1.2 语法规则和基本数据类型

1.2.1 Python语法规则

1.Python标识符

在Python语言中，变量名、函数名、对象名等都是通过标识符来命名的。标识符第一个字符必须是字母表中字母或下划线“_”，标识符的其他部分由字母、数字和下划线组成。Python中的标识符是区分大小写的。在Python 3.X中，非ASCII标识符也是允许的，例如：“data_人数=100”中的“data_人数”为含汉字的标识符。

标识符的命名规则解释如下：

1）标识符是由字符（A～Z和a～z）、下划线和数字组成，但第一个字符不能是数字。

2）标识符不能和Python中的保留字相同。

保留字即关键字，保留字不能用作常量或变量，也不能用作任何其他标识符名称。

Python的标准库提供了一个keyword module，可以输出当前版本的所有关键字，命令和输出结果如下：

所有保留字见表1-1。

由于Python是严格区分大小写的，保留字也不例外。所以，if是保留字，但IF就不是保留字。在实际开发中，如果使用Python中的保留字作为标识符，则解释器会提示“invalid syntax”的错误信息。

3）标识符中不能包含空格、＠、%以及$等特殊字符。

例如，UserID、name、mode12、user_age等标识符是合法的。

但以下命名的标识符不合法：

4）标识符中的字母是严格区分大小写的，即使两个同样的单词，如果大小写不一样，其代表的意义也是完全不同的。

比如说，下面这3个变量，它们彼此之间是相互独立的个体。

5）以下划线开头的标识符有特殊含义，例如：

以单下划线开头的标识符（如_width），表示不能直接访问的类属性，其无法通过from…import*的方式导入；

以双下划线开头的标识符（如__add）表示类的私有成员；

以双下划线作为开头和结尾的标识符（如__init__），是专用标识符。

因此，除非特定场景需要，应避免使用以下划线开头的标识符。

2.缩进和冒号

和其他程序设计语言（如Java、C语言）采用大括号“｛｝”分隔代码块不同，Python采用代码缩进和冒号（：）来区分代码块之间的层次。对于类定义、函数定义、流程控制语句、异常处理语句等，行尾的冒号和下一行的缩进，表示下一个代码块的开始，而缩进的结束则表示此代码块的结束。

Python中可以使用空格或者<Tab>键实现对代码的缩进，但无论是使用空格，还是使用<Tab>键，通常情况下都是采用4个空格长度作为一个缩进量。

Python对代码的缩进要求非常严格，同一个级别代码块的缩进量必须一样，否则解释器会报SyntaxError异常错误。

例如，对代码做错误改动，如图1-11所示，将位于同一作用域中的两行代码，它们的缩进量分别设置为4个空格和3个空格，可以看到，当手动修改了各自的缩进量后，这会导致出现SyntaxError异常错误。

在IDLE中，默认是以4个空格作为代码的基本缩进单位。不过，这个值是可以手动改变的，可以通过选择“Options”菜单中的“Configure IDLE”命令进行修改。

3.Python引号

Python中使用单引号（＇）、双引号（"）、三引号（＇"或"""）来表示字符串，引号的开始与结束必须是相同种类的引号。其中三引号可以由多行组成，是编写多行文本的快捷语法。使用示例如下：

三引号常用于文档字符串，在文件的特定地点，被当作注释。

4.Python注释

注释（Comments）是用来向用户提示或解释某些代码的作用和功能，它可以出现在代码中的任何位置。Python解释器在执行代码时会忽略注释，不做任何处理。注释的最大作用是提高程序的可读性，还可以用来临时移除无用的代码。一般情况下，合理的代码注释应该占源代码的1/3左右。

