第2章 Python基础知识
学习一门语言，最基础的就是语法，一般就是数据类型、流程控制等。学习过其他语言的读者，可以在本章看看Python语言与其他语言的区别；没有学习过其他语言的读者，则需要在本章加强代码的练习。
本章的主要内容是：
- PyShell的使用。
- Python中的数值、字符串。
- 列表的使用。
- 流程控制。
- 函数的学习。
2.1 Python的基础简介
前面学习了很多Python的理论知识，本节开始增加动手能力，先从1+1开始吧！
2.1.1 启动Python解释器
打开IDEL后，会出现主提示符“>>>”，表示Python解释器已经启动起来了，解释器的行为就像是一个计算器。我们可以向它输入一个表达式，它会返回结果，例如：
>>> 1+1
2
>>> 2*3
6
>>> 4-5
-1
表达式的语法和大多数计算机语言是一样的，具有各种数字类型和四则运算，也可以使用括号来划分表达式的优先级，例如：
>>> (1+2)*3
9
>>> 3-(2+4)*2
-9
2.1.2 数值类型
可以尝试在Python解释器下输入各种类型的数值，不只是整数，也可以是小数，甚至可以是复数，例如：
>>> a=3
>>> b=3.246
>>> c=5+1j
>>> print(c)
(5+1j)
>>> print(b)
3.246
>>> print(a)
3
在上面的代码中，a是整数，b是小数，c是复数，复数由两部分组成，虚部由一个后缀“j”或者“J”来表示。带有非零实部的复数记为“(real+imagj)”，符号“=”是绑定的意思，意思就是说，a以后和数字3绑定在一起了，只要提到a，就知道它是数字3，当然绑定是可以随时改变的，a可以和数字3绑定在一起，也可以和其他数绑定在一起，例如：
>>> a=3
>>> a=3.5
同一个值可以同时赋给几个变量：
>>> x = y = z = 0 # x、y、z都是0
>>> x
0
>>> y
0
>>> z
0
不同的值也可以方便和几个不同的变量相绑定，例如：
>>> a,b,c=4,5,6
>>> a
4
>>> b
5
>>> c
6
2.1.3 字符串
在Python中，带单引号或者双引号的都是字符串，在Python中没有字符这个概念，单个字符也认为是字符串，例如：
>>> bb='china'
>>> aa="china"
>>> aa
'china'
>>> bb
'china'
字符串可以通过几种方式分行。可以在行尾加反斜杠作为继续符，这表示下一行是当前行的逻辑延续，例如：
>>> hello = "这是第1行\n\
...这是第2行\n\
...这是第3行\
...结束。"
>>>
或者字符串可以用一对三重引号""""或'''来标识。三重引号中的字符串在行尾不需要换行标记，所有的格式都会包括在字符串中，例如：
>>> hello = """希望你学的开心
Python并不难。
一个小小的提示：
开心就好。"""
>>>
字符串可以用+号连接（或者说黏合），也可以用*号循环，例如：
>>> word = 'Help' + 'A'
>>> word
'HelpA'
>>> '<' + word*5 + '>'
'<HelpAHelpAHelpAHelpAHelpA>'
也可以使用字符串自带的方法来进行英文大小写转换。例如，upper()是转换成大写，而lower()是转换成小写：
>>> e_str='china'
>>> e_str.upper()
'CHINA'
>>> hh=e_str.upper()
>>> print(hh)
CHINA
>>> hh.lower()
'china'
字符串可以用下标（索引）查询；就像C一样，字符串的第一个字符下标是0。这里没有独立的字符类型，字符仅仅是大小为一的字符串。就像在Icon中那样，字符串的子串可以通过切片标志来表示，两个由冒号隔开的索引，例如：
>>> hh.lower()
'china'
>>> word='Help'
>>> word[3]
'p'
>>> word[0:2]
'He'
>>> word[2:4]
'lp'
说明
切片（Slice），简单理解的话可以是截取，比如10个字母只截取中间的3个。Python中的切片操作符是[]，里面使用数字，用冒号间隔，表示从第几位到第几位。如果没有冒号，只有1个数字，表示从第1个（下标为0）开始截取。
需要注意的是，字符串是不可以更改的，可以创建新的字符串，但是绝不能更改存在的字符串，例如：
>>> word[3]='P'
Traceback (most recent call last):
File "<stdio>", line 1, in <module>
TypeError: 'str' object does not support item assignment
>>> word[0]='h'
Traceback (most recent call last):
File "<stdio>", line 1, in <module>
TypeError: 'str' object does not support item assignment
可以使用已经存在的字符串去合并新的字符串，例如：
>>> 'h'+word[1:]
'help'
2.1.4 列表
列表是Python中的容器，用于组织其他的值，为中括号之间用逗号分隔的一列值（子项）。列表的子项不一定是同一类型的值，例如：
>>> aa=['china',2,3,4]
>>> aa
['china', 2, 3, 4]
像字符串一样，列表也以0开始，可以被切片、连接等：
>>> a=['spam', 'eggs', 100, 1234]
>>> a[0]
'spam'
>>> a[3]
1234
>>> a[-2]
100
>>> a[1:-1]
['eggs', 100]
>>> a[:2] + ['bacon', 2*2]
['spam', 'eggs', 'bacon', 4]
>>> 3*a[:3] + ['Boe!']
