定義的函式和變數的檔案,其後綴名是.py。模塊可以被別的程式引入,以使用該模塊中的函式等功能。這也是使用 Python 標準庫的方法。

當解釋器遇到 import 陳述句,如果模塊在當前的搜索路徑就會被匯入。

搜索路徑是一個解釋器會先進行搜索的所有目錄的串列。如想要匯入模塊,需要把命令放在腳本的頂端。

一個模塊只會被匯入一次,這樣可以防止匯入模塊被一遍又一遍地執行。

搜索路徑被儲存在 sys 模塊中的 path 變數。當前目錄指的是程式啟動的目錄。

1. 匯入模塊

匯入模塊:

import module1[, module2[,... moduleN]]

從模塊中匯入一個指定的部分到當前命名空間中:

from modname import name1[, name2[, ... nameN]]

把一個模塊的所有內容全都匯入到當前的命名空間:

from modname import *

2. __name__ 屬性

每個模塊都有一個 __name__屬性,當其值是'__main__'時,表明該模塊自身在運行,否則是被引入。

一個模塊被另一個程式第一次引入時,其主程式將運行。如果我們想在模塊被引入時,模塊中的某一程式塊不執行,我們可以用 __name__屬性來使該程式塊僅在該模塊自身運行時執行。

if __name__ == '__main__':
   print('程式自身在運行')
else:
   print('我來自另一模塊')

 

3. dir 函式

內置的函式 dir()可以找到模塊內定義的所有名稱。以一個字串串列的形式傳回。

如果沒有給定引數,那麼 dir()函式會羅列出當前定義的所有名稱。

在 Python 中萬物皆物件,intstrfloatlisttuple等內置資料型別其實也是類,也可以用 dir(int)查看int包含的所有方法。也可以使用help(int)查看int類的幫助信息。

4. 包

包是一種管理 Python 模塊命名空間的形式,採用”點模塊名稱”。

比如一個模塊的名稱是 A.B, 那麼他表示一個包 A中的子模塊 B 。

就好像使用模塊的時候,你不用擔心不同模塊之間的全域性變數相互影響一樣,採用點模塊名稱這種形式也不用擔心不同庫之間的模塊重名的情況。

在匯入一個包的時候,Python 會根據 sys.path 中的目錄來尋找這個包中包含的子目錄。

目錄只有包含一個叫做 __init__.py的檔案才會被認作是一個包,主要是為了避免一些濫俗的名字(比如叫做 string)不小心的影響搜索路徑中的有效模塊。

最簡單的情況,放一個空的 __init__.py檔案就可以了。當然這個檔案中也可以包含一些初始化代碼或者為__all__變數賦值。

5. 第三方模塊

  • easy_install 和 pip 都是用來下載安裝 Python 一個公共資源庫 PyPI 的相關資源包的,pip 是 easy_install 的改進版,提供更好的提示信息,刪除 package 等功能。老版本的 python 中只有 easy_install,沒有pip。

  • easy_install 打包和發佈 Python 包,pip 是包管理。

easy_install 的用法:

  • 安裝一個包

easy_install 包名
easy_install "包名 == 包的版本號"
  • 升級一個包

easy_install -U "包名 >= 包的版本號"

 

 

pip 的用法:

  • 安裝一個包

pip install 包名pip install 包名 == 包的版本號
  • 升級一個包 (如果不提供version號,升級到最新版本)

pip install —upgrade 包名 >= 包的版本號
  • 刪除一個包

pip uninstall 包名
  • 已安裝包串列

pip list

 

12 面向物件

類與物件是面向物件編程的兩個主要方面。一個(Class)能夠創建一種新的型別(Type),其中物件(Object)就是類的實體(Instance)。可以這樣來類比:你可以擁有型別 int 的變數,也就是說儲存整數的變數是 int 類的實體(物件)。

