python入门

零、预备知识

0.1 字符编码
计算机只能处理数字，所以为文本需要转化为数字才能被计算机处理，计算机里八个比特（bit）作为一个字节(byte)，这是数据的存储基础单位。计算机为了处理文本，有以下三种编码方式：

• ASCII码：只有大小写英文字母，数字，一些符号共127个；1个字节，
• Unicode码：所有语言都统一在一套编码里；一般2个字节，生僻字4个字节；在ASCII码前补0就行
• UTF-8编码：根据不同的数字大小编码成1-6个字节；常用的英文字母1个字节，汉字3个字节，生僻的字符4-6个字节；ASCII编码实际上可以被看成是UTF-8编码的一部分

计算机内存统一使用Unicode编码，保存在硬盘（例如文件保存）里或网络传输时转换为UTF-8编码

一、简介

• 程序运行都是通过机器指令执行的，编程语言其实相当于机器指令和自然语言间的一个桥梁，编程语言在运行时都将会翻译为计算机可以识别的机器指令。
• python是一门高级的语言，其代码行数少，因而运行时间也长。完成同样的一个功能，c语言可能需要1000行，Java100行，python20行。
• python一般用于实现应用程序，如算法，网站后台，在线游戏后台，c语言一般用于底层的接近硬件的开发如操作系统，java一般用于网站开发和Android，swift/objective-c主要用于iPhone开发
• 解释型语言：python是解释型语言，在运行时逐行翻译为机器码；c语言则是编译型语言，它在运行前编译为机器码。
• 动态数据类型：python数据类型为动态，不同类型变量可以相互赋值，而类似于java,c是静态类型，声明变量时需声明数据类型，数据类型不同相互赋值则会报错

1.1 优点：

1. 代码量少
2. 有丰富的基本库和第三方库，基本代码库包含网络，GUI，数据库，文件，文本等方面

1.2 缺点：

1. 程序运行时间长
2. 代码不能加密。分享代码只能通过源代码，不像c语言可以分享编译后的机器码

1.3 适用方面：

1. 日常小工具
2. 网络应用，如网络后台，在线游戏
3. 封装其他语言完成的程序

二、安装python

• python是跨平台的，在windows上编写的代码直接搬到mac/linux上也可以运行
• 安装python的时候你将会得到一个python解释器，包括一个pyhton命令行交互运行环境和一个集成开发环境

2.1 安装步骤：

1. 下载安装：从Python官网下载pyhton的exe安装文件，一路下一步安装后即可（注意将python.exe路径加入path环境变量里，不然Windows可能没办法找到）
2. 进入命令行交互环境：在windows系统下打开cmd命令行提示符窗口，提示符类似c:>
3. 进入python交互环境：在命令行提示符窗口里输入python，出现提示符>>>，这就表明已经进入python交互运行环境，然后就可以输入python代码，回车则执行
4. 退出python交互环境：输入exit()并回车，则可以退出

2.2 python解释器：

我们编写python代码时会得到一个后缀为.py的文本，我们需要一个Python解释器来解释，Python解释器包含很多版本

• CPython: python的官方解释器，用c语言开发出来的，在命令行交互窗口里输入python则启动CPython解释器，提示符是>>>
• IPython: 基于CPython的解释器，在CPython的解释方式上有所增强，执行程序得到结果和CPython一样,提示符是In[符号]
• pypy： 采用JIT技术，对Python代码进行动态编译（注意不是解释），执行程序结果可能和CPython不同
• Jython:运行在Java平台上的解释器，可以把Python代码编译成为Java字节码
• ItonPython：运行在微软.Net平台上的解释器，可以直接把Python代码编译成.Net的字节码

三、第一个python程序

命令行模式和python交互模式:

• 命令行模式: 用cd 路径命令行将路径转到需要执行的Python文件的目录下，然后用命令行python xx.py执行文件，相当于启动了Python解释器，一次性执行Python代码
• Python交互模式: 直接输入python代码则可以输出代码执行结果，相对于启动Python解释器，输入一行代码就执行一行，一般用作调试Python代码，具体例如下

>>>100+200
300

>>>print("hello world!")
hello world!