['spam', 'eggs', 100, 'spam', 'eggs', 100, 'spam', 'eggs', 100, 'Boe!']
与不变的字符串不同，列表可以改变每个独立元素的值：
>>> a[2] = a[2] + 23
>>> a
['spam', 'eggs', 123, 1234]
列表可以进行切片操作，甚至可以改变列表的大小：
>>> #替换列表项
... a[0:2] = [1, 12]
>>> a=[1, 12, 123, 1234]
>>> # 移动列表项
... a[0:2] = []
>>> a
[123, 1234]
>>> # Insert some:
... a[1:1] = ['bletch', 'xy777']
>>> a
[123, 'bletch', 'xy777', 1234]
>>> a[:0] = a #在开始处插入
>>> a
[123, 'bletch', 'xy777', 1234, 123, 'bletch', 'xy777', 1234]
说明
本书第3章会详细介绍列表类型的使用，在这里简略介绍，也是因为后面的例子会用到。
2.1.5 流程控制
流程控制最重要的是两种流程控制方式：
- 选择语句
- 循环语句
提示
本章的流程控制和函数等相关技术点只是方便本章后面的案例编码，让读者可以有简单的了解，详细技术点的分析会在后面的章节逐步展开。
1. 选择语句
Python提供了if...elif...else语句进行选择分支，例如：
>>> x = int(input("输入一个数字: "))
>>> if x < 0:
... x = 0
... print('不能小于0')
... elif x == 0:
... print(0)
... elif x %2 == 1:
... print("单数")
... else:
... print("其他")
...
关键字“elif”是“else if”的缩写，可以有效避免过深的缩进。
2. 循环语句
Python提供了几个不同的循环语句，最主要的有for和while语句。通常的循环可能会依据一个等差数值步进过程（如Pascal）或由用户来定义迭代步骤和中止条件（如C），Python的for语句依据任意序列（列表或字符串）中的子项，按它们在序列中的顺序来进行迭代。例如：
>>> a = ['cat', 'Windows', 'defenestrate']
>>> for x in a:
... print(x, len(x))
...
cat 3
Windows 7
defenestrate 12
在迭代过程中修改迭代序列不安全（只有在使用列表这样的可变序列时，才会有这样的情况）。如果想要修改迭代的序列（例如，复制选择项），可以迭代它的复本。通常使用切片标识就可以很方便地做到这一点：
>>> for x in a[:]:
... if len(x) > 6:
... a.insert(0, x)
...
>>> a
['defenestrate', 'cat', 'Windows', 'defenestrate']
Python中的while语句和C中使用的很相似，都是在while关键字后加一个循环表达式，当循环表达式为真或者True的时候，会一直循环着，当循环表达式为False的时候，会退出循环，例如：
>>> i=0
>>> while i<5:
... print(i)
... i+=1
...