  • 類(Class):用來描述具有相同的屬性和方法的物件的集合。它定義了該集合中每個物件所共有的屬性和方法。物件是類的實體。

  • 方法:類中定義的函式。

  • 類變數:類變數在整個實體化的物件中是公用的。類變數定義在類中且在函式體之外。類變數通常不作為實體變數使用。

  • 資料成員:類變數或者實體變數用於處理類及其實體物件的相關的資料。

  • 方法重寫:如果從父類繼承的方法不能滿足子類的需求,可以對其進行改寫,這個過程叫方法的改寫(override),也稱為方法的重寫。

  • 實體變數:定義在方法中的變數,只作用於當前實體的類。

  • 繼承:即一個派生類(derived class)繼承基類(base class)的欄位和方法。繼承也允許把一個派生類的物件作為一個基類物件對待。例如,有這樣一個設計:一個Dog型別的物件派生自Animal類,這是模擬”是一個(is-a)”關係(例圖,Dog是一個Animal)。

  • 實體化:創建一個類的實體,類的具體物件。

  • 物件:通過類定義的資料結構實體。物件包括兩個資料成員(類變數和實體變數)和方法。

Python 中的類提供了面向物件編程的所有基本功能:類的繼承機制允許多個基類,派生類可以改寫基類中的任何方法,方法中可以呼叫基類中的同名方法。

物件可以包含任意數量和型別的資料。

1. self

self 表示的是當前實體,代表當前物件的地址。類由 self.__class__ 表示。

self 不是關鍵字,其他名稱也可以替代,但 self 是個通用的標準名稱。

2. 類

類由 class 關鍵字來創建。 類實體化後,可以使用其屬性,實際上,創建一個類之後,可以通過類名訪問其屬性。

3. 物件方法

方法由 def 關鍵字定義,與函式不同的是,方法必須包含引數 self, 且為第一個引數,self 代表的是本類的實體。

4. 類方法

裝飾器 @classmethod 可以將方法標識為類方法。類方法的第一個引數必須為 cls,而不再是 self

5. 靜態方法

裝飾器 @staticmethod 可以將方法標識為靜態方法。靜態方法的第一個引數不再指定,也就不需要 self  cls

6. __init__ 方法

__init__ 方法即構造方法,會在類的物件被實體化時先運行,可以將初始化的操作放置到該方法中。

如果重寫了 __init__,實體化子類就不會呼叫父類已經定義的 __init__

7. 變數

類變數(Class Variable)是共享的(Shared)——它們可以被屬於該類的所有實體訪問。該類變數只擁有一個副本,當任何一個物件對類變數作出改變時,發生的變動將在其它所有實體中都會得到體現。

物件變數(Object variable)由類的每一個獨立的物件或實體所擁有。在這種情況下,每個物件都擁有屬於它自己的欄位的副本,也就是說,它們不會被共享,也不會以任何方式與其它不同實體中的相同名稱的欄位產生關聯。

在 Python 中,變數名類似 __xxx__ 的,也就是以雙下劃線開頭,並且以雙下劃線結尾的,是特殊變數,特殊變數是可以直接訪問的,不是 private 變數,所以,不能用 __name____score__ 這樣的變數名。

8. 訪問控制

  • 私有屬性

    __private_attr:兩個下劃線開頭,宣告該屬性為私有,不能在類地外部被使用或直接訪問。

  • 私有方法

    __private_method:兩個下劃線開頭,宣告該方法為私有方法,只能在類的內部呼叫,不能在類地外部呼叫。

我們還認為約定,一個下劃線開頭的屬性或方法為受保護的。比如,_protected_attr_protected_method

9. 繼承

類可以繼承,並且支持繼承多個父類。在定義類時,類名後的括號中指定要繼承的父類,多個父類之間用逗號分隔。

子類的實體可以完全訪問所繼承所有父類的非私有屬性和方法。

若是父類中有相同的方法名,而在子類使用時未指定,Python 從左至右搜索,即方法在子類中未找到時,從左到右查找父類中是否包含方法。

10. 方法重寫

子類的方法可以重寫父類的方法。重寫的方法引數不強制要求保持一致,不過合理的設計都應該保持一致。

super() 函式可以呼叫父類的一個方法,以多繼承問題。

類的專有方法:

