2-Python基础语法-内存管理-运算符-程序控制
1 Python 基础语法
所有语言都有它自己规定的格式,Python也不例外,下面从几个方面来了解。
1.1 注释
在Python中主要的使用的注释方式是#号,当然在某些情况下三对单引号也是可以的,比如在函数中可以作为函数的说明。
num =int(input('>>>: ')) # 输入一个数字
if num >= 1000: # 条件判断
if num >= 10000: # 大于10000
print('5') # 打印5位
else: '''否则'''
print('4') '''打印4'''
else:
if num >= 100:
print('3')
elif num >= 10:
print('2')
else:
print('1')
1.2 缩进
C语言使用的是花括号来表示层级关系,但是看起来不简洁,挺难看
,而Python使用的是缩进的方式表示层级关系,并且约定4个空格
为一个层级。
1.3 续行
当我们一行的代码超过了一屏显示的长度以后,多数情况下为了直观,我们会另起一行,接着些,在Python中在行尾使用 \
标识续行,但如果在表达式或者某一段代码中使用了括号,那么Python认为括号内是一个整体,内部跨行不需要使用\
。
1.4 标识符
很多时候,我们写代码的过程中会对我们需要的数据进行存储并命名,方便后续使用,这个命名被称为标识符,针对标识符Python进行了如下要求:
- 一个名字,用来指代一个值
- 只能是字母、数字下划线的组合
- 只能以字母或者下划线开头
- 不能是Python的关键字,例如def、class就不能作为标识符
- Python是大小写敏感的
在我们写代码的过程中最好遵循下列约定:
- 不允许使用中文
- 不允许使用歧义单词,例如class_
- 在Python中不要随便使用下划线开头的标识符
1.5 转义序列
python中内置了很多特殊的符号,比如换行、制表符什么的,部分含义如下:
\\
:单个\
表示转义,\\
就指代\
这个符号。表示把\后面的字符进行转义,不用特殊方式进行转换。\t
:制表符,一般用来进行输出格式调整,比如对齐等\r
:回车符\n
: 换行符
1.6 数字
在Python中数字主要分为三种类型:整型
,浮点数
,复数
。
整型
:在Python3中,不区分long和int,所有整型均为int类型,当然还包括了不同进制,比如2进制,8进制,16进制等,都为int类型。需要注意的是Python中的bool型
属于整型的子类,所以bool的两个值,用整型可以表示为,0:False,非0:True
。浮点数
:即带小数点的float型复数
:用于科学计算,比如1+2j等
1.7 字符串
在Python中,使用'
(单引号),"
(双引号)括起来表示引用字符的序列,使用'''
,"""
,则可以跨行,并且自由的使用单双引号。除此之外还可以在字符串前加一定的符号来确切的表示字符串。
- r: 字符串前加r或者R,表示该字符串不做任何处理,所见即所得
- f: 3.6版本开始新增的前缀,表示格式化字符串,例如变量引用
str1 = r'hello\nworld' # 由于使用了r前缀,所以并不会把\n解释为换行
str2 = f'nihao {str1}' # 类似于 'nihao{}'.format(str1)
print(str1) # hello\nworld
print(str2) # nihao hello\nworld
1.8 其他
在Python中还有一些地方和其他语言有很大区别,比如:
常量
:本身指代一旦赋值就不能被改变的标识符,但是Python中是没有这个概念的,换句话说就是,Python中,只要你看的到的东西,是都可以进行修改的。- 字面常量:一个单独的量,看字面意思就知其含义,比如12,就表示数字12
- 变量:赋值后,可以改变值的标识符。
注意:在Python中是不需要提前申明变量的类型的,所以变量的赋值即定义
total = 2500 # 定义了一个total变量,它的值是2500。 赋值即定义
2 Python 运算符
在Python中,运算符是比较重要的知识了,因为很多地方都需要知道多个数据的大小关系、逻辑关系,当然赋值也是需要用到运算符的,根据类型的不同,主要分为赋值运算符
、算数运算符
、关系运算符
、逻辑运算符
以及位运算符
