1.1、Python基础

基于Python3.10
本教程只是简单介绍了 Python 语言概念和功能。读者在阅读本教程时最好使用 Python 解释器以便随时动手练习。本教程中的所有示例都是相互独立的并可离线阅读。
标准库与模块的内容详见 Python 标准库。Python 语言参考手册 是更正规的语言定义。如要编写 C 或 C++ 扩展请参考 扩展和嵌入 Python 解释器 和 Python/C API 参考手册。此外，深入讲解 Python 的书籍也有很多。
本教程对每一个功能的介绍并不完整，甚至没有涉及全部常用功能，只是介绍了 Python 中最值得学习的功能，旨在让读者快速感受一下 Python 的特色。学完本教程的读者可以阅读和编写 Python 模块和程序，也可以继续学习 Python 标准库。
强烈推荐阅读 术语对照表。

一、Python 解释器

1.1. 调用解释器

Python 解释器在可用的机器上通常安装于 /usr/local/bin/python3.10 路径下；将 /usr/local/bin 加入你的 Unix 终端的搜索路径就可以通过键入以下命令来启动它:
python3.10
这样，就可以在 shell 中运行 Python 了 1 。因为可以选择安装目录，解释器也有可能安装在别的位置；如果还不明白，就去问问身边的 Python 大神或系统管理员。（例如，常见备选路径还有 /usr/local/python。）
在 Windows 机器上当你从 Microsoft Store 安装 Python 之后，python3.10 命令将可使用。 如果你安装了 py.exe 启动器，你将可以使用 py 命令。 请参阅 附录：设置环境变量 了解其他启动 Python 的方式。
在主提示符中，输入文件结束符（Unix 里是 Control-D，Windows 里是 Control-Z），就会退出解释器，退出状态码为 0。如果不能退出，还可以输入这个命令：quit()。
在支持 GNU Readline 库的系统中，解释器的行编辑功能包括交互式编辑、历史替换、代码补全等。检测是否支持命令行编辑最快速的方式是，在首次出现 Python 提示符时，输入 Control-P。听到“哔”提示音，说明支持行编辑；请参阅附录 交互式编辑和编辑历史，了解功能键。如果没有反应，或回显了 ^P，则说明不支持行编辑；只能用退格键删除当前行的字符。

解释器的操作方式类似 Unix Shell：用与 tty 设备关联的标准输入调用时，可以交互式地读取和执行命令；以文件名参数，或标准输入文件调用时，则读取并执行文件中的 脚本。
启动解释器的另一种方式是 python -c command [arg] ...，这与 shell 的 -c 选项类似，其中，command 需换成要执行的语句。由于 Python 语句经常包含空格等被 shell 特殊对待的字符，一般情况下，建议用单引号标注整个 command。
Python 模块也可以当作脚本使用。输入：python -m module [arg] ...，会执行 module 的源文件，这跟在命令行把路径写全了一样。
在交互模式下运行脚本文件，只要在脚本名称参数前，加上选项 -i 就可以了。
命令行的所有选项详见 命令行与环境。

1.2. 传入参数

解释器读取命令行参数，把脚本名与其他参数转化为字符串列表存到 sys 模块的 argv 变量里。执行 import sys，可以导入这个模块，并访问该列表。该列表最少有一个元素；未给定输入参数时，sys.argv[0] 是空字符串。给定脚本名是 '-' （标准输入）时，sys.argv[0] 是 '-'。使用 -c command 时，sys.argv[0] 是 '-c'。如果使用选项 -m module，sys.argv[0] 就是包含目录的模块全名。解释器不处理 -c command 或 -m module 之后的选项，而是直接留在 sys.argv 中由命令或模块来处理。

1.3. 交互模式

在终端（tty）输入并执行指令时，解释器在 交互模式（interactive mode） 中运行。在这种模式中，会显示 主提示符，提示输入下一条指令，主提示符通常用三个大于号（>>>）表示；输入连续行时，显示 次要提示符，默认是三个点（...）。进入解释器时，首先显示欢迎信息、版本信息、版权声明，然后才是提示符：