在打代码时可以一边在文本编辑器里编辑，一边粘贴到Python交互环境里进行调试。

四、Python基础

4.1 输出print()

• 输出单个字符串：print("hello world!")
• 输出多个字符串：print("hello,world")多个字符串用逗号隔开，输出时逗号变成空格
• 输出运算式：print(200+100)
• 输出字符串和运算式：print("100+200=",100+200)

4.2 输入input()

• 输入字符串存在变量里:s=input(),此时name是str类型，要变成int类型需要函数int()，news=int(s)
• 输入字符串前显示提示信息：name=input("please enter your name")

4.3 基础

• 注释：#注释
• 代码块：Python代码每一行是一个语句（结尾不用；），语句以冒号：结尾时缩进的代码为代码块
• 缩进： 缩进为四个空格
• Python严格大小写

#输出最大值
a=100
b=200
if(a>b):
    print(a)
else:
    print(b)

4.4 数据类型

• 整数：Python可以处理任意大小的整数，包括负整数，八进制0开头，十六进制0X开头，如：1,3,04,0xff00，-394,整数运算永远是精确的，大小没有限制
  range(n)函数，生成一个从0到n-1的整数序列

  >>>list(range(5))
  [0, 1, 2, 3, 4]

• 浮点数：浮点数就是小数，很大的小数用科学计数法，如:2.23,-3.22,1.23e8，浮点运算可能因为四舍五入产生误差，大小没有限制，但是超过某个范围则为inf(无限大)

• 字符串：用" "或' '包裹起来，如果需要字符' '则用" "包裹，如果同时需要' 和"则需要转义

  \'        '
  \"       "
  \\        \
  \n        换行
  \t        制表符
  r""       默认不转义，转移符将按原字符表示
  ''' '''   输入的换行可以保留

  字符串常用函数：ord('字符')获得字符编码的十进制表示；chr('编码')获得编码对应函数；len("字符串")计算字符串的字符数，len(b'byte')计算byte字节数

  >>>ord('A')
  65
  >>> ord('中')
  20013
  >>> chr(66)
  'B'
  >>> chr(25991)
  '文'
  #知道字符十六进制表示可直接用'\xxx\xxx'写str
  >>> '\u4e2d\u6587'
  '中文'
  >>> len('中文')
  2
  >>> len('中文'.encode('utf-8'))
  6
  b = a.replace('a', 'A')    //b是将a中a替换为A的字符串Abc，a仍旧是原字符串abc

  字符串格式化：,可以用占位符或format()函数进行格式化，%d整数（%2d表示长度为2，%02d表示长度为2，不足补零），%f浮点数（%.2f表示保留两位小数），%s字符串（可以将任何类型数据转换为字符串），%x十六进制整，format用{0}{1}占位

  >>>'Hi, %s, you have $%d.' % ('Michael', 1000000)
  'Hi, Michael, you have $1000000.'
  >>> 'Hello, {0}, 成绩提升了 {1:.1f}%'.format('小明', 17.125)
  'Hello, 小明, 成绩提升了 17.1%'

  字符串编码：
  python中：str类型；Unicode编码；占多个字节；‘’；用encode(编码方式名)编码
  磁盘和网络中：byte类型；ASCII编码和utf-8编码；占一个字节；b‘’;用decode(编码方式名)解码

#编码
    >>>'ABC'.encode('ascii')
    b'ABC'
    >>> '中文'.encode('utf-8')
    b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'
    #解码
    >>> b'ABC'.decode('ascii')
    'ABC'
    >>> b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8')
    '中文'

• 布尔值：Flase和True,运算符是and or not
  非零数值，非空字符串，非空list都是true
• 空置：None

• 字典
  查找插入速度快，不会随元素增加变化，需要大量内存，内存浪费多
  dict类型：使用健-值（key-value）存储，可以通过key采用hash算法直接计算出value的存放位置，所有key只能是不可变数据，例如str,int,不能是list

  声明：`d = {'Michael': 95, 'Bob': 75, 'Tracy': 85}`
  取值：d['key']
  判断key是否存在：`'key' in data`或者data.get('key')
  删除：`data.pop('key')`
  赋值：`data['key']=newdata`

  set类型：一组无序的不重复的key集合，没有vaule,需要一个list作为输入集合，key也只能是不可变对象

  声明：s=set([1,2,3,3]) //重复元素自动变为一个,s为{1,2,3}
  添加：s.add(4)
  删除：s.remove(4)
  交集并集：s1&s2 s1|s2  //和数学的交集并集一样

• 列表
  查找插入速度随元素增加变慢，需要少量内存，内存浪费少
  list类型：相当于数组,按顺序查找
  声明：classmates = ['Michael', 'Bob', 'Tracy']，其中元素类型可不同，用[]声明
  索引：从0到len(classmates-1)或-1，同理倒数第二个索引为-2以此类推
  函数：append(),pop(),insert().len(),list()

  classmates.append('Adam')          //追加
  classmates.insert(索引位置, 'Jack') //插入指定位置
  classmates.pop()                   //删除末尾
  classmates.pop(索引位置)            //删除指定位置
  classmates[1] = 'Sarah'            //指定位置赋值
  len(s)                             //list元素个数
  classmate.sort()                   //根据内容字典排序
  list()                             //强制转换为list

  tuple类型：和list相似，但一旦初始化其元素就不能修改，元素自身指向如list可修改，获取元素方式和list一样
  声明：classmates = ('Michael', 'Bob', 'Tracy')，只有一个元素需要加，不然不会认作tuple类型 t = (1,)，用()声明