Python支持两种类型的注释，分别是单行注释和多行注释。

（1）单行注释

Python使用井号（#）作为单行注释的符号，语法格式为：

从#标注开始，直到这行结束为止的所有内容都是注释。

【例1-2】说明多行代码的功能时一般将注释放在代码的最上面一行。

运算结果：

【例1-3】说明单行代码的功能时一般将注释放在代码的右侧。

运算结果：

（2）多行注释

多行注释指的是一次性注释程序中多行的内容（包含一行）。Python使用三个连续的单引号＇＇＇或者三个连续的双引号"""注释多行内容。

不管是多行注释还是单行注释，当注释符作为字符串的一部分出现时，就不能再将它们视为注释标记，而应该看作正常代码的一部分。

【例1-4】注释符作为字符串的一部分。

运算结果：

本例中，第1行和第2行代码，Python没有将这里的三个引号看作是多行注释，而是将它们看作字符串的开始和结束标志；对于第3行代码，Python也没有将#看作单行注释，而是将它看作字符串的一部分。

1.2.2 数据类型概述

Python中主要的内置数据类型有：

1）数值numeric：包括int（整型)、float（浮点数)、bool（布尔型)、complex（复数型）等。

2）序列sequence：包括list（列表)、tuple（元组)、range（范围)、str（字符串)、bytes（字节串)。

3）映射mappings，主要类型为dict（字典)。

4）集合set。

5）类class。

6）实例instance。

7）例外exception。

1.2.3 变量与常量

1.变量的赋值

任何编程语言都需要处理数据，比如数字、字符、字符串等，用户可以直接使用数据，也可以将数据保存到变量中，方便以后使用。变量（Variable）可以看成一个小箱子，专门用来“盛装”程序中的数据。每个变量都拥有独一无二的名字，通过变量的名字就能找到变量中的数据。从底层看，程序中的数据最终都要放到内存（内存条）中，变量其实就是这块内存的名字。图1-12所示是变量age的示意。

在编程语言中，将数据放入变量的过程称为赋值（Assignment）。Python使用等号“=”作为赋值运算符，具体语法格式为：

其中，name表示变量名；value表示值，也就是要存储的数据。

例如，图1-12中的语句“age=20”就是将整数20赋值给变量age。

在程序的其他地方，age就代表整数20，使用age也就是使用20。

【例1-5】变量赋值实例一。

变量的值不是一成不变的，它可以随时被修改，只要重新赋值即可。另外用户也不用关心数据的类型，可以将不同类型的数据赋值给同一个变量。

【例1-6】变量赋值实例二。

运算结果：

从上述例子中可以看到，除了赋值单个数据，用户也可以将表达式的运行结果赋值给变量。

和变量相对应的是常量（Constant），它们都是用来“盛装”数据的小箱子，不同的是，变量保存的数据可以被多次修改，而常量一旦保存某个数据之后就不能修改了。

2.单下划线、双下划线开始的特殊变量及特殊方法专用标识

Python用单下划线和双下划线作为变量前缀和后缀指定特殊变量。

（1）_xxx变量名

_xxx被看作是“私有的”变量，在模块或类外不可以使用。当变量是私有的时候，用_xxx来表示变量是很好的习惯。_xxx变量是不能用“from module import*”导入的。在类中以“单下划线”开始的成员变量或类属性称为保护变量，意思是只有类对象和子类对象自己能访问到这些变量。

（2）__xxx类中的私有变量名

以“双下划线”开始的变量是私有成员变量，意思是只有类对象自己能访问，连子类对象也不能访问到这个数据。

（3）__xxx__特殊方法专用标识

以双下划线开头和结尾的代表Python里特殊方法专用标识，如__init__（self，...）代表类的构造函数。这样的系统特殊方法还有许多，如：

__new__（cls[，...]）、__del__（self）、__str__（self）、__lt__（self，other）、__getitem__（self，key）、__len__（self）、__repr__（s）、_cmp__（s，o）、__call__（self，*args）等。