。
2.1 赋值运算符
我们日常使用的=号
就属于赋值运算符的一种,在Python还有如下算数运算符:
=
:赋值,例如:x=3,y='abc'+=
:自加,例如:x+=2,则表示x=x+2-=
:自减,例如:x-=2,表示x=x-2*=
:自乘,例如:x=2,表示x=x2/=
:自除,例如:x/=2,表示x=x/2%=
:自取余,例如:x%=2,表示x=x%2。 x对2取余数,假如x=6,那么取余为0
当把数字赋值给一个变量的时候不用加引号,而赋值字符串给变量的时候就需要加引号了,否则python认为你赋值的是另一个变量。
2.2 算数运算符
数学计算中的+,-,* 等都属于算数运算符的一种,其他的运算符如下:
+
:加,用来计算数字,如果字符串、列表等相加,等于是把两个对象拼到一起-
:减,同数学减*
:乘,同数学乘/
:除,4/3,默认是整除,为了得到小数,可以把其中一个变量变成浮点型,4.0/3或4/3.0//
:表示只取整数,4.0/3 答案是1.33333,如果用4.0//,因为取整则,答案是1%
:表示取余数,10%2余0,10%3余1**
:表示乘方 2**3 表示2的3次方
2.3 关系运算符
关系运算符顾名思义就是判断关系的,比如大于,小于啊,等等,需要注意的是返回值为布尔值:即True或者False。更多的符号有:
>
:大于,例如1>2,值是False<
:小于,例如1<2,值是True>=
:大于等于,例如1>=2,值是False<=
: 小于等于,例如1<=2,值是True==
:是否等于,例如1==2,值是False!=
:不等于,例如 1!=2,值是True
2.4 逻辑运算符
逻辑运算符主要包含了三个:and
,or
,not
and
:逻辑与,只要有1个是false那么值就是False,1==2 and 1<2 ,值是False,1!=2 and 1<2,值是Frueor
:逻辑或,只要有一个是true那么值就是true,1=2 and 1<2 ,值是truenot
:逻辑非,取反 not 1<2,值是true
逻辑运算符又被称为短路运算符:
- and 如果第一个表达式为False,后面就没必要计算了,这个逻辑表达式一定为False
- or如果第一个表达式为True,后面就没必要计算了,这个逻辑表达式一定为True
2.5 位运算符
故名思议,位运算符主要是针对位进行的计算的,它比加减运算略快,通常也比乘除法运算要快很多。说到位就不得不提补码了,因为计算机存储负数时使用的都是补码。
2.5.1 原码、反码、补码、负数表示法
计算机当初因为成本、复杂等各种原因,在进行加减法计算的时候,会把减法变为加法进行计算,如何理解呢?例如5-1,在计算机中进行计算的时候实际上用的是5+(-1),而负数在内存中并不会直接写个-0b1,负数在计算机中使用的是补码进行存储和运算的,计算机中有关数字的都有什么玛?什么是补码?
- 原码:即人类可读的二进制位(0b101,0b1)
- 反码:正数的反码与原码相同;负数的反码符号位不变其余按位取反
- 补码:正数的补码与原码相同;负数的补码符号位不变其余按位取反后+1
需要注意的是:负数在计算机中使用补码进行存储,比如-1
在计算机存储的是1111 1111
,负数补码的补码就表示负数本身。正数的原码反码补码都是相同的,计算机存储内存中的数字都为二进制位,当我们想要查看具体代表的值时,计算机会转换为人类可读的原码进行显示,即:如果最高的符号位是0,那么认为它是正数,不进行去补,而最高的符号位如果是1,那么它会认为它是负数,会按照负数的取补的规则进行计算后展示。
例题:计算机,计算 5 - 1 的过程
# 计算机中计算的是
5 + -1
# 推导方法:
0000 0101 # 5的原码
1111 1110 # -1的补码
1111 1111 # -1的反码
10000 0100 # 溢出位舍去
0000 0100 # 5-1 的结果为 4
例题:计算~12
# ~12 表示取反
# 先将初始数转换为二进制,取反,的道德是补码,再对补码去补码才是取反的结果
0000 1100 # 12的原码
1111 0011 # 取反,得到补码
1000 1100 # 再次取反,得到反码
1000 1101 # +1 得到原码
转换为10进制就是-13了
2.5.2 位运算符
针对位的运算符主要有:& | ~ ^ << >>.
