数据类型和变量
最后更新于：2022-04-01 01:12:39
## 数据类型
计算机顾名思义就是可以做数学计算的机器，因此，计算机程序理所当然地可以处理各种数值。但是，计算机能处理的远不止数值，还可以处理文本、图形、音频、视频、网页等各种各样的数据，不同的数据，需要定义不同的数据类型。在Python中，能够直接处理的数据类型有以下几种：
### 整数
Python可以处理任意大小的整数，当然包括负整数，在程序中的表示方法和数学上的写法一模一样，例如：`1`，`100`，`-8080`，`0`，等等。
计算机由于使用二进制，所以，有时候用十六进制表示整数比较方便，十六进制用`0x`前缀和0-9，a-f表示，例如：`0xff00`，`0xa5b4c3d2`，等等。
### 浮点数
浮点数也就是小数，之所以称为浮点数，是因为按照科学记数法表示时，一个浮点数的小数点位置是可变的，比如，1.23x109和12.3x108是完全相等的。浮点数可以用数学写法，如`1.23`，`3.14`，`-9.01`，等等。但是对于很大或很小的浮点数，就必须用科学计数法表示，把10用e替代，1.23x109就是`1.23e9`，或者`12.3e8`，0.000012可以写成`1.2e-5`，等等。
整数和浮点数在计算机内部存储的方式是不同的，整数运算永远是精确的（除法难道也是精确的？是的！），而浮点数运算则可能会有四舍五入的误差。
### 字符串
字符串是以单引号`'`或双引号`"`括起来的任意文本，比如`'abc'`，`"xyz"`等等。请注意，`''`或`""`本身只是一种表示方式，不是字符串的一部分，因此，字符串`'abc'`只有`a`，`b`，`c`这3个字符。如果`'`本身也是一个字符，那就可以用`""`括起来，比如`"I'm OK"`包含的字符是`I`，`'`，`m`，空格，`O`，`K`这6个字符。
如果字符串内部既包含`'`又包含`"`怎么办？可以用转义字符`\`来标识，比如：
~~~
'I\'m \"OK\"!'
~~~
表示的字符串内容是：
~~~
I'm "OK"!
~~~
转义字符`\`可以转义很多字符，比如`\n`表示换行，`\t`表示制表符，字符`\`本身也要转义，所以`\\`表示的字符就是`\`，可以在Python的交互式命令行用`print()`打印字符串看看：
~~~
>>> print('I\'m ok.')
I'm ok.
>>> print('I\'m learning\nPython.')
I'm learning
Python.
>>> print('\\\n\\')
\
\
~~~
如果字符串里面有很多字符都需要转义，就需要加很多`\`，为了简化，Python还允许用`r''`表示`''`内部的字符串默认不转义，可以自己试试：
~~~
>>> print('\\\t\\')
\ \
>>> print(r'\\\t\\')
\\\t\\
~~~
如果字符串内部有很多换行，用`\n`写在一行里不好阅读，为了简化，Python允许用`'''...'''`的格式表示多行内容，可以自己试试：
~~~
>>> print('''line1
... line2
... line3''')
line1
line2
line3
~~~
上面是在交互式命令行内输入，注意在输入多行内容时，提示符由`>>>`变为`...`，提示你可以接着上一行输入。如果写成程序，就是：
~~~
print('''line1
line2
line3''')
~~~
多行字符串`'''...'''`还可以在前面加上`r`使用，请自行测试。
### 布尔值
布尔值和布尔代数的表示完全一致，一个布尔值只有`True`、`False`两种值，要么是`True`，要么是`False`，在Python中，可以直接用`True`、`False`表示布尔值（请注意大小写），也可以通过布尔运算计算出来：
~~~
>>> True
True
>>> False
False
>>> 3 > 2
True
>>> 3 > 5
False
~~~
布尔值可以用`and`、`or`和`not`运算。
`and`运算是与运算，只有所有都为`True`，`and`运算结果才是`True`：
~~~
>>> True and True
True
>>> True and False
False
>>> False and False
False
>>> 5 > 3 and 3 > 1
True
~~~
`or`运算是或运算，只要其中有一个为`True`，`or`运算结果就是`True`：
~~~
>>> True or True
True
>>> True or False
True
>>> False or False
False
>>> 5 > 3 or 1 > 3
True
~~~
`not`运算是非运算，它是一个单目运算符，把`True`变成`False`，`False`变成`True`：
~~~
>>> not True
False
>>> not False
True
>>> not 1 > 2
True
~~~
布尔值经常用在条件判断中，比如：
~~~
if age >= 18:
print('adult')
else:
print('teenager')
