Python数据类型、运算符、变量 | 写给小白的工程师入门
题图：pexels
从这一节开始，我们将进入正式的 Python 学习。绝大多数网上编程教程都直接从这一节的内容开始，我之所以选择在前面铺垫那么久，一是遵循人脑的自然学习规律——在猛扎进细节中前先建立对大画面的认知理解；二是作为走过这条自学路的人，我会希望当初的自己也得到过这样的指点。
在具体内容前，重复两条很多人都说过的学习编程最好的方式：
- 跟着教程或源码敲代码，出错了可以立即得到反馈，甚至应该故意实验一些可能出错的指令，可以获得最佳编程学习效果。学习时故意出些错总比未来在一堆代码里无意中埋下 bug 好久解决不掉要好得多。
- 关键概念记英文原版。中文只是翻译参考。
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程序是什么
在上一节《工程师的脑子和普通人不一样》中，我曾把程序员比做写菜谱的人，计算机只是个规规矩矩炒菜的，一个程序就像一份菜谱，算法其实就是那份菜谱里描述做菜的步骤……还可以再学一个更专业抽象的说法：程序即为执行一次计算的一系列指令。
Program: <u>a sequence of instructions</u> that specifies how to perform a computation.
这里的指令指的是什么呢？
用任一程序语言写的任一程序，都完全可以只由以下五种指令组成：
- 输入 input
- 输出 output
- 数学计算 math
- 条件控制 conditional execution
- 重复 repetition
只要掌握这五类指令，就可以写出任何程序——其实很好理解，虽然菜的品类无数，但并不存在煎炸烤炒炖煮拌不能搞定的菜（有这样还搞不定的菜吗？）
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值与类型
Value 值
值即为在编程中所用数据的基本单位。主要包括两大类：数字 (number) 与字符串 (string)。
数字进一步可以分为3种类型（还有一类复数，但很少用到，此处不提）：
- 整型 (integer)，即整数，如 4, 7, 101
- 浮点型 (floating point)，即带小数点的数字，如 2.5, 5.0, 3.14
- 布尔值 (boolean)，说是数字其实更像逻辑数据类型，只包括 True/False 两个值（书写固定，开头大写）；但可以和其他数字一起进行数学运算，此时 True = 1, False = 0.
字符串是一串由引号（单引号或双引号皆可，但同一对引号需统一单双）围起的字符，如 "xiaobai", "666", "小 白" 。注意，a. 当数字加上引号时就成字符串了，不再具备数字值的特性了（比如可以进行数学运算）；b. 引号内可加空格可加标点，都可以构成字符串的一部分。
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Type 类型
类型是值的分类 (理解成值的属性也行)。我们在上面已经看到 Python 几大基本类型的一部分了：整型、浮点型、布尔值与字符串。想要知道某个值或变量（下面会讲到）的类型，可以用内置 type() 函数来问 Python:
>>> type(666)
<class 'int'>
>>> type("666")
<class 'str'>
>>> type(3.1415926)
<class 'float'>
>>> type(True)
<class 'bool'>
在后面几节我们还会接着学习列表 (list)、元组 (tuple)、字典 (dictionary)、集合 (set) 等更多类型。
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运算符
Python 中的运算符 (operator) 主要用在数学运算上，和通用的算术运算符号大体相同。被运算符连接的值可称为运算数 (operand)。
在这儿通过交互模式来看一下用法：
>>> 3 + 5
8
>>> 3.0 + 5 #当一个运算数为浮点时，结果也会变成浮点
8.0
>>> 1.0 + True #还记得刚刚说的布尔值的数值吗
2.0
>>> 9 - 2
7
>>> 2.5 * 5 #乘积
12.5
>>> 2**3 #指数运算
8
>>> 3 / 5 #除法
0.6
>>> 3 // 5 #除法，只计整数部分
0
>>> 3 % 5 #3除以5所剩余数
3
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除了用在数字上，有两个运算符还可以用在字符串上：+, *. 猜一猜加号和乘号会在字符串上产生什么效果呢？
>>> 'Sinan' + 'Talk'
'SinanTalk'
>>> 'Hello' * 3
'HelloHelloHello'
通过 + 将多个字符串顺序连接起来的操作被称为字串串接 (string concatenation)，非常常用；通过 * 把一个字符串复制多次的操作倒没什么专用说法 (可以称为 string multiplication)，用的不多，不过需要注意字符串只能与整型相乘，字符串之间不能相乘。
像这样，一个运算符可以同时用于一个以上数据类型 (type) 的现象被称为重载 (overloading)。比如， + 可以同时用在数字和字符串上。并不是所有编程语言都支持运算符的重载。除了运算符，之后我们还会接触到函数重载 (function overloading)。
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至于有多个运算符同时存在时该遵从什么运算顺序的问题，和数学计算相同。不确定的时候就用括号明确优先级即可。
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变量
