Python 语法基础

一、数据类型

1. 数值类型

• int: 整数类型，表示没有小数部分的数字。

  x = 10
  y = -42

• float: 浮点数类型，表示有小数部分的数字。

  pi = 3.14159
  temp = -12.5

• complex: 复数类型，表示形如 a + bj 的复数，其中 a 是实部，b 是虚部，j 为虚数单位。

  z = 3 + 4j

2. 序列类型

• list: 列表，按顺序存储的可变集合，可以包含不同类型的元素。

  fruits = ["apple", "banana", "cherry"]

• tuple: 元组，按顺序存储的不可变集合，元素不能被修改。

  coordinates = (1, 2, 3)

• range: 范围，表示一个不可变的序列，通常用于循环中。

  r = range(5)

3. 文本类型

• str: 字符串，表示文本数据，可以是单引号 ' 或双引号 " 包围的字符序列。

  greeting = "Hello, World!"

4. 映射类型

• dict: 字典，是一种键值对存储的数据结构。键必须是不可变类型（如数字、字符串、元组等）。

  person = {"name": "Alice", "age": 30, "city": "New York"}

5. 集合类型

• set: 集合，是一个无序的、不重复的元素集合，常用于去重和集合运算。

  unique_numbers = {1, 2, 3, 4, 5}

• frozenset: 冻结集合，与 set 类似，但它是不可变的。

  frozen = frozenset([1, 2, 3])

6. 布尔类型

• bool: 布尔类型，只有两个值：True 或 False，通常用于逻辑运算。

  is_active = True
  is_valid = False

7. 二进制类型

• bytes: 字节类型，表示不可变的字节序列，通常用于二进制数据。

  b = b"hello"

• bytearray: 可变字节序列，与 bytes 类似，但可以修改内容。

  ba = bytearray([65, 66, 67])

• memoryview: 内存视图，允许你在不复制数据的情况下操作内存数据。

  mv = memoryview(b"hello")

8. 特殊类型

• NoneType: None 是 Python 中的特殊常量，表示没有值或者空值，通常用于函数没有返回值的情况。

  x = None

二、声明变量&常量

• 变量声明：在 Python 中，变量通过赋值操作来声明，无需显式声明类型。

  x = 10        # 整数
  y = 3.14      # 浮点数
  name = "Alice" # 字符串
  is_active = True # 布尔值

• 常量声明：Python 没有专门的常量关键字，通常通过 全大写字母 命名来表示常量，虽然这只是约定，不会强制限制常量值的修改。

  PI = 3.14159     # 常量，表示圆周率
  MAX_USERS = 100  # 常量，表示最大用户数

三、流程控制

在 Python 中，流程控制是指控制代码执行顺序的语句，它使得程序能够根据不同的条件、循环和选择做出不同的决策。Python 提供了几种主要的流程控制结构：条件语句、循环语句 和 跳转语句。

1. 条件语句

条件语句允许你根据不同的条件执行不同的代码块。Python 使用 if、elif 和 else 来进行条件判断。

语法：

if condition:
    # 如果 condition 为 True，执行这里的代码
elif another_condition:
    # 如果另一条件为 True，执行这里的代码
else:
    # 如果以上条件都不满足，执行这里的代码

示例：

age = 18

if age < 18:
    print("未成年")
elif age == 18:
    print("刚成年")
else:
    print("成年人")

2. 循环语句

循环语句用于重复执行某段代码。Python 支持两种主要的循环语句：for 循环和 while 循环。

for 循环

for 循环用于遍历序列（如列表、元组、字符串）或可迭代对象。

语法：

for variable in iterable:
    # 循环体

示例：

for i in range(5):  # range(5) 会生成 0, 1, 2, 3, 4
    print(i)

fruits = ["apple", "banana", "cherry"]
for fruit in fruits:
    print(fruit)

while 循环

while 循环会根据条件表达式的值来决定是否继续执行，直到条件为 False 为止。

语法：

while condition:
    # 循环体

示例：

count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1

3. 循环控制语句

在循环中，有时你可能需要提前终止循环或跳过某些特定的迭代，Python 提供了 break、continue 和 pass 语句来实现这些控制。

• break: 跳出当前循环，终止循环的执行。
• continue: 跳过当前循环的剩余部分，进入下一次迭代。
• pass: 空语句，什么都不做，常用于占位符。

示例：

# break 示例
for i in range(5):
    if i == 3:
        break  # 退出循环
    print(i)

# continue 示例
for i in range(5):
    if i == 3:
        continue  # 跳过 3，继续下次迭代
    print(i)

# pass 示例
if 3 > 2:
    pass  # 这里暂时什么都不做

4. 嵌套控制结构

你可以将条件语句和循环语句嵌套在一起，创建更复杂的流程控制结构。

示例：

# 嵌套 if 语句
age = 25
if age > 18:
    if age < 30:
        print("成年人且年龄在 18 到 30 之间")
    else:
        print("成年人但超过 30 岁")
else:
    print("未成年")

# 嵌套循环
for i in range(3):
    for j in range(2):
        print(f"i = {i}, j = {j}")

5. 条件表达式

Python 提供了一种简洁的条件表达式（类似三元运算符），用于在一行内根据条件选择两个值中的一个。

语法：

x if condition else y

示例：

age = 18
status = "成年人" if age >= 18 else "未成年"
print(status)

