Python 教程 2 — 变量、表达式和语句

编程语言最强大的特性之一，是操作变量的能力。变量是指向某个值的名称。

1.赋值语句 #

赋值语句（assignment statement）会新建变量，并为这个变量赋值。

>>> message = 'And now for something completely different'
>>> n = 17
>>> pi = 3.141592653589793

这个例子进行了三次赋值。 第一次将一个字符串赋给一个叫message的新变量； 第二次将整型数17赋给n； 第三次将ππ的（近似）值赋给pi。

在纸上表示变量的一个常见方法，是写下变量名，并用箭头指向变量的值。 这种图被称为状态图（state diagram），因为它展示了每个变量所处的状态（可以把其看成是变量的心理状态）。 图2-1展示了前面例子的结果。

图2-1：状态图。

2.变量名 #

程序员通常为变量选择有意义的名字—它们可以记录该变量的用途。

变量名可以任意长。它们可以包括字母和数字，但是不能以数字开头。 使用大写字母是合法的，但是根据惯例，变量名只使用小写字母。

下划线_可以出现在变量名中。 它经常用于有多个单词的变量名，例如my_name或者airspeed_of_unladen_swallow。

如果你给了变量一个非法的名称，解释器将抛出一个语法错误：

>>> 76trombones = 'big parade'
SyntaxError: invalid syntax
>>> more@ = 1000000
SyntaxError: invalid syntax
>>> class = 'Advanced Theoretical Zymurgy'
SyntaxError: invalid syntax

76trombones是非法的，因为它以数字开头。more@是非法的，因为它包含了一个非法字符@。 但是，class错在哪儿了呢?

原来，class是Python的关键字（keywords）之一。 解释器使用关键字识别程序的结构，它们不能被用作变量名。

Python 3有以下关键词：

你没有必要背诵上面的关键词。大部分的开发环境会用不同的颜色区别显示关键词；如果你不小心使用关键词作为变量名，你肯定会发现的。

3.表达式和语句 #

表达式（expression）是值、变量和运算符的组合。 值自身也被认为是一个表达式，变量也是，因此下面都是合法的表达式：

>>> 42
42
>>> n
17
>>> n + 25
42

当你在提示符后输入表达式时，解释器会 ** 计算（evaluate）**该表达式，这就意味着解释器会求它的值。在上面的例子中，n的值是17，n + 25的值是42。

语句（statement）是一个会产生影响的代码单元，例如新建一个变量或显示某个值。

>>> n = 17
>>> print(n)

第一行是一个赋值语句，将某个值赋给了n。第二行是一个打印语句，在屏幕上显示n的值。

当你输入一个语句后，解释器会执行（execute）这个语句，即按照语句的指令完成操作。一般来说，语句是没有值的。

4.脚本模式 #

到目前为止，我们都是在交互模式（interactive mode）下运行Python，即直接与解释器进行交互。交互模式对学习入门很有帮助，但是如果你需要编写很多行代码，使用交互模式就不太方便了。

另一种方法是将代码保存到一个被称为脚本（script）的文件里，然后以脚本模式（script mode）运行解释器并执行脚本。按照惯例，Python脚本文件名的后缀是.py。

由于Python支持这两种模式，在将代码写入脚本之前，你可以在交互模式下对代码片段进行测试。不过，交互模式和脚本模式之间存在一些差异，可能会让你感到疑惑。

举个例子，如果你把Python当计算器使用，你可能会输入下面这样的代码：

>>> miles = 26.2
>>> miles * 1.61
42.182

第一行将一个值赋给miles，但是并没有产生可见的效果。 第二行是一个表达式，因此解释器计算它并将结果显示出来。 结果告诉我们，一段马拉松大概是42公里。

但是如果你将相同的代码键入一个脚本并且运行它，你得不到任何输出。 在脚本模式下，表达式自身不会产生可见的效果。虽然Python实际上计算了表达式，但是如果你不告诉它要显示结果，它是不会那么做的。

miles = 26.2
print(miles * 1.61)

这个行为开始可能有些令人费解。

一个脚本通常包括一系列语句。 如果有多于一条的语句，那么随着语句逐个执行，解释器会逐一显示计算结果。

例如，以下脚本

print(1)
x = 2
print(x)

产生的输出结果是

1
2

赋值语句不产生输出。

在Python解释器中键入以下的语句，看看他们的结果是否符合你的理解：

5
x = 5
x + 1

现在将同样的语句写入一个脚本中并执行它。输出结果是什么？ 修改脚本，将每个表达式变成打印语句，再次运行它。

5.运算顺序 #

当一个表达式中有多于一个运算符时，计算的顺序由运算顺序（order of operations）决定。 对于算数运算符，Python遵循数学里的惯例。 缩写PEMDAS有助于帮助大家记住这些规则：

括号（Parentheses）具有最高的优先级，并且可以强制表达式按你希望的顺序计算。 因为在括号中的表达式首先被计算，那么2 * (3-1)的结果是4，(1+1)**(5-2)的结果是8。 你也可以用括号提高表达式的可读性，如写成(minute * 100) / 60，即使这样并不改变运算的结果。

指数运算（Exponentiation）具有次高的优先级，因此1 + 2**3的结果是9而非27， 2 * 3**2的结果是18而非36。

乘法（Multiplication）和除法（Division）有相同的优先级， 比加法（Addition）和减法（Subtraction）高，加法和减法也具有相同的优先级。 因此2*3-1是5而非4，6+4/2是8而非5。