0
1
2
3
4
2.1.6 函数
函数定义的关键字是def，在其后必须跟有函数名和包括形式参数的圆括号。函数体语句从下一行开始，必须是缩进的。函数体的第一行可以是一个字符串值，这个字符串是该函数的文档字符串，也可称作docstring，相当于代码的注释，代码中加入文档字符串是一个好的做法，应该养成习惯。
调用函数时会为局部变量引入一个新的符号表。所有的局部变量都存储在这个局部符号表中。引用参数时，会先从局部符号表中查找，再是全局符号表，然后是内置命名表。因此，全局参数虽然可以被引用，但是不能在函数中直接赋值（除非它们用global语句命名）。
函数引用的实际参数在函数调用时引入局部符号表，因此实参总是传值调用（这里的值总是一个对象引用，而不是该对象的值）。一个函数被另一个函数调用时，一个新的局部符号表在调用过程中被创建。
函数定义在当前符号表中引入函数名。作为用户定义函数，函数名有一个为解释器认可的类型值。这个值可以赋给其他命名，使其能够作为一个函数来使用。这就像一个重命名机制，例如定义一个计算斐波那契数列的函数：
>>> def fib(n):
a, b = 0, 1
while b < n:
print(b)
a, b = b, a+b
提示
斐波那契数列（Fibonacci sequence）又称为黄金分割数列，指的是这样一个数列：1、1、2、3、5、8、13、21、34……
既可以直接调用该函数，也可以将函数作为值赋给其他变量：
>>> fib
<function object at 10042ed0>
>>> f = fib
>>> f(100)
1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89
2.2 开始编程：九九乘法表
在2.1节中，初步介绍了Python编程的一些基础语法知识，本节将应用Python的这些基础知识来编程实现一个简单的九九乘法表。
【本节代码参考：C02\py_2.1.py】
2.2.1 九九乘法表
九九乘法表是将10之内的数互相相乘的结果以三角形的样式打印出来，在本节的应用中，不只是要将九九乘法表以三角形的样式打印出来，还需要以倒三角形来打印九九乘法表。
2.2.2 编程思路
要以三角形、倒三角形的样式来打印九九乘法表，关键的编程要点有两个：
- 获得所有10之内乘法的运算式和结果。
- 将运算式和结果排版成正三角和倒三角的形式。
要获得所有10之内的乘法运算式和结果，最简单的方法是通过循环来实现，通过两个变量，让它们都在10之内双重循环，然后计算它们的结果，这样就可以得到10之内所有的运算式和结果，代码如下：
>>> def getall():
... lis=[]
... for i in range(1,10):
... for j in range(1,i+!):
... lis.append(str(i)+"*"+str(j)+"="+str(i*j))
... return lis
函数getall使用了一个双重循环，该循环的作用就是将10之内互乘的运算式和结果都存放到列表lis中，这样就可以使用getall的返回值获得所有的互乘的运算式和结果，例如：
>>> getall()
['1*1=1', '2*1=2', '2*2=4', '3*1=3', '3*2=6', '3*3=9', '4*1=4', '4*2=8',
'4*3=12', '4*4=16', '5*1=5', '5*2=10', '5*3=15', '5*4=20', '5*5=25', '6*1=6',
'6*2=12', '6*3=18', '6*4=24', '6*5=30', '6*6=36', '7*1=7', '7*2=14', '7*3=21',
'7*4=28', '7*5=35', '7*6=42', '7*7=49', '8*1=8', '8*2=16', '8*3=24', '8*4=32',
'8*5=40', '8*6=48', '8*7=56', '8*8=64', '9*1=9', '9*2=18', '9*3=27', '9*4=36',
'9*5=45', '9*6=54', '9*7=63', '9*8=72', '9*9=81']
有了所有的互乘的运算式和结果，下面的工作就是如何组织这些运算式来排列成三角形和倒三角形，也就是说，要将列表lis的元素按照一定的规律输出到屏幕就可以了。
2.2.3 编程实现
九九乘法表使用最简单的for循环，还利用了Python特有的变量类型——列表。程序很简单，保存为py_2.1.py，运行例子2.1将九九乘法表输出到终端。
例子2.1 Python打印九九乘法表
可以在命令行执行命令：
python py_2.1.py
也可以在IDEL中单击File|New File打开编辑器，输入上述内容，保存为py_2.1.py后，按F5键运行。
执行结果如图2.1所示。
图2.1 九九乘法表
在例子2.1的第13行中，利用list列表的reverse()将列表中的元素倒置，然后利用pop()将元素逐个“吐”出并输出到屏幕上。
注意
第1行一般应用在多个Python版本的环境下，指明使用的具体Python解释器。如果读者机器上只有一个Python版本，或者是通过IDEL进行编辑，就可以省略这1行。
2.3 本章小结
本章介绍了Python的基本知识，并安装好了Python的环境，用一个简单的程序展示了Python程序的流程控制。