  • __init__: 建構式,在生成物件時呼叫

  • __del__: 解構式,釋放物件時使用

  • __repr__: 打印,轉換

  • __setitem__: 按照索引賦值

  • __getitem__: 按照索引獲取值

  • __len__: 獲得長度

  • __cmp__: 比較運算

  • __call__: 函式呼叫

  • __add__: 加運算

  • __sub__: 減運算

  • __mul__: 乘運算

  • __div__: 除運算

  • __mod__: 求餘運算

  • __pow__: 乘方

類的專有方法也支持多載。

11. 實體

 

class Person:
   """人員信息"""
   # 姓名(共有屬性)
   name = ''
   # 年齡(共有屬性)
   age = 0
   def __init__(self, name='', age=0):
       self.name = name
       self.age = age
   # 多載專有方法: __str__
   def __str__(self):
       return "這裡多載了 __str__ 專有方法, " + str({'name': self.name, 'age': self.age})
   def set_age(self, age):
       self.age = age
class Account:
   """賬戶信息"""
   # 賬戶餘額(私有屬性)
   __balance = 0
   # 所有賬戶總額
   __total_balance = 0
   # 獲取賬戶餘額
   # self 必須是方法的第一個引數
   def balance(self):
       return self.__balance
   # 增加賬戶餘額
   def balance_add(self, cost):
       # self 訪問的是本實體
       self.__balance += cost
       # self.__class__ 可以訪問類
       self.__class__.__total_balance += cost
   # 類方法(用 @classmethod 標識,第一個引數為 cls)
   @classmethod
   def total_balance(cls):
       return cls.__total_balance
   # 靜態方法(用 @staticmethod 標識,不需要類引數或實體引數)
   @staticmethod
   def exchange(a, b):
       return b, a
class Teacher(Person, Account):
   """教師"""
   # 班級名稱
   _class_name = ''
   def __init__(self, name):
       # 第一種多載父類__init__()構造方法
       # super(子類,self).__init__(引數1,引數2,....)
       super(Teacher, self).__init__(name)
   def get_info(self):
       # 以字典的形式傳回個人信息
       return {
           'name': self.name,  # 此處訪問的是父類Person的屬性值
           'age': self.age,
           'class_name': self._class_name,
           'balance': self.balance(),  # 此處呼叫的是子類多載過的方法
       }
   # 方法多載
   def balance(self):
       # Account.__balance 為私有屬性,子類無法訪問,所以父類提供方法進行訪問
       return Account.balance(self) * 1.1
class Student(Person, Account):
   """學生"""
   _teacher_name = ''
   def __init__(self, name, age=18):
       # 第二種多載父類__init__()構造方法
       # 父類名稱.__init__(self,引數1,引數2,...)
       Person.__init__(self, name, age)
   def get_info(self):
       # 以字典的形式傳回個人信息
       return {
           'name': self.name,  # 此處訪問的是父類Person的屬性值
           'age': self.age,
           'teacher_name': self._teacher_name,
           'balance': self.balance(),
       }
# 教師 John
john = Teacher('John')
john.balance_add(20)
john.set_age(36)  # 子類的實體可以直接呼叫父類的方法
print("John's info:", john.get_info())
# 學生 Mary
mary = Student('Mary', 18)
mary.balance_add(18)
print("Mary's info:", mary.get_info())
# 學生 Fake
fake = Student('Fake')
fake.balance_add(30)
print("Fake's info", fake.get_info())
# 三種不同的方式呼叫靜態方法
print("john.exchange('a', 'b'):", john.exchange('a', 'b'))
print('Teacher.exchange(1, 2)', Teacher.exchange(1, 2))
print('Account.exchange(10, 20):', Account.exchange(10, 20))
# 類方法、類屬性
print('Account.total_balance():', Account.total_balance())
print('Teacher.total_balance():', Teacher.total_balance())
print('Student.total_balance():', Student.total_balance())
# 多載專有方法
print(fake)

輸出:

John's info: {'name': 'John', 'age': 36, 'class_name': '', 'balance': 22.0}Mary's info: {'name': 'Mary', 'age': 18, 'teacher_name': '', 'balance': 18}Fake's info {'name': 'Fake', 'age': 18, 'teacher_name': '', 'balance': 30}john.exchange('a', 'b'): ('b', 'a')Teacher.exchange(1, 2) (2, 1)Account.exchange(10, 20): (20, 10)Account.total_balance(): 0Teacher.total_balance(): 20Student.total_balance(): 48這裡多載了 __str__ 專有方法, {'name': 'Fake', 'age': 18}

13 錯誤和異常

1. 語法錯誤

SyntaxError 類表示語法錯誤,當解釋器發現代碼無法通過語法檢查時會觸發的錯誤。語法錯誤是無法用 try...except...捕獲的。

>>> print:
 File "", line 1
   print:
        ^
SyntaxError: invalid syntax

2. 異常

即便程式的語法是正確的,在運行它的時候,也有可能發生錯誤。運行時發生的錯誤被稱為異常。 錯誤信息的前面部分顯示了異常發生的背景關係,並以呼叫棧的形式顯示具體信息。

>>> 1 + '0'
Traceback (most recent call last):
 File "", line 1, in
TypeError: unsupported operand type(s) for +: 'int' and 'str'

 

3. 異常處理

Python 提供了 try ... except ... 的語法結構來捕獲和處理異常。

try 陳述句執行流程大致如下:

  • 首先,執行 try 子句(在關鍵字 try 和關鍵字 except 之間的陳述句)

  • 如果沒有異常發生,忽略 except 子句,try 子句執行後結束。

  • 如果在執行 try 子句的過程中發生了異常,那麼 try 子句餘下的部分將被忽略。如果異常的型別和 except 之後的名稱相符,那麼對應的 except 子句將被執行。最後執行 try 陳述句之後的代碼。

  • 如果一個異常沒有與任何的 except 匹配,那麼這個異常將會傳遞給上層的 try 中。

  • 一個 try 陳述句可能包含多個 except 子句,分別來處理不同的特定的異常。

  • 最多只有一個 except 子句會被執行。

  • 處理程式將只針對對應的 try 子句中的異常進行處理,而不是其他的 try 的處理程式中的異常。

  • 一個 except 子句可以同時處理多個異常,這些異常將被放在一個括號里成為一個元組。

  • 最後一個 except 子句可以忽略異常的名稱,它將被當作通配符使用。可以使用這種方法打印一個錯誤信息,然後再次把異常丟擲。

  • try except 陳述句還有一個可選的 else 子句,如果使用這個子句,那麼必須放在所有的 except 子句之後。這個子句將在 try 子句沒有發生任何異常的時候執行。

  • 異常處理並不僅僅處理那些直接發生在 try 子句中的異常,而且還能處理子句中呼叫的函式(甚至間接呼叫的函式)里丟擲的異常。

  • 不管 try 子句裡面有沒有發生異常,finally 子句都會執行。

  • 如果一個異常在 try 子句里(或者在 except 和 else 子句里)被丟擲,而又沒有任何的 except 把它截住,那麼這個異常會在 finally 子句執行後再次被丟擲。

4. 丟擲異常

使用 raise 陳述句丟擲一個指定的異常。

raise 唯一的一個引數指定了要被丟擲的異常。它必須是一個異常的實體或者是異常的類(也就是 Exception 的子類)。

如果你只想知道這是否丟擲了一個異常,並不想去處理它,那麼一個簡單的 raise 陳述句就可以再次把它丟擲。

5. 自定義異常

可以通過創建一個新的異常類來擁有自己的異常。異常類繼承自 Exception 類,可以直接繼承,或者間接繼承。

當創建一個模塊有可能丟擲多種不同的異常時,一種通常的做法是為這個包建立一個基礎異常類,然後基於這個基礎類為不同的錯誤情況創建不同的子類。

大多數的異常的名字都以”Error”結尾,就跟標準的異常命名一樣。

6. 實體

 

