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Python 编程

解释器

Linux/Unix 的系统上，Python 解释器通常被安装在 /usr/local/bin/python3.4 这样的有效路径（目录）里。

我们可以将路径 /usr/local/bin 添加到您的 Linux/Unix 操作系统的环境变量中，这样您就可以通过 shell 终端输入下面的命令来启动 Python 。

在 Linux/Unix 系统中，你可以在脚本顶部添加以下命令让 Python 脚本可以像 SHELL 脚本一样可直接执行：

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#! /usr/bin/env python3.4

注释

Python 中的注释有三种形式：

  • 以 # 开头
  • 以 ''' 开始，以 ''' 结尾
  • 以 """ 开始，以 """ 结尾
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# 单行注释

'''
这是多行注释，用三个单引号
这是多行注释，用三个单引号
这是多行注释，用三个单引号
'''

"""
这是多行注释，用三个双引号
这是多行注释，用三个双引号
这是多行注释，用三个双引号
"""

数据类型

Python3 中有六个标准的数据类型：

  • Numbers（数字）
  • String（字符串）
  • List（列表）
  • Tuple（元组）
  • Sets（集合）
  • Dictionaries（字典）

操作符

Python 语言支持以下类型的运算符:

  • 算术运算符

  • 比较（关系）运算符

  • 赋值运算符

  • 逻辑运算符

  • 位运算符

  • 成员运算符

  • 身份运算符

  • 运算符优先级

算术运算符

运算符 描述 实例
+ 加 - 两个对象相加 a + b 输出结果 31
- 减 - 得到负数或是一个数减去另一个数 a - b 输出结果 -11
* 乘 - 两个数相乘或是返回一个被重复若干次的字符串 a * b 输出结果 210
/ 除 - x 除以 y b / a 输出结果 2.1
% 取模 - 返回除法的余数 b % a 输出结果 1
** 幂 - 返回 x 的 y 次幂 a**b 为 10 的 21 次方
// 取整除 - 返回商的整数部分 9//2 输出结果 4 , 9.0//2.0 输出结果 4.0

比较运算符

运算符 描述 实例
== 等于 - 比较对象是否相等 (a == b) 返回 False。
!= 不等于 - 比较两个对象是否不相等 (a != b) 返回 True.
> 大于 - 返回 x 是否大于 y (a > b) 返回 False。
< 小于 - 返回 x 是否小于 y。所有比较运算符返回 1 表示真，返回 0 表示假。这分别与特殊的变量 True 和 False 等价。注意，这些变量名的大写。 (a < b) 返回 True。
>= 大于等于 - 返回 x 是否大于等于 y。 (a >= b) 返回 False。
<= 小于等于 - 返回 x 是否小于等于 y。 (a <= b) 返回 True。

赋值运算符

运算符 描述 实例
= 简单的赋值运算符 c = a + b 将 a + b 的运算结果赋值为 c
+= 加法赋值运算符 c += a 等效于 c = c + a
-= 减法赋值运算符 c -= a 等效于 c = c - a
*= 乘法赋值运算符 c _= a 等效于 c = c _ a
/= 除法赋值运算符 c /= a 等效于 c = c / a
%= 取模赋值运算符 c %= a 等效于 c = c % a
**= 幂赋值运算符 c *= a 等效于 c = c * a
//= 取整除赋值运算符 c //= a 等效于 c = c // a

位运算符

运算符 描述 实例
& 按位与运算符：参与运算的两个值,如果两个相应位都为 1,则该位的结果为 1,否则为 0 (a & b) 输出结果 12 ，二进制解释： 0000 1100
| 按位或运算符：只要对应的二个二进位有一个为 1 时，结果位就为 1。 (a | b) 输出结果 61 ，二进制解释： 0011 1101
^ 按位异或运算符：当两对应的二进位相异时，结果为 1 (a ^ b) 输出结果 49 ，二进制解释： 0011 0001
~ 按位取反运算符：对数据的每个二进制位取反,即把 1 变为 0,把 0 变为 1 (~a ) 输出结果 -61 ，二进制解释： 1100 0011， 在一个有符号二进制数的补码形式。
<< 左移动运算符：运算数的各二进位全部左移若干位，由”<<”右边的数指定移动的位数，高位丢弃，低位补 0。 a << 2 输出结果 240 ，二进制解释： 1111 0000
>> 右移动运算符：把”>>”左边的运算数的各二进位全部右移若干位，”>>”右边的数指定移动的位数 a >> 2 输出结果 15 ，二进制解释： 0000 1111