~~~
### 空值
空值是Python里一个特殊的值，用`None`表示。`None`不能理解为`0`，因为`0`是有意义的，而`None`是一个特殊的空值。
此外，Python还提供了列表、字典等多种数据类型，还允许创建自定义数据类型，我们后面会继续讲到。
## 变量
变量的概念基本上和初中代数的方程变量是一致的，只是在计算机程序中，变量不仅可以是数字，还可以是任意数据类型。
变量在程序中就是用一个变量名表示了，变量名必须是大小写英文、数字和`_`的组合，且不能用数字开头，比如：
~~~
a = 1
~~~
变量`a`是一个整数。
~~~
t_007 = 'T007'
~~~
变量`t_007`是一个字符串。
~~~
Answer = True
~~~
变量`Answer`是一个布尔值`True`。
在Python中，等号`=`是赋值语句，可以把任意数据类型赋值给变量，同一个变量可以反复赋值，而且可以是不同类型的变量，例如：
~~~
a = 123 # a是整数
print(a)
a = 'ABC' # a变为字符串
print(a)
~~~
这种变量本身类型不固定的语言称之为动态语言，与之对应的是静态语言。静态语言在定义变量时必须指定变量类型，如果赋值的时候类型不匹配，就会报错。例如Java是静态语言，赋值语句如下（// 表示注释）：
~~~
int a = 123; // a是整数类型变量
a = "ABC"; // 错误：不能把字符串赋给整型变量
~~~
和静态语言相比，动态语言更灵活，就是这个原因。
请不要把赋值语句的等号等同于数学的等号。比如下面的代码：
~~~
x = 10
x = x + 2
~~~
如果从数学上理解`x = x + 2`那无论如何是不成立的，在程序中，赋值语句先计算右侧的表达式`x + 2`，得到结果`12`，再赋给变量`x`。由于`x`之前的值是`10`，重新赋值后，`x`的值变成`12`。
最后，理解变量在计算机内存中的表示也非常重要。当我们写：
~~~
a = 'ABC'
~~~
时，Python解释器干了两件事情：
1. 在内存中创建了一个`'ABC'`的字符串；
2. 在内存中创建了一个名为`a`的变量，并把它指向`'ABC'`。
也可以把一个变量`a`赋值给另一个变量`b`，这个操作实际上是把变量`b`指向变量`a`所指向的数据，例如下面的代码：
~~~
a = 'ABC'
b = a
a = 'XYZ'
print(b)
~~~
最后一行打印出变量`b`的内容到底是`'ABC'`呢还是`'XYZ'`？如果从数学意义上理解，就会错误地得出`b`和`a`相同，也应该是`'XYZ'`，但实际上`b`的值是`'ABC'`，让我们一行一行地执行代码，就可以看到到底发生了什么事：
执行`a = 'ABC'`，解释器创建了字符串`'ABC'`和变量`a`，并把`a`指向`'ABC'`：
执行`b = a`，解释器创建了变量`b`，并把`b`指向`a`指向的字符串`'ABC'`：
执行`a = 'XYZ'`，解释器创建了字符串'XYZ'，并把`a`的指向改为`'XYZ'`，但`b`并没有更改：
所以，最后打印变量`b`的结果自然是`'ABC'`了。
## 常量
所谓常量就是不能变的变量，比如常用的数学常数π就是一个常量。在Python中，通常用全部大写的变量名表示常量：
~~~
PI = 3.14159265359
~~~
但事实上`PI`仍然是一个变量，Python根本没有任何机制保证`PI`不会被改变，所以，用全部大写的变量名表示常量只是一个习惯上的用法，如果你一定要改变变量`PI`的值，也没人能拦住你。
最后解释一下整数的除法为什么也是精确的。在Python中，有两种除法，一种除法是`/`：
~~~
>>> 10 / 3
3.3333333333333335
~~~
`/`除法计算结果是浮点数，即使是两个整数恰好整除，结果也是浮点数：
~~~
>>> 9 / 3
3.0
~~~
还有一种除法是`//`，称为地板除，两个整数的除法仍然是整数：
~~~
>>> 10 // 3
3
~~~
你没有看错，整数的地板除`//`永远是整数，即使除不尽。要做精确的除法，使用`/`就可以。
因为`//`除法只取结果的整数部分，所以Python还提供一个余数运算，可以得到两个整数相除的余数：
~~~
>>> 10 % 3
1
~~~
无论整数做`//`除法还是取余数，结果永远是整数，所以，整数运算结果永远是精确的。
## 练习
请打印出以下变量的值：
~~~
n = 123
f = 456.789
s1 = 'Hello, world'
s2 = 'Hello, \'Adam\''
s3 = r'Hello, "Bart"'
s4 = r'''Hello,
Lisa!'''
~~~
## 小结
Python支持多种数据类型，在计算机内部，可以把任何数据都看成一个“对象”，而变量就是在程序中用来指向这些数据对象的，对变量赋值就是把数据和变量给关联起来。
注意：Python的整数没有大小限制，而某些语言的整数根据其存储长度是有大小限制的，例如Java对32位整数的范围限制在`-2147483648`-`2147483647`。
Python的浮点数也没有大小限制，但是超出一定范围就直接表示为`inf`（无限大）。