光有值还不够用，我们还需要变量 (variable)。变量自身不能单独存在。变量用来存储、命名值，是其代表的一个值的名字。当我们给变量赋值时，会用到赋值语句 (assignment statement)：
# 赋值语句用'='进行赋值，此处'='与算术中相等的概念不同，含义上更像'<-'右指箭头
a = 5
b = 2.0
c = 'Python'
d = True
# 这个赋值语句能更清楚看到赋值'='并非算术中的等号，而是'<-'右指箭头，将'='右边的值赋给'='左边的变量
a = a + 5
print(a) # 输出结果：10
关于 Python 中变量与值的关系，我没见过比 David Goodger 讲得更好的了，此处就借用下他的例子和插图吧。
Python 中的变量就像是其绑定的值的姓名标签。如，当给变量 a 赋值 1 时，a = 1，1 这个整数就绑了 a 的标签， 并且 1 会在内存里占一个位置：
当你重新给 a 赋新值 2 时，a = 2，就等于把这个标签移到 2 身上了，2 此时也会在内存里占一个位置：
此时你无法再通过 a 来找到 1 了。如果 1 没有绑定任何其他标签（变量）的话，那 1 就不会再在内存里占位置了。
如果你创建一个新变量 b，并用 a 来给 b 赋值，其实等同于在 2 身上绑了两个姓名标签，通过 a 或 b 都可以找到 2:
并不是所有编程语言里的变量都是值的“姓名标签”。
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变量的命名
Python 变量命名的规则不复杂，可以是：
- 字母组合，如 a, foo, val, counter
- 字母与数字组合，如 dict1, list2
- 可以加下划线，如 is_even, max_val2
- 但不能以数字开头
- 习惯性以小写字母命名
- 不可以用 Python 保留字／关键字 (keywords) 来命名变量
Python 保留字／关键字都有哪些呢？可以在交互模式下输入：
# to see the Python keyword list
>>> 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']
当你在文本编辑器或 IDE 中编程时，Python 保留字会自动呈现不同的颜色，所以一开始也不用背保留字列表。每个保留字都非常常用，之后很快会在实践中熟悉。
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虽然变量命名并不复杂，但这不仅关系到 style，还关系到代码的易读性，因此最好起个易懂易记易区分并符合逻辑的名字，比如，我给字符串 "SinanTalk" 起名的话，明显 blog_name 比 foo 要合理得多。
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表达式与语句
Python 表达式 (expression) 是值、变量与运算符的组合。一个值或变量本身也可以构成一个表达式。
Expressions: a combination of values, variables and operators.
刚开始接触 Python 编程的新手可能都遇到过这个困惑，为什么有些代码可以在交互式编程 (interactive programming) 模式下直接返回结果，但脚本式编程 (script programming) 时就不会返回结果呢？这其实是 Python 表达式在解释器 (interpreter) 中的不同行为。当你在解释器的提示符 (prompt) ——就是尖箭头 >>> ——处输入一个表达式时，解释器会在回车后求得表达式的值并返回，如：
>>> 1
1
>>> 5 + 2
7
>>> a = 3.14
>>> a
3.14
>>> a + 10
13.14
在脚本模式下运行，虽然解释器也会对表达式求值 (evaluate)，但并不会返回结果。
在上面几个简单例子中，唯一没有即时返回结果的就是 a = 3.14，因为这并非表达式，而是一个 Python 语句。
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Python 语句 (statement) 是一组有效力的代码块。
Statement: a unit of code that has an effect.
目前为止我们已经遇到过的语句有：
- 赋值语句 (assignment statement)：创建新变量并赋予一个值。
- 输出语句 (print statement)：输出一个值。
解释器不会对语句求值，而是直接执行 (executes) 一个指令。
今后我们还会接触更多 Python 语句。
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第4节 作业
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阅读 Think Python (2nd edition) 第1&2章，并完成文后练习。
Think Python: How to Think Like a Computer Scientist 是小白学习 Python 的最佳入门书（不是我评价的，而是很多大佬推荐），第2版面向 Python3。英文原版并不难懂。需要 Think Python 原版教材的读者可以加本文作者个人微信，取书暗号“小白”。
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第4节 小结
我们在这一节进入 Python 编程知识的正题，先介绍了一些基本的编程概念：值与类型、运算符、变量、表达式与语句。虽然已经能写简单的赋值语句和输出语句，进行数学运算了，但还不会用 Python 来表达更复杂的程序逻辑，下节课我们将开始学习条件控制和更多编程基础概念。
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