逻辑运算符

运算符 逻辑表达式 描述 实例
and x and y 布尔”与” - 如果 x 为 False，x and y 返回 False，否则它返回 y 的计算值。 (a and b) 返回 20。
or x or y 布尔”或” - 如果 x 是 True，它返回 x 的值，否则它返回 y 的计算值。 (a or b) 返回 10。
not not x 布尔”非” - 如果 x 为 True，返回 False 。如果 x 为 False，它返回 True。 not(a and b) 返回 False

成员运算符

运算符 描述 实例
in 如果在指定的序列中找到值返回 True，否则返回 False。 x 在 y 序列中 , 如果 x 在 y 序列中返回 True。
not in 如果在指定的序列中没有找到值返回 True，否则返回 False。 x 不在 y 序列中 , 如果 x 不在 y 序列中返回 True。

身份运算符

运算符 描述 实例
is is 是判断两个标识符是不是引用自一个对象 x is y, 如果 id(x) 等于 id(y) , is 返回结果 1
is not is not 是判断两个标识符是不是引用自不同对象 x is not y, 如果 id(x) 不等于 id(y). is not 返回结果 1

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 -@)
* / % // 乘，除，取模和取整除
+ - 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 or and 逻辑运算符

控制语句

条件语句

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if condition_1:
    statement_block_1
elif condition_2:
    statement_block_2
else:
    statement_block_3

循环语句

while

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while 判断条件：
    statements

for

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for <variable> in <sequence>:
  <statements>

range()

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for i in range(0, 10, 3) :
    print(i)

break 和 continue

  • break 语句可以跳出 for 和 while 的循环体。
  • continue 语句被用来告诉 Python 跳过当前循环块中的剩余语句，然后继续进行下一轮循环。

pass

pass 语句什么都不做。它只在语法上需要一条语句但程序不需要任何操作时使用.例如:

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while True:
    pass  # 等待键盘中断 (Ctrl+C)

函数

Python 定义函数使用 def 关键字，一般格式如下：

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def  函数名（参数列表）：
    函数体

函数变量作用域

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#!/usr/bin/env python3
a = 4  # 全局变量

def print_func1():
    a = 17 # 局部变量
    print("in print_func a = ", a)
def print_func2():
    print("in print_func a = ", a)
print_func1()
print_func2()
print("a = ", a)

以上实例运行结果如下：

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in print_func a =  17
in print_func a =  4
a =  4

关键字参数

函数也可以使用 kwarg=value 的关键字参数形式被调用.例如,以下函数:

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def parrot(voltage, state='a stiff', action='voom', type='Norwegian Blue'):
    print("-- This parrot wouldn't", action, end=' ')
    print("if you put", voltage, "volts through it.")
    print("-- Lovely plumage, the", type)
    print("-- It's", state, "!")

可以以下几种方式被调用:

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parrot(1000)                                          # 1 positional argument
parrot(voltage=1000)                                  # 1 keyword argument
parrot(voltage=1000000, action='VOOOOOM')             # 2 keyword arguments
parrot(action='VOOOOOM', voltage=1000000)             # 2 keyword arguments
parrot('a million', 'bereft of life', 'jump')         # 3 positional arguments
parrot('a thousand', state='pushing up the daisies')  # 1 positional, 1 keyword

以下为错误调用方法：

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parrot()                     # required argument missing
parrot(voltage=5.0, 'dead')  # non-keyword argument after a keyword argument
parrot(110, voltage=220)     # duplicate value for the same argument
parrot(actor='John Cleese')  # unknown keyword argument

可变参数列表

最后,一个最不常用的选择是可以让函数调用可变个数的参数.这些参数被包装进一个元组(查看元组和序列).在这些可变个数的参数之前,可以有零到多个普通的参数:

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def arithmetic_mean(*args):
    sum = 0
    for x in args:
        sum += x
    return sum