import sys
class Error(Exception):
   """Base class for exceptions in this module."""
   pass
# 自定義異常
class InputError(Error):
   """Exception raised for errors in the input.
   Attributes:
       expression -- input expression in which the error occurred
       message -- explanation of the error
   """

   def __init__(self, expression, message):
       self.expression = expression
       self.message = message
try:
   print('code start running...')
   raise InputError('input()', 'input error')
   # ValueError
   int('a')
   # TypeError
   s = 1 + 'a'
   dit = {'name': 'john'}
   # KeyError
   print(dit['1'])
except InputError as ex:
   print("InputError:", ex.message)
except TypeError as ex:
   print('TypeError:', ex.args)
   pass
except (KeyError, IndexError) as ex:
   """支持同時處理多個異常, 用括號放到元組裡"""
   print(sys.exc_info())
except:
   """捕獲其他未指定的異常"""
   print("Unexpected error:", sys.exc_info()[0])
   # raise 用於丟擲異常
   raise RuntimeError('RuntimeError')
else:
   """當無任何異常時, 會執行 else 子句"""
   print('"else" 子句...')
finally:
   """無論有無異常, 均會執行 finally"""
   print('finally, ending')

 

14 檔案操作

1. 打開檔案

open() 函式用於打開/創建一個檔案,並傳回一個 file 物件:

open(filename, mode)

 

  • filename:包含了你要訪問的檔案名稱的字串值

  • mode:決定了打開檔案的樣式:只讀,寫入,追加等

檔案打開樣式:

樣式 描述
r 以只讀方式打開檔案。檔案的指標將會放在檔案的開頭。這是預設樣式。
rb 以二進制格式打開一個檔案用於只讀。檔案指標將會放在檔案的開頭。
r+ 打開一個檔案用於讀寫。檔案指標將會放在檔案的開頭。
rb+ 以二進制格式打開一個檔案用於讀寫。檔案指標將會放在檔案的開頭。
w 打開一個檔案只用於寫入。如果該檔案已存在則打開檔案,並從開頭開始編輯,即原有內容會被刪除。如果該檔案不存在,創建新檔案。
wb 以二進制格式打開一個檔案只用於寫入。如果該檔案已存在則打開檔案,並從開頭開始編輯,即原有內容會被刪除。如果該檔案不存在,創建新檔案。
w+ 打開一個檔案用於讀寫。如果該檔案已存在則打開檔案,並從開頭開始編輯,即原有內容會被刪除。如果該檔案不存在,創建新檔案。
wb+ 以二進制格式打開一個檔案用於讀寫。如果該檔案已存在則打開檔案,並從開頭開始編輯,即原有內容會被刪除。如果該檔案不存在,創建新檔案。
a 打開一個檔案用於追加。如果該檔案已存在,檔案指標將會放在檔案的結尾。也就是說,新的內容將會被寫入到已有內容之後。如果該檔案不存在,創建新檔案進行寫入。
ab 以二進制格式打開一個檔案用於追加。如果該檔案已存在,檔案指標將會放在檔案的結尾。也就是說,新的內容將會被寫入到已有內容之後。如果該檔案不存在,創建新檔案進行寫入。
a+ 打開一個檔案用於讀寫。如果該檔案已存在,檔案指標將會放在檔案的結尾。檔案打開時會是追加樣式。如果該檔案不存在,創建新檔案用於讀寫。
ab+ 以二進制格式打開一個檔案用於追加。如果該檔案已存在,檔案指標將會放在檔案的結尾。如果該檔案不存在,創建新檔案用於讀寫。

 

2. 檔案物件方法

  • fileObject.close()

    close() 方法用於關閉一個已打開的檔案。關閉後的檔案不能再進行讀寫操作,否則會觸發 ValueError 錯誤。 close() 方法允許呼叫多次。

    當 file 物件,被取用到操作另外一個檔案時,Python 會自動關閉之前的 file 物件。 使用 close() 方法關閉檔案是一個好的習慣。

  • fileObject.flush()