具有相同优先级的运算符按照从左到右的顺序进行计算（除了指数运算）。 因此表达式degrees / 2 * pi中，除法先运算，然后结果被乘以pi。 为了被2π2π除，你可以使用括号，或者写成degrees / 2 / pi。

简单地来讲就是：括号>指数运算>乘法=除法>加法=减法

我不会费力去记住这些运算符的优先级规则。如果看完表达式后分不出优先级，我会使用括号使计算顺序变得更明显。

6.字符串运算 #

一般来讲，你不能对字符串执行数学运算，即使字符串看起来很像数字， 因此下面这些表达式是非法的：

'2'-'1'    'eggs'/'easy'    'third'*'a charm'

但有两个例外，+ 和 *。

加号运算符 + 可用于 字符串拼接（string concatenation），也就是将字符串首尾相连起来。例如：

>>> first = 'throat'
>>> second = 'warbler'
>>> first + second
throatwarbler

乘法运算符* 也可应用于字符串；它执行重复运算。 例如，'Spam'*3的结果是'SpamSpamSpam'。 如果其中一个运算数是字符串，则另外一个必须是整型数。

+和*的这个用法，类比加法和乘法也讲得通。 就像4*3与4+4+4等价一样， 我们也会期望'Spam'*3和'Spam'+'Spam'+'Spam'等价，而事实上的确如此。 另一方面，字符串拼接和重复与整数的加法和乘法也有很大的不同。 你能想出来一个加法具有而字符串拼接不具有的特性么？

7.注释 #

随着程序变得越来越大，越来越复杂，它们的可读性也越来越差。 形式语言是稠密的，通常很难在读一段代码后，说出其做什么或者为什么这样做。

因此，在你的程序中用自然语言做笔记，解释程序做什么通常是比较好的办法。 这些标注被称为注释（comments），以#符号开始。

# 计算逝去的时间占一小时的比例
percentage = (minute * 100) / 60

此例中，注释独立一行。你也可以将注释放在行尾：

percentage = (minute * 100) / 60     # 逝去时间占一小时的比例

从#开始到行尾的所有内容都会被解释器忽略—其对程序执行没有影响。

在注释中记录代码不明显的特征，是最有帮助的。 假设读者能够读懂代码做了什么是合理的； 但是解释代码为什么这么做则更有用。

下面这个注释只是重复了代码，没有什么用：

v = 5     # 将5赋值给v

下面的注释包括了代码中没有的有用信息：

v = 5     # 加速度，单位：米/秒

好的变量名能够减少对注释的需求，但是长变量名使得表达式很难读， 因此这里有个平衡问题。

8.调试 #

程序中可能会出现下面三种错误：语法错误（syntax error）、运行时错误(runtime error)和语义错误(semantic error)。我们如果能够分辨出三者区别，有助于快速追踪这些错误。语法错误：

语法指的是程序的结构及其背后的规则。例如，括号必须要成对出现，所以(1 + 2)是合法的，但是8)则是一个 语法错误。

如果你的程序中存在一个语法错误，Python会显示一条错误信息，然后退出运行。你无法顺利运行程序。在你编程生涯的头几周里，你可能会花大量时间追踪语法错误。随着你的经验不断积累，犯的语法错误会越来越少，发现错误的速度也会更快。运行时错误：

第二种错误类型是运行时错误，这么称呼是因为这类错误只有在程序开始运行后才会出现。这类错误也被称为 异常（exception），因为它们的出现通常说明发生了某些特别的（而且不好的）事情。

在前几章提供的简单程序中，你很少会碰到运行时错误，所以你可能需要一段时间才会接触到这种错误。语义错误：

第三类错误是“语义”错误，即与程序的意思的有关。如果你的程序中有语义错误，程序在运行时不会产生错误信息，但是不会返回正确的结果。它会返回另外的结果。严格来说，它是按照你的指令在运行。

识别语义错误可能是棘手的，因为这需要你反过来思考，通过观察程序的输出来搞清楚它在做什么。

9.练习题 #

习题 2-1 #

和上一章一样，我还是要建议大家在学习新特性之后，在交互模式下充分试验，故意犯一些错误，看看到底会出什么问题。

• 我们已经知道 n = 42 是合法的。那么 42 = n 呢？
• x = y = 1 又合法吗？
• 在某些编程语言中，每个语句都是以分号 ； 结束的。如果你在一个Python语句后也以分号结尾，会发生什么？
• 如果在语句最后带上句号呢？
• 在数学记法中，你可以将 xx 和 yy 像这样相乘：xyxy。如果你在Python中也这么写的话，会发生什么？

习题 2-2 #

继续练习将Python解释器当做计算器使用：

1. 半径为rr的球体积是43πr343πr3。 半径为5的球体积是多少？
2. 假设一本书的零售价是$24.95，但书店有40%的折扣。运费则是第一本$3，以后每本75美分。 购买60本的总价是多少？
3. 如果我上午6:52离开家， 以放松跑（easy pace）的速度跑1英里（每英里8:15，即每英里耗时8分15秒），再以 节奏跑（tempo）的速度跑3英里（每英里7:12，即每英里耗时7分12秒)，之后又以放松跑的速度跑1英里，我什么时候回到家吃早饭？

贡献者 #

1. 翻译：@bingjin
2. 校对：@bingjin
3. 参考：@carfly

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