因此要注意避免用下划线作为一般变量名的开始。

3.常量、内置常量

变量是变化的量，常量则是不变的量。Python中没有使用语法强制定义常量，有个例外，就是Python有少数的常量存在于内置命名空间中的内置常量，它们是

（1）False

bool类型的假值。给False赋值是非法的并且会引发SyntaxError异常提示。

（2）True

bool类型的真值。给True赋值是非法的并且会引发SyntaxError异常提示。

（3）None

NoneType类型的唯一值。None经常用于表示缺少值，当因为默认参数未传递给函数时。给None赋值是非法的并且会引发SyntaxError异常提示。

（4）NotImplemented

NotImplemented是个特殊值，它能被二元特殊方法返回（比如__eq__()、lt()、add()、rsub()等），表明某个类型没有像其他类型那样实现这些操作。同样，它也可以被原地处理（in place）的二元特殊方法返回（比如__imul__()、iand()等）。还有，它的实际值为True。

（5）Ellipsis

Ellipsis是个特殊值，含义即“省略”，与省略号文字字面“...”相同。

（6）__debug__

如果Python没有以-O选项启动，则__debug__常量为真值。

（7）quit（code=None）、exit（code=None）

当打印此对象时，会打印出一条消息，例如“Use quit() or Ctrl-D(i.e.EOF) to exit”。当调用此对象时，将使用指定的退出代码来引发SystemExit。

（8）copyright、credits

打印或调用的对象分别打印版权或作者的文本。

（9）license

当打印此对象时，会打印出一条消息“Type license() to see the full license text”。当调用此对象时，将以分页形式显示完整的许可证文本（每次显示一屏）。

1.2.4 整数类型

1.整数的赋值

整数就是没有小数部分的数字，Python的整数数据类型包括正整数、0和负整数，取值范围则是无限的，不管多大或者多小的数字构成的整数，Python都能轻松处理。当所用数值超过计算机自身的计算能力时，Python会自动使用高精度计算。

【例1-7】整数的赋值。

运算结果：

从本例中可以看出，num1是一个看起来非常正常的整数，num2是一个极大的数字，num3则是一个很小的数字，Python都能正确输出这3个变量，不会发生溢出，这说明Python对整数的处理能力非常强大。

2.整数的不同进制

整数可以使用多种进制来表示，常见的有十进制、二进制、八进制和十六进制等形式。

（1）十进制形式

平时常见的整数就是十进制形式，它由0～9共十个数字排列组合而成。需要注意的是，使用十进制形式的整数不能以0作为开头，除非这个数值本身就是0。

（2）二进制形式

由0和1两个数字组成，书写时以0b或0B开头。例如，0b101对应的十进制数是5。

（3）八进制形式

八进制整数由0～7共八个数字组成，以0o或0O开头。注意，第一个符号是数字0，第二个符号是大写或小写的字母o。

（4）十六进制形式

由0～9十个数字以及A～F（或a～f）六个字母组成，书写时以0x或0X开头。

【例1-8】二进制、八进制、十六进制整数的使用。

运算结果：

本例的输出结果都是十进制整数。

3.数字分隔符

为了提高数字的可读性，允许使用下划线“_”作为数字（包括整数和小数）的分隔符。通常每隔三个数字添加一个下划线，类似于英文数字中的逗号。下划线不会影响数字本身的值。

【例1-9】数字分隔符的使用。

运算结果：

1.2.5 小数、浮点数和复数类型

在高级编程语言中，小数通常以浮点数的形式存储。浮点数和定点数是相对的，小数在存储过程中，如果小数点发生移动，就称为浮点数；如果小数点不动，就称为定点数。Python只有一种小数类型，就是浮点数（float）。