     

    flush() 方法是用來掃清緩衝區的,即將緩衝區中的資料立刻寫入檔案,同時清空緩衝區,不需要是被動的等待輸出緩衝區寫入。

    一般情況下,檔案關閉後會自動掃清緩衝區,但有時你需要在關閉前掃清它,這時就可以使用 flush() 方法。

 

  • fileObject.fileno()

     

    fileno() 方法傳回一個整型的檔案描述符(file descriptor FD 整型),可用於底層操作系統的 I/O 操作。

 

  • fileObject.isatty()

     

    isatty() 方法檢測檔案是否連接到一個終端設備,如果是傳回 True,否則傳回 False。

     

  • next(iterator[,default])

    Python 3 中的 File 物件不支持 next() 方法。 Python 3 的內置函式 next() 通過迭代器呼叫 __next__() 方法傳回下一項。在迴圈中,next() 函式會在每次迴圈中呼叫,該方法傳回檔案的下一行,如果到達結尾(EOF),則觸發 StopIteration。

 

  • fileObject.read()

     

    read() 方法用於從檔案讀取指定的位元組數,如果未給定或為負則讀取所有。

 

  • fileObject.readline()

     

    readline() 方法用於從檔案讀取整行,包括 “ ” 字符。如果指定了一個非負數的引數,則傳回指定大小的位元組數,包括 “ ” 字符。

 

  • fileObject.readlines()

     

    readlines() 方法用於讀取所有行(直到結束符 EOF)並傳回串列,該串列可以由 Python 的 for... in ... 結構進行處理。如果碰到結束符 EOF,則傳回空字串。

 

  • fileObject.seek(offset[, whence])

     

    seek() 方法用於移動檔案讀取指標到指定位置。

    whence 的值, 如果是 0 表示開頭, 如果是 1 表示當前位置, 2 表示檔案的結尾。whence 值為預設為0,即檔案開頭。例如:

    seek(x, 0):從起始位置即檔案首行首字符開始移動 x 個字符

    seek(x, 1):表示從當前位置往後移動 x 個字符

    seek(-x, 2):表示從檔案的結尾往前移動 x 個字符

  • fileObject.tell(offset[, whence])

     

    tell() 方法傳回檔案的當前位置,即檔案指標當前位置。

 

  • fileObject.truncate([size])

     

    truncate() 方法用於從檔案的首行首字符開始截斷,截斷檔案為 size 個字符,無 size 表示從當前位置截斷;截斷之後 V 後面的所有字符被刪除,其中 Widnows 系統下的換行代表2個字符大小。

     

  • fileObject.write([str])

     

    write() 方法用於向檔案中寫入指定字串。

    在檔案關閉前或緩衝區掃清前,字串內容儲存在緩衝區中,這時你在檔案中是看不到寫入的內容的。

    如果檔案打開樣式帶 b,那寫入檔案內容時,str (引數)要用 encode 方法轉為 bytes 形式,否則報錯:TypeError: a bytes-like object is required, not 'str'

     

  • fileObject.writelines([str])

     

    writelines() 方法用於向檔案中寫入一序列的字串。這一序列字串可以是由迭代物件產生的,如一個字串串列。換行需要指定換行符 \n

 

3. 實體

filename = 'data.log'
# 打開檔案(a+ 追加讀寫樣式)
# 用 with 關鍵字的方式打開檔案,會自動關閉檔案資源
with open(filename, 'w+', encoding='utf-8') as file:
   print('檔案名稱: {}'.format(file.name))
   print('檔案編碼: {}'.format(file.encoding))
   print('檔案打開樣式: {}'.format(file.mode))
   print('檔案是否可讀: {}'.format(file.readable()))
   print('檔案是否可寫: {}'.format(file.writable()))
   print('此時檔案指標位置為: {}'.format(file.tell()))
   # 寫入內容
   num = file.write("第一行內容 ")
   print('寫入檔案 {} 個字符'.format(num))
   # 檔案指標在檔案尾部,故無內容
   print(file.readline(), file.tell())
   # 改變檔案指標到檔案頭部
   file.seek(0)
   # 改變檔案指標後,讀取到第一行內容
   print(file.readline(), file.tell())
   # 但檔案指標的改變,卻不會影響到寫入的位置
   file.write('第二次寫入的內容 ')
   # 檔案指標又回到了檔案尾
   print(file.readline(), file.tell())
   # file.read() 從當前檔案指標位置讀取指定長度的字符
   file.seek(0)
   print(file.read(9))
   # 按行分割檔案,傳回字串串列
   file.seek(0)
   print(file.readlines())
   # 迭代檔案物件,一行一個元素
   file.seek(0)
   for line in file:
       print(line, end='')
# 關閉檔案資源
if not file.closed:
   file.close()