6. 异常处理

除了常规的条件和循环控制之外，Python 还提供了异常处理机制来捕捉和处理运行时错误。通过 try, except, else, 和 finally 可以处理异常。

语法：

try:
    # 可能引发异常的代码
except ExceptionType as e:
    # 异常处理代码
else:
    # 如果没有异常发生，执行此块代码
finally:
    # 无论是否发生异常，最终都会执行这块代码

示例：

try:
    x = 10 / 0  # 会引发除零异常
except ZeroDivisionError:
    print("不能除以零")
else:
    print("没有错误发生")
finally:
    print("此代码总会执行")

四、函数

在 Python 中，函数是组织代码的一个重要方式，用于将一段重复的代码封装在一起，以便可以在多个地方重用。函数可以接收参数，执行某些操作，并返回结果。

1. 定义函数

在 Python 中，使用 def 关键字来定义一个函数。函数名后面紧跟着一对小括号 ()，里面可以放入参数（也叫形参）。然后，函数体中的代码需要缩进。

语法：

def function_name(parameters):
    # 函数体
    return value  # 可选的返回值

示例：

def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

greet("Alice")  # 调用函数，传递参数
greet("Bob")    # 调用函数，传递参数

2. 函数的返回值

函数可以通过 return 语句返回一个值。如果没有 return，函数默认返回 None。

示例：

def add(a, b):
    return a + b

result = add(3, 5)
print(result)  # 输出: 8

3. 参数

函数的参数是函数的输入数据，可以在函数调用时传递。Python 支持多种类型的参数：

3.1 位置参数

位置参数是最常见的参数类型，传入参数的顺序很重要。

示例：

def subtract(a, b):
    return a - b

print(subtract(10, 3))  # 输出: 7

3.2 默认参数

你可以为函数的参数指定默认值。如果在调用函数时没有传递相应的参数，那么就使用默认值。

示例：

def greet(name, greeting="Hello"):
    print(f"{greeting}, {name}!")

greet("Alice")           # 输出: Hello, Alice!
greet("Bob", "Hi")       # 输出: Hi, Bob!

3.3 可变数量的参数

如果你不确定函数需要接收多少个参数，可以使用 *args 和 **kwargs 来处理可变数量的位置参数和关键字参数。

• *args 用来接收传入的所有额外的位置参数，返回一个元组。
• **kwargs 用来接收传入的所有额外的关键字参数，返回一个字典。

示例：

def sum_numbers(*args):
    return sum(args)

print(sum_numbers(1, 2, 3))         # 输出: 6
print(sum_numbers(1, 2, 3, 4, 5))   # 输出: 15

def greet_person(**kwargs):
    print(f"Hello {kwargs['name']}! Your age is {kwargs['age']}.")

greet_person(name="Alice", age=30)

3.4 关键字参数

关键字参数通过名字而不是位置传递给函数。

示例：

def person_info(name, age):
    print(f"Name: {name}, Age: {age}")

person_info(name="Alice", age=25)  # 通过关键字参数传递

4. 匿名函数（lambda 函数）

Python 也支持使用 lambda 关键字定义匿名函数。lambda 函数通常用于需要一个简单函数的地方，如排序、过滤、映射等。

语法：

lambda arguments: expression

示例：

# 定义一个简单的匿名函数，计算两数之和
add = lambda x, y: x + y
print(add(3, 5))  # 输出: 8

# 使用 lambda 函数进行排序
points = [(2, 3), (1, 1), (4, 5)]
points.sort(key=lambda x: x[1])  # 按照元组的第二个元素排序
print(points)  # 输出: [(1, 1), (2, 3), (4, 5)]

5. 函数作用域

在 Python 中，函数内部和外部的变量作用域是有区别的。函数内部定义的变量称为局部变量，而函数外部的变量称为全局变量。局部变量只能在函数内部访问，而全局变量可以在函数外部和内部访问（如果没有局部变量覆盖它）。

示例：

x = 10  # 全局变量

def foo():
    x = 5  # 局部变量
    print(x)

foo()   # 输出: 5
print(x)  # 输出: 10

修改全局变量：

如果你想在函数内部修改全局变量，可以使用 global 关键字。

x = 10

def modify_global():
    global x
    x = 20

modify_global()
print(x)  # 输出: 20

6. 函数文档字符串

每个函数可以有一个文档字符串（docstring），它是函数的说明文档，通常用于描述函数的功能、参数和返回值。文档字符串位于函数定义的下方，用三引号 """ 或 ''' 包裹。

示例：

def greet(name):
    """
    该函数接受一个名字作为参数，并打印问候语。
    参数:
        name: 字符串，表示被问候的人的名字
    """
    print(f"Hello, {name}!")

# 可以通过 help() 查看文档字符串
help(greet)

7. 递归函数

递归是指函数在其定义中调用自身。递归通常用于解决一些可以分解成类似子问题的问题，如计算阶乘、斐波那契数列等。

示例：计算阶乘

def factorial(n):
    if n == 0:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n - 1)

print(factorial(5))  # 输出: 120