Python中的小数有两种书写形式，即十进制形式和指数形式。

（1）十进制形式

平时看到的小数形式都是十进制形式，例如231.5、23.1、0.231。书写小数时必须包含一个小数点，否则会被Python当作整数处理。

（2）指数形式

Python小数的指数形式的写法为

其中，a为尾数部分，是一个十进制数；n为指数部分，是一个十进制整数；E或e是固定的字符，用于分割尾数部分和指数部分。整个表达式等价于a×10n。

指数形式的小数举例：

1.8E4=1.8×104，其中1.8是尾数，4是指数。

2.5E-3=2.5×10-3，其中2.5是尾数，-3是指数。

0.3E4=0.3×104，其中0.3是尾数，4是指数。

只要写成指数形式就是小数，即使它的最终值看起来像一个整数。如12E2等价于1200，但它是一个小数。

【例1-10】小数的应用。

运算结果：

从本例中可以看出，print在输出浮点数时，会根据浮点数的长度和大小适当地舍去一部分数字，或者采用科学计数法。

复数（Complex）是Python的内置类型，直接书写即可，不依赖于标准库或者第三方库。复数由实部（real）和虚部（imag）构成，在Python中，复数的虚部以j或者J作为后缀，具体格式为

其中，a表示实部，b表示虚部。

1.2.6 字符串及其基本操作

字符串（String）就是若干个字符的集合，Python中的字符串必须由双引号""或者单引号＇＇引用，其双引号和单引号没有任何区别，具体格式为：

字符串的内容可以包含字母、标点、特殊符号、中文、日文、韩文等。

下面都是合法的字符串：

1.处理字符串中的引号

当字符串内容中出现引号时，用户需要进行特殊处理，否则Python会解析出错，例如：

由于上面字符串中包含了单引号，此时Python会将字符串中的单引号与第一个单引号配对，这样就会把＇I＇当成字符串，而后面的m a doctor！＇就变成了多余的内容，从而导致语法错误。

对于这种情况，一般有两种处理方案：

（1）对引号进行转义

在引号前面添加反斜杠“\”就可以对引号进行转义，让Python把它作为普通文本对待。

（2）使用不同的引号引用字符串

如果字符串内容中出现了单引号，那么我们可以使用双引号引用字符串，反之亦然。

【例1-11】对引号进行转义和使用不同的引号引用字符串。

运算结果：

2.字符串的换行

Python不是格式自由的语言，它对程序的换行、缩进都有严格的语法要求。要想换行书写一个比较长的字符串，必须在行尾添加反斜杠“\”。Python也支持表达式添加反斜杠“\”的换行。

3.长字符串

Python长字符串由三个双引号"""或者三个单引号＇＇＇引用，语法格式如下：

在长字符串中放置单引号或者双引号不会导致解析错误。

4.转义字符

对于ASCII编码来说，0～31（十进制）范围内的字符为控制字符，它们都是看不见的，不能在显示器上显示，甚至无法从键盘输入，只能用转义字符的形式来表示。不过直接使用ASCII码记忆不方便，也不容易理解，所以针对常用的控制字符，Python语言定义了转义字符方式，见表1-2。

转义字符在书写形式上由多个字符组成，但Python将它们看作是一个整体，表示一个字符。

此外，转义字符以“\0”（是数字0，不是字母o）或者“\x”开头的表示编码值，前者表示跟八进制形式的编码值，后者表示跟十六进制形式的编码值，如\0dd或\xhh等，其中dd表示八进制数字，hh表示十六进制数字。

由于ASCII编码共收录了128个字符，\0和\x后面最多只能跟两位数字，所以八进制形式\0并不能表示所有的ASCII字符，只有十六进制形式\x才能表示所有ASCII字符。

【例1-12】使用八进制、十六进制来显示ASCII码。

运算结果：

从本例中可以看出，字符C、E、G、I、K、M十六进制形式分别是43、45、47、49、4B、4D；字符1、3、5对应的ASCII码八进制形式分别是61、63、65；“\t\t”表示2个<Tab>键位置。

1.2.7 数据类型转换

Python已经为我们提供了多种可实现数据类型转换的函数，见表1-3。需要注意的是，在使用类型转换函数时，提供给它的数据必须是有意义的。