&
:按位与,即按位相乘(1101 & 0001 , 与出来是0001)|
:按位或,即按位相加,不进位(1101 | 0001,或出来是1101) 0乘任何数是0,1+任何数是1^
:按位异或~
:取反<<
:左移(位)>>
:右移(位),例如32 >> 3 等于32//8 , 结果是4
位运算符,日常使用的不多,但是如果你想做一个高级程序员,那么位运算是你必备的技能哦
2.6 成员、身份运算符
- in/not in 成员测试,测试一个元素是否在一个序列中
- is /is not 统一性的测试
2.7 运算符优先级
运算符 | 描述 |
---|---|
** | 指数 (最高优先级) |
~ + - | 按位翻转, 一元加号和减号 (最后两个的方法名为 +@ 和 -@) |
* / % // | |
+ - | 加法减法 |
>> << | 右移,左移运算符 |
& | 位 'AND' |
^ | | 位运算符 |
<= < > >= | 比较运算符 |
<> == != | 等于运算符 |
= %= /= //= -= += *= **= | 赋值运算符 |
is is not | 身份运算符 |
in not in | 成员运算符 |
not and or | 逻辑运算符 |
小结:
算数运算符
>位运算符
>身份运算符
>成员运算符
>逻辑运算符
- 记不住的话,记得用括号
- 长表达式,多用括号。
注意:在Python中,赋值即定义,如果一个变量已经定义,赋值相当于重新定义
3 Python 内存管理
计算机的内存大多是线性编址的(1001,1002,1003门牌号,挨着排列的),现在有一个变量var1需要1001~1007空间,var2需要1008~1012空间,如下图
过了一段时间以后,var1中的1002,和1005不用了,var2的1010也不用了,内存就变成了如下的情况:
这时又来了一个 var3 需要申请 3个空间,在当前情况下就没办法进行分配了
这种情况就是我们常说的内存空洞了,也叫内存碎片化,如果没办法进行碎片整理,那么这些分散的内存空间将没有办法被重新使用
3.1 Python的内存特性
- 变量无需事先声明,也不需要指定类型,这是动态语言的特性
- Python使用引用计数记录所有对象的引用数。
- 当对象的引用数变为0,它就可以被垃圾回收GC
- 当对变量进行赋值时,同时会增加该对象的引用计数
- 函数或代码块运行完毕,变量会消亡,那么引用计数会减少
3.2 Python的GC管理
Python在对内存进行管理时会像Java那样对内存进行分类,Java中将内存分为了老生代,新生代,持久化代,而Python中则分成了0,1,2三代,其中0代可以理解为临时存储,1代为短期存储,2代为长期存储,当应用申请内存时,会根据内存情况先分配0带给程序使用,然后定期检查各个区的使用情况,如果某个程序在0区待的够久,那么在 Python 启动GC的时候,就会把它从0区移动到1区,同理在1区时间够久的,移动到2区。当然在启动GC的时候还会检查引用计数为0的对象,然后清理掉。
需要注意的是,Python启动GC的同时,不能进行其它的任务。频繁的垃圾回收将大大降低Python的工作效率。如果内存中的对象不多,就没有必要总启动垃圾回收。所以,Python只会在特定条件下,自动启动垃圾回收。当Python运行时,会记录其中分配对象(object allocation)和取消分配对象(object deallocation)的次数。当两者的差值高于某个阈值时,垃圾回收才会启动。
所以:
- Python编程中一般无需关心变量的存亡,一般也不用关心内存的管理,由Python的GC统一进行垃圾回收
- 当有关Python性能问题的时候,就需要考虑变量引用的问题,尽量不要释放内存,交由Python GC来操作,除非你更懂它。
# 查看引用计数
# 由于1,2,15等这种常数,同时被Python语言解释器本身等引用,所以直接打印计数器它的引用计数并不会是1。
>>> import sys
>>> x = []
>>> print(sys.getrefcount(x)) # 函数在执行时会进行参数传递操作,会使引用计数+1
2
>>> print(sys.getrefcount([]))
1
>>>
4 程序控制
Python的程序控制主要分为顺序,分支,循环,这也和大多数语言是相同的。
顺序结构
:按照先后顺序一条一条执行,比如:先起床,再刷牙,再吃饭分支结构
:根据不同的情况判断,条件满足后执行相应的操作,比如你去买个西红柿,如果看见西瓜,就买两个(真正的程序员会买回来两个西红柿的,别问我为什么,哈哈)循环结构
:条件满足就反复执行,不满足就不执行或者不再执行(循环完毕)
4.1 分支结构
计算机之所以能做很多自动化的任务,因为它可以自己做条件判断。在Python中主要通过if以及else的搭配来完成条件判断的工作。条件判断主要有三种基本用法。
4.1.1 单分支
顾名思义即如果怎么样,就怎么样。(if)
if expression:
statement(s)
注意:python使用缩进作为其语句分组的方法,请使用4个空格
expression 表示条件表达式(比如:a>b)
statement 表示要执行的代码
表达式:是将不同的数据(包括变量、函数)用运算符号按一定规则连接起来的一种式子。
4.1.2 多分支
多分支有分为两种情况:
- 如果怎么样,就怎么样,否则,怎么样。(if、else)
- 如果1怎么样,就怎么样,如果2怎么样,就怎么样...,否则,怎么样(if、elif、else)
if expression:
statement(s)
else:
statement(s)
# else、elif,if都属于同级
if expression:
statement(s)
elif expression:
statement(s)
else:
statement(s)
注意:python使用缩进作为其语句分组的方法,请使用4个空格
expression 表示条件表达式,必须是一个bool类型,因为这里会隐式的使用bool(expression)进行转换
statement 表示要执行的代码
4.1.3 分支嵌套
分支嵌套,就是将多个两个或多个if判断进行层级嵌套,完成更精确的判断。
if expression:
statement(s) # 非必须,看情况
if expression:
statement(s)
else: # 非必须,看情况
statement(s) # 非必须,看情况
else:
statement(s)
4.1.4 小结
- 条件的写法非常多,可以写一个表达式或者多个表达式都可以,表达式的值为0,就表示false。
- if就是判断,主要就是对表达式的逻辑值进行判断
- 逻辑值(bool)包含了两个值:
True
:__表示非空的量(比如:string、tuple、list、set、dictionary),所有非零数。__False
:表示0,None,空的量(空字符串,空字典,空列表,空即可,空元祖)等。这些对象又可以成为False等价
4.2 循环
为了让计算机能反复执行某一操作,我们需要循环语句来完成。Python中的循环主要有两种:for循环和while循环。
4.2.1 for 循环
基本所有语言都有for关键字,它的曝光率远远超过其它关键字,但每个语言有它自己的格式,在Python中它的格式为
for element in iteratable:
statemen(s)
# element 在循环时表示元素的变量(自行指定)
# iteratable:这里表示一个可迭代对象,比如字符串,列表
# statemen(s) 表示要执行的代码段
在很多情况下,我们需要循环一定次数,我们一般使用range函数来构建可迭代对象。
# range 用法说明:
range(stop) -> range object
range(start, stop[, step]) -> range object
# stop:表示停止位,默认从0开始
# start:起始位置
# step:步长(间隔)
# range(1,10,2) --> 1,3,4,5,7,9
range是一个函数,接受1个或三个变量用于生成可迭代对象,可以理解它是一个生成器,如果不对range进行迭代,那么它就是一个生成器对象,不会直接计算数据,只有迭代,或者使用list函数才可以获取其生成的值,一般称这种方式为惰性求值。在Python2.x中是会直接生成列表的
4.2.2 for循环的else语句
else语句是for循环正常结束后要执行的语句,如果for循环被终止(比如满足某条件跳出循环,break等),那么就不会执行else后面的语句,它的格式为:
for iterating_var in sequence:
statemen(s)
else:
statemen(s)
例子:
for i in range(0,10,2):
if not i % 2 == 0:
print('发现奇数')
break
else: # 当循环执行完毕,没有发现奇数,就会执行else语句
print('没有奇数')
4.2.3 while循环
for 循环主要去对列表、字符串、文件的行数等有次数的循环上,while 一般在无限循环,或者在某些有条件的控制上,直到表达式变为假(或者有一个break),才退会出while循环,表达式是一个逻辑表达式,必须返回一个True或False。
# 语法格式
while expression:
statement(s)
#注意:避免写成死循环
练习:判断输入的时候是空字符,是的话,就退出循环
while True:
user_info = input('>>>: ')
if not user_info:
break
print('Good,None to Quit')
while循环和for循环一样都含有else语句,当while循环正常执行完毕,就会被触发执行。
flag = 1
while flag < 10:
if not flag % 2:
print('发现偶数')
break # 如果发现偶数会直接跳出循环,不会执行else语句
flag += 2
else: # 如果没有发现偶数,循环正常执行完毕,会执行else语句
print('没有发现偶数')
4.2.4 Python循环控制
Python中的循环控制主要有三种方式,即:continue
、break
、pass
。
continue
:继续,当满足条件后,跳过本次循环。break
:退出,当满足某一个条件后,终止循环。pass
:占位符,仅仅起到占位的左右,没有其他效果。
需要注意的是:
- continue和break是循环的控制语句,只影响当前循环,包括while、for循环
- 如果循环嵌套,continue和break也只影响语句所在的那一层循环
- continue和break不是跳出语句块,所以if exp: break 不是跳出if,而是终止if外的break的所在的循环
练习:给定一个不超过5位数的正整数,判断该数的位数,一次打印出万位,千位,百位,十位,个位的数字
num = 54321
weight = 10000
for i in range(5):
c = num // weight
print(c)
num = num % weight
weight //= 10
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