$ python3.10
Python 3.10 (default, June 4 2019, 09:25:04)
[GCC 4.8.2] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>

交互模式的内容详见 交互模式。

2. 解释器的运行环境

2.1. 源文件的字符编码

默认情况下，Python 源码文件的编码是 UTF-8。这种编码支持世界上大多数语言的字符，可以用于字符串字面值、变量、函数名及注释 —— 尽管标准库只用常规的 ASCII 字符作为变量名或函数名，可移植代码都应遵守此约定。要正确显示这些字符，编辑器必须能识别 UTF-8 编码，而且必须使用支持文件中所有字符的字体。
如果不使用默认编码，则要声明文件的编码，文件的 第一 行要写成特殊注释。句法如下：

# -*- coding: encoding -*-

其中，encoding 可以是 Python 支持的任意一种 codecs。
比如，声明使用 UTF-8 编码，源码文件要写成：

# -*- coding: UTF-8 -*-

第一行 的规则也有一种例外情况，源码以 UNIX "shebang" 行 开头。此时，编码声明要写在文件的第二行。例如：

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding:  UTF-8 -*-

二. Python 速览

1. Python 用作计算器

1.1数字

解释器像一个简单的计算器：输入表达式，就会给出答案。表达式的语法很直接：运算符 +、-、*、/ 的用法和其他大部分语言一样（比如，Pascal 或 C）；括号 (()) 用来分组。例如：

>>> 2 + 2
4
>>> 50 - 5*6
20
>>> (50 - 5*6) / 4
5.0
>>> 8 / 5  # 除法总是返回浮点数
1.6

整数（如，2、4、20 ）的类型是 int，带小数（如，5.0、1.6 ）的类型是 float。

除法运算（/）返回浮点数。用 // 运算符执行的结果是整数（忽略小数）；计算余数用 %：

>>> 17 / 3  # 除法返回浮点数
5.666666666666667
>>> 17 // 3  # 返回整数
5
>>> 17 % 3  # 取余
2
>>> 5 * 3 + 2  # 科学计算
17

Python 用 ** 运算符计算乘方

>>> 5 ** 2  # 5 的平方
25
>>> 2 ** 7  # 2的7次方
128

等号（=）用于给变量赋值。赋值后，下一个交互提示符的位置不显示任何结果：

>>> width = 20
>>> height = 5 * 9
>>> width * height
900

如果变量未定义（即，未赋值），使用该变量会提示错误：

>>> n  # try to access an undefined variable
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'n' is not defined

Python 全面支持浮点数；混合类型运算数的运算会把整数转换为浮点数：

>>> 4 * 3.75 - 1
14.0

1.2字符串

除了数字，Python 还可以操作字符串。字符串有多种表现形式，用单引号（'……'）或双引号（"……"）标注的结果相同

1. 反斜杠 \ 用于转义：

>>> 'spam eggs'  # 单引号
'spam eggs'
>>> 'doesn\'t'  # 使用\‘转义单引号...
"doesn't"
>>> "doesn't"  # ...或者改用双引号
"doesn't"
>>> '"Yes," they said.'
'"Yes," they said.'

如果不希望前置 \ 的字符转义成特殊字符，可以使用 原始字符串，在引号前添加 r 即可：

>>> print('C:\some\name')  # here \n means newline!
C:\some
ame
>>> print(r'C:\some\name')  # note the r before the quote
C:\some\name

字符串字面值可以包含多行。 一种实现方式是使用三重引号："""...""" 或 '''...'''。 字符串中将自动包括行结束符，但也可以在换行的地方添加一个 \ 来避免此情况。 参见以下示例：

print("""\
Usage: thingy [OPTIONS]
     -h                        Display this usage message
     -H hostname               Hostname to connect to
""")

输出如下（请注意开始的换行符没有被包括在内）：

Usage: thingy [OPTIONS]
     -h                        Display this usage message
     -H hostname               Hostname to connect to

字符串可以用 + 合并（粘到一起），也可以用 * 重复：

>>> # 3 times 'un', followed by 'ium'
>>> 3 * 'un' + 'ium'
'unununium'

相邻的两个或多个 字符串字面值 （引号标注的字符）会自动合并：

>>> 'Py' 'thon'
'Python'

拆分长字符串时，这个功能特别实用：

>>> text = ('Put several strings within parentheses '
...         'to have them joined together.')
>>> text
'Put several strings within parentheses to have them joined together.'