輸出:

檔案名稱: data.log
檔案編碼: utf-8
檔案打開樣式: w+
檔案是否可讀: True
檔案是否可寫: True
此時檔案指標位置為: 0
寫入檔案 6 個字符
16
第一行內容
16
41
第一行內容
第二次
['第一行內容 ', '第二次寫入的內容 ']
第一行內容
第二次寫入的內容

 

15 序列化

在 Python 中 pickle 模塊實現對資料的序列化和反序列化。pickle 支持任何資料型別,包括內置資料型別、函式、類、物件等。

1. 方法

dump

將資料物件序列化後寫入檔案

pickle.dump(obj, file, protocol=None, fix_imports=True)

必填引數 obj 表示將要封裝的物件。 必填引數 file 表示 obj 要寫入的檔案物件,file 必須以二進制可寫樣式打開,即wb。 可選引數 protocol 表示告知 pickle 使用的協議,支持的協議有 0,1,2,3,預設的協議是添加在 Python 3 中的協議3。

load

從檔案中讀取內容並反序列化

pickle.load(file, fix_imports=True, encoding='ASCII', errors='strict')

必填引數 file 必須以二進制可讀樣式打開,即rb,其他都為可選引數。

dumps

以位元組物件形式傳回封裝的物件,不需要寫入檔案中

pickle.dumps(obj, protocol=None, fix_imports=True)

 

loads

從位元組物件中讀取被封裝的物件,並傳回

pickle.loads(bytes_object, fix_imports=True, encoding='ASCII', errors='strict')

 

2. 實體

 

import pickle
data = [1, 2, 3]
# 序列化資料並以位元組物件傳回
dumps_obj = pickle.dumps(data)
print('pickle.dumps():', dumps_obj)
# 從位元組物件中反序列化資料
loads_data = pickle.loads(dumps_obj)
print('pickle.loads():', loads_data)
filename = 'data.log'
# 序列化資料到檔案中
with open(filename, 'wb') as file:
   pickle.dump(data, file)
# 從檔案中加載並反序列化
with open(filename, 'rb') as file:
   load_data = pickle.load(file)
   print('pickle.load():', load_data)

輸出:

pickle.dumps(): b'€]q(KKKe.'
pickle.loads(): [1, 2, 3]
pickle.load(): [1, 2, 3]

 

16 命名規範

Python 之父 Guido 推薦的規範

Type Public Internal
Modules lower_with_under _lower_with_under
Packages lower_with_under
Classes CapWords _CapWords
Exceptions CapWords
Functions lower_with_under() _lower_with_under()
Global/Class Constants CAPS_WITH_UNDER _CAPS_WITH_UNDER
Global/Class Variables lower_with_under _lower_with_under
Instance Variables lower_with_under _lower_with_under (protected) or __lower_with_under (private)
Method Names lower_with_under() _lower_with_under() (protected) or __lower_with_under() (private)
Function/Method Parameters lower_with_under
Local Variables lower_with_under

一份來自谷歌的 Python 風格規範:

http://zh-google-styleguide.readthedocs.io/en/latest/google-python-styleguide/python_style_rules/

參考資料

 

  • 簡明 Python 教程

  • Python 3 教程 | 菜鳥教程

  • Python資料型別之“序列概述與基本序列型別(Basic Sequences)”

  • Python基本資料型別——元組和集合

  • python基礎—-特性(property)、靜態方法(staticmethod)、類方法(classmethod)、str的用法

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