返回值

Python 的函数的返回值使用 return 语句，可以将函数作为一个值赋值给指定变量：

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def return_sum(x,y):
    c = x + y
    return c

异常

异常处理

try 语句按照如下方式工作；

  • 首先，执行 try 子句（在关键字 try 和关键字 except 之间的语句）
  • 如果没有异常发生，忽略 except 子句，try 子句执行后结束。
  • 如果在执行 try 子句的过程中发生了异常，那么 try 子句余下的部分将被忽略。如果异常的类型和 except 之后的名称相符，那么对应的 except 子句将被执行。最后执行 try 语句之后的代码。
  • 如果一个异常没有与任何的 except 匹配，那么这个异常将会传递给上层的 try 中。
  • 不管 try 子句里面有没有发生异常，finally 子句都会执行。
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import sys

try:
    f = open('myfile.txt')
    s = f.readline()
    i = int(s.strip())
except OSError as err:
    print("OS error: {0}".format(err))
except ValueError:
    print("Could not convert data to an integer.")
except:
    print("Unexpected error:", sys.exc_info()[0])
    raise
finally:
    # 清理行为

抛出异常

Python 使用 raise 语句抛出一个指定的异常。例如:

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>>> raise NameError('HiThere')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
NameError: HiThere

自定义异常

可以通过创建一个新的 exception 类来拥有自己的异常。异常应该继承自 Exception 类，或者直接继承，或者间接继承。

当创建一个模块有可能抛出多种不同的异常时，一种通常的做法是为这个包建立一个基础异常类，然后基于这个基础类为不同的错误情况创建不同的子类：

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class Error(Exception):
    """Base class for exceptions in this module."""
    pass

class InputError(Error):
    """Exception raised for errors in the input.

    Attributes:
        expression -- input expression in which the error occurred
        message -- explanation of the error
    """

    def __init__(self, expression, message):
        self.expression = expression
        self.message = message

class TransitionError(Error):
    """Raised when an operation attempts a state transition that's not
    allowed.

    Attributes:
        previous -- state at beginning of transition
        next -- attempted new state
        message -- explanation of why the specific transition is not allowed
    """

    def __init__(self, previous, next, message):
        self.previous = previous
        self.next = next
        self.message = message

大多数的异常的名字都以”Error”结尾，就跟标准的异常命名一样。

面向对象

面向对象技术简介

  • 类(Class): 用来描述具有相同的属性和方法的对象的集合。它定义了该集合中每个对象所共有的属性和方法。对象是类的实例。

  • 类变量：类变量在整个实例化的对象中是公用的。类变量定义在类中且在函数体之外。类变量通常不作为实例变量使用。

  • 数据成员：类变量或者实例变量用于处理类及其实例对象的相关的数据。

  • 方法重写：如果从父类继承的方法不能满足子类的需求，可以对其进行改写，这个过程叫方法的覆盖（override），也称为方法的重写。

  • 实例变量：定义在方法中的变量，只作用于当前实例的类。

  • 继承：即一个派生类（derived class）继承基类（base class）的字段和方法。继承也允许把一个派生类的对象作为一个基类对象对待。例如，有这样一个设计：一个 Dog 类型的对象派生自 Animal 类，这是模拟”是一个（is-a）”关系（例图，Dog 是一个 Animal）。

  • 实例化：创建一个类的实例，类的具体对象。

  • 方法：类中定义的函数。

  • 对象：通过类定义的数据结构实例。对象包括两个数据成员（类变量和实例变量）和方法。

类定义

语法格式如下：

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class ClassName:
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

类实例化后，可以使用其属性，实际上，创建一个类之后，可以通过类名访问其属性。

类对象

类对象支持两种操作：属性引用和实例化。

属性引用使用和 Python 中所有的属性引用一样的标准语法：obj.name。

类对象创建后，类命名空间中所有的命名都是有效属性名。所以如果类定义是这样:

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#!/usr/bin/python3

class MyClass:
    """一个简单的类实例"""
    i = 12345
    def f(self):
        return 'hello world'

# 实例化类
x = MyClass()

# 访问类的属性和方法
print("MyClass 类的属性 i 为：", x.i)
print("MyClass 类的方法 f 输出为：", x.f())

实例化类：

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# 实例化类
x = MyClass()
# 访问类的属性和方法