• 自定义

4.5 变量

• 变量名：数字，大小字母，_，不能数字开头
• 同一变量可以反复赋值，无论赋值类型
• 除法/得到数据均为浮点数，//得到数据均去掉小数部分，为整数，%取两个整数的余数

4.6 常量

• python没有固定常量，默认用大写的变量名表示常量

五、语句

5.1条件语句
注意if,else if,elif后面是：靠缩进区别代码块,逻辑运算符用and,or,not

if <条件判断1>:
    <执行1>
elif <条件判断2>:
    <执行2>
elif <条件判断3>:
    <执行3>
else:
    <执行4>

5.2 循环语句
for x in data：把list和tuple类型的data中的每个元素依次代入x

names = ['Michael', 'Bob', 'Tracy']
for name in names:
    print(name)
for x in [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]:
    print(x)

while:条件满足，就不断循环，条件不满足时退出循环

while n > 0:
    sum = sum + n

break：可以在循环过程中直接退出循环
continue：直接开始下一轮循环

六、函数

函数名是指向一个函数对象的引用，把函数名赋给一个变量，相当于给这个函数起了一个“别名”
6.1 调用函数
调用函数需要函数的名称和参数，可以参考python官网：http://docs.python.org/3/libr...，如果输入的参数数目或类型不对会报TypeError的错

TypeError: abs() takes exactly one argument (2 given)
TypeError: bad operand type for abs(): 'str'

6.2 数据类型转换
python常用函数还包括数据类型转换函数，如int()函数可以把其他数据类型转换为整数
6.3 函数定义
函数定义由def，函数名（参数），return表示，如果没有return语句，函数执行完毕后返回None。return None可以简写为return

def 函数名(参数):
    if x >= 0:
        return x
    else:
        return -x

在python交互环境里定义，会出现...，定义完毕后输入两次回车出现提示符，即可执行
如果函数定义在文件new.py里，则可以用命令行python new import 函数名导入函数，然后再执行
空函数：用pass占位，也可用于if代码块里

def nop():
    pass

参数检查：python可以检查内置函数参数个数和类型，自定义函数只能检查个数，类型需要用isinstace()自定义检查

def my_abs(x):
    if not isinstance(x, (int, float)):
        raise TypeError('bad operand type')

返回多个参数：函数返回多个参数return a,b，实际是返回一个tuple类型数据，如果函数赋给多个变量c,d = new(1,2),则是将函数返回的tuple类型数据依次赋给c，d；如果函数赋给一个变量e = new(1,2)，则e即为这个tuple类型变量

def new(a,b):
a=0
b=1
return a,b
>>>c,d = new(1,2)     //c=1,d=2
>>>e = new(1,2)       //e[0]=1,e[1]=2

6.4 函数参数
默认参数：power(x,n=2)默认参数n取值为2，当调用函数书写为power(1)时，相当于调用power(5,2)。注：必选参数在前，可选参数在后，默认值不是最后一个需指定参数名

def enroll(name, gender, age=6, city='Beijing'):
    ...
enroll('Sarah', 'F')
enroll('Bob', 'M', 7)
enroll('Adam', 'M', city='Tianjin')

注：默认参数最好指向不变对象，如str,int,None
可变参数：传入参数个数可变，参数用*numbers表示，此刻参数numbers接收到一个tuple类型数据

def calc(*numbers):
    sum = 0
    for n in numbers:
        sum = sum + n * n
    return sum
calc(1,2,3,4)
#若已有一个tuple或list，则可以用`clac(*nums)`调用
nums = [1,2,3]
clac(*nums)

关键字参数：传入任意个参数person('Bob', 35, city='Beijing'，job='Engineer')，这些关键字自动组装为一个dict，person(name,age,**kw)，此刻dict为{'gender': 'M', 'job': 'Engineer'}

def person(name, age, **kw):
    print('name:', name, 'age:', age, 'other:', kw)
person('Adam', 45, gender='M', job='Engineer')
#若已有一个dict，可用person(**extra)调用
extra = {'city': 'Beijing', 'job': 'Engineer'}
person('Jack', 24, **extra)

6.5 递归函数

def fact(n):
    if n==1:
        return 1
    else:
        return n*fact(n-1)

栈溢出：计算机里函数调用是通过栈完成，调用一个函数栈加一个栈帧，调用完成减一个栈帧，如果递归太多次会导致栈溢出
尾递归：为了防止栈溢出，就可以采取尾递归方式，即每次函数返回时调用函数自身，这样无论递归多少次都只占用一个栈帧

def fact2(n):
    return fact2_iter(n,1)
def fact2_iter(n,product):
    if n==1:
        return product
    else:
        return fact2_iter(n-1,product*n)

理论上只要解释优化后尾递归不会出现栈溢出，但是目前大多数解释器包括python解释器并没有进行解释器优化。