这项功能只能用于两个字面值，不能用于变量或表达式：

>>> prefix = 'Py'
>>> prefix 'thon'  # can't concatenate a variable and a string literal
  File "<stdin>", line 1
    prefix 'thon'
                ^
SyntaxError: invalid syntax
>>> ('un' * 3) 'ium'
  File "<stdin>", line 1
    ('un' * 3) 'ium'
                   ^
SyntaxError: invalid syntax

合并多个变量，或合并变量与字面值，要用 +：

>>> prefix + 'thon'
'Python'

字符串支持 索引 （下标访问），第一个字符的索引是 0。单字符没有专用的类型，就是长度为一的字符串：

>>> word = 'Python'
>>> word[0]  # 位置0中的字符
'P'
>>> word[5]  # 位置5中的字符
'n'

索引还支持负数，用负数索引时，从右边开始计数：

>>> word = 'Python'
>>> word[-1]  # 最后一个字符
'n'
>>> word[-2]  # 倒数第二个字符
'o'
>>> word[-6]
'P'

注意，-0 和 0 一样，因此，负数索引从 -1 开始。

除了索引，字符串还支持 切片。索引可以提取单个字符，切片 则提取子字符串：

>>> word[0:2]  # 从位置0（包括）到2（不包括）的字符
'Py'
>>> word[2:5]  # 从位置2（随附）到5（不包括）的字符
'tho'

切片索引的默认值很有用；省略开始索引时，默认值为 0，省略结束索引时，默认为到字符串的结尾：

>>> word = 'Python'
>>> word[:2]   # 从开头到位置2的字符（不包括）
'Py'
>>> word[4:]   # 从位置4（包括）到结尾的字符
'on'
>>> word[-2:]  # 从倒数-2位置（包括）到结尾的字符
'on'

注意，输出结果包含切片开始，但不包含切片结束。因此，s[:i] + s[i:] 总是等于 s：

>>> word = 'Python'
>>> word[:2] + word[2:]
'Python'
>>> word[:4] + word[4:]
'Python'

还可以这样理解切片，索引指向的是字符 之间 ，第一个字符的左侧标为 0，最后一个字符的右侧标为 n ，n 是字符串长度。例如：

 +---+---+---+---+---+---+
 | P | y | t | h | o | n |
 +---+---+---+---+---+---+
   0   1   2   3   4   5   
  -6  -5  -4  -3  -2  -1

第一行数字是字符串中索引 0...5的位置，第二行数字是对应的负数索引位置。i 到 j 的切片由 i 和 j 之间所有对应的字符组成。

对于使用非负索引的切片，如果两个索引都不越界，切片长度就是起止索引之差。例如， word[1:3] 的长度是 2。

索引越界会报错：

>>> word[42]  # the word only has 6 characters
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: string index out of range

但是，切片会自动处理越界索引：

>>> word[4:42]
'on'
>>> word[42:]
''

Python 字符串不能修改，是 immutable 的。因此，为字符串中某个索引位置赋值会报错：

>>> word[0] = 'J'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'str' object does not support item assignment
>>> word[2:] = 'py'
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'str' object does not support item assignment

immutable -- 不可变
具有固定值的对象。不可变对象包括数字、字符串和元组。这样的对象不能被改变。如果必须存储一个不同的值，则必须创建新的对象。它们在需要常量哈希值的地方起着重要作用，例如作为字典中的键。

要生成不同的字符串，应新建一个字符串：

>>> 'J' + word[1:]
'Jython'
>>> word[:2] + 'py'
'Pypy'

内置函数 len() 返回字符串的长度：

>>> s = 'supercalifragilisticexpialidocious'
>>> len(s)
34