以上创建了一个新的类实例并将该对象赋给局部变量 x，x 为空的对象。

执行以上程序输出结果为：

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MyClass 类的属性 i 为： 12345
MyClass 类的方法 f 输出为： hello world

很多类都倾向于将对象创建为有初始状态的。因此类可能会定义一个名为 init() 的特殊方法（构造方法），像下面这样：

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def __init__(self):
    self.data = []

类定义了 init() 方法的话，类的实例化操作会自动调用 init() 方法。所以在下例中，可以这样创建一个新的实例:

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x = MyClass()

当然， init() 方法可以有参数，参数通过 init() 传递到类的实例化操作上。例如:

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>>> class Complex:
...     def __init__(self, realpart, imagpart):
...         self.r = realpart
...         self.i = imagpart
...
>>> x = Complex(3.0, -4.5)
>>> x.r, x.i
(3.0, -4.5)

类的方法

在类地内部，使用 def 关键字可以为类定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数 self,且为第一个参数:

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#!/usr/bin/python3

#类定义
class people:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))

# 实例化类
p = people('W3Cschool',10,30)
p.speak()

执行以上程序输出结果为：

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W3Cschool 说: 我 10 岁。

继承

Python 同样支持类的继承，如果一种语言不支持继承就，类就没有什么意义。派生类的定义如下所示:

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class DerivedClassName(BaseClassName1):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

需要注意圆括号中基类的顺序，若是基类中有相同的方法名，而在子类使用时未指定，python 从左至右搜索 即方法在子类中未找到时，从左到右查找基类中是否包含方法。

BaseClassName（示例中的基类名）必须与派生类定义在一个作用域内。除了类，还可以用表达式，基类定义在另一个模块中时这一点非常有用:

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class DerivedClassName(modname.BaseClassName):

实例

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#!/usr/bin/python3

#类定义
class people:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))

#单继承示例
class student(people):
    grade = ''
    def __init__(self,n,a,w,g):
        #调用父类的构函
        people.__init__(self,n,a,w)
        self.grade = g
    #覆写父类的方法
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))



s = student('ken',10,60,3)
s.speak()

执行以上程序输出结果为：

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ken 说: 我 10 岁了，我在读 3 年级

多继承

Python 同样有限的支持多继承形式。多继承的类定义形如下例:

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class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

需要注意圆括号中父类的顺序，若是父类中有相同的方法名，而在子类使用时未指定，python 从左至右搜索 即方法在子类中未找到时，从左到右查找父类中是否包含方法。

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#!/usr/bin/python3

#类定义
class people:
    #定义基本属性
    name = ''
    age = 0
    #定义私有属性,私有属性在类外部无法直接进行访问
    __weight = 0
    #定义构造方法
    def __init__(self,n,a,w):
        self.name = n
        self.age = a
        self.__weight = w
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁。" %(self.name,self.age))

#单继承示例
class student(people):
    grade = ''
    def __init__(self,n,a,w,g):
        #调用父类的构函
        people.__init__(self,n,a,w)
        self.grade = g
    #覆写父类的方法
    def speak(self):
        print("%s 说: 我 %d 岁了，我在读 %d 年级"%(self.name,self.age,self.grade))

#另一个类，多重继承之前的准备
class speaker():
    topic = ''
    name = ''
    def __init__(self,n,t):
        self.name = n
        self.topic = t
    def speak(self):
        print("我叫 %s，我是一个演说家，我演讲的主题是 %s"%(self.name,self.topic))

#多重继承
class sample(speaker,student):
    a =''
    def __init__(self,n,a,w,g,t):
        student.__init__(self,n,a,w,g)
        speaker.__init__(self,n,t)

test = sample("Tim",25,80,4,"Python")
test.speak()   #方法名同，默认调用的是在括号中排前地父类的方法

执行以上程序输出结果为：

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我叫 Tim，我是一个演说家，我演讲的主题是 Python

方法重写

如果你的父类方法的功能不能满足你的需求，你可以在子类重写你父类的方法，实例如下：

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#!/usr/bin/python3

class Parent:        # 定义父类
   def myMethod(self):
      print ('调用父类方法')

class Child(Parent): # 定义子类
   def myMethod(self):
      print ('调用子类方法')

c = Child()          # 子类实例
c.myMethod()         # 子类调用重写方法

执行以上程序输出结果为：

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调用子类方法

类属性与方法

类的私有属性

__private_attrs：两个下划线开头，声明该属性为私有，不能在类地外部被使用或直接访问。在类内部的方法中使用时self.__private_attrs。

类的方法

在类地内部，使用 def 关键字可以为类定义一个方法，与一般函数定义不同，类方法必须包含参数 self,且为第一个参数

类的私有方法

__private_method：两个下划线开头，声明该方法为私有方法，不能在类地外部调用。在类的内部调用 slef.__private_methods。

实例如下：

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#!/usr/bin/python3

class JustCounter:
    __secretCount = 0  # 私有变量
    publicCount = 0    # 公开变量

    def count(self):
        self.__secretCount += 1
        self.publicCount += 1
        print (self.__secretCount)

counter = JustCounter()
counter.count()
counter.count()
print (counter.publicCount)
print (counter.__secretCount)  # 报错，实例不能访问私有变量

执行以上程序输出结果为：

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Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 16, in <module>
    print (counter.__secretCount)  # 报错，实例不能访问私有变量
AttributeError: 'JustCounter' object has no attribute '__secretCount'

类的专有方法：

  • **init :** 构造函数，在生成对象时调用
  • **del :** 析构函数，释放对象时使用
  • **repr :** 打印，转换
  • **setitem :** 按照索引赋值
  • **getitem:** 按照索引获取值
  • **len:** 获得长度
  • **cmp:** 比较运算
  • **call:** 函数调用
  • **add:** 加运算
  • **sub:** 减运算
  • **mul:** 乘运算
  • **div:** 除运算
  • **mod:** 求余运算
  • **pow:** 乘方

运算符重载

Python 同样支持运算符重载，我么可以对类的专有方法进行重载，实例如下：

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#!/usr/bin/python3

class Vector:
   def __init__(self, a, b):
      self.a = a
      self.b = b

   def __str__(self):
      return 'Vector (%d, %d)' % (self.a, self.b)

   def __add__(self,other):
      return Vector(self.a + other.a, self.b + other.b)

v1 = Vector(2,10)
v2 = Vector(5,-2)
print (v1 + v2)

以上代码执行结果如下所示:

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Vector(7,8)

标准库概览

操作系统接口

os 模块提供了不少与操作系统相关联的函数。

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>>> import os
>>> os.getcwd()      # 返回当前的工作目录
'C:\\Python34'
>>> os.chdir('/server/accesslogs')   # 修改当前的工作目录
>>> os.system('mkdir today')   # 执行系统命令 mkdir
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文件通配符

glob 模块提供了一个函数用于从目录通配符搜索中生成文件列表:

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>>> import glob
>>> glob.glob('*.py')
['primes.py', 'random.py', 'quote.py']

命令行参数

通用工具脚本经常调用命令行参数。这些命令行参数以链表形式存储于 sys 模块的 argv 变量。例如在命令行中执行 python demo.py one two three 后可以得到以下输出结果:

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>>> import sys
>>> print(sys.argv)
['demo.py', 'one', 'two', 'three']

错误输出重定向和程序终止

sys 还有 stdin，stdout 和 stderr 属性，即使在 stdout 被重定向时，后者也可以用于显示警告和错误信息。

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>>> sys.stderr.write('Warning, log file not found starting a new one\n')
Warning, log file not found starting a new one

字符串正则匹配

re 模块为高级字符串处理提供了正则表达式工具。对于复杂的匹配和处理，正则表达式提供了简洁、优化的解决方案:

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>>> import re
>>> re.findall(r'\bf[a-z]*', 'which foot or hand fell fastest')
['foot', 'fell', 'fastest']
>>> re.sub(r'(\b[a-z]+) \1', r'\1', 'cat in the the hat')
'cat in the hat'

数学

math 模块为浮点运算提供了对底层 C 函数库的访问:

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>>> import math
>>> math.cos(math.pi / 4)
0.70710678118654757
>>> math.log(1024, 2)
10.0

资料