Python基础速通

Python基础速通

Python是一门强大的编程语言，广泛应用于数据分析、自动化、网络安全等多个领域。本文将系统地介绍Python的基础知识，包括环境配置、基础语法、数据结构、函数、面向对象编程以及常见的文件操作和异常处理技巧。

Python 环境安装

在开始编写Python代码之前，首先需要设置好开发环境：

安装Python

Python 3.x 是目前的主流版本，推荐安装 Python 3.10 版本。可以在 Python官网 下载并安装对应版本。

配置IDE

推荐使用 PyCharm 作为Python开发的IDE，它提供了丰富的开发工具和功能，如代码自动补全、调试等，帮助你高效编程。

Python 基础语法

print() 函数

print() 是Python最常用的输出函数，用于将数据打印到控制台。例如：

print("Hello, World!")
格式化字符串

在Python中，格式化字符串是将变量的值以特定格式嵌入到字符串中的一种方法。格式化字符串提供了一种便捷的方式，可以用来输出更易读、更具表现力的文本，特别是在处理数字、日期、百分比、对齐等需求时。

Python 提供了几种方式来格式化字符串：% 操作符、str.format() 方法和 f-string。下面我们将依次介绍这些方式。

1. 百分号 (%) 格式化

这是Python最早期的格式化字符串方法，类似于C语言的格式化。虽然这种方法在Python 3.x中已经不推荐使用，但它仍然广泛存在于旧代码中。

name = "Alice"
age = 30
print("My name is %s and I am %d years old." % (name, age))

输出：

My name is Alice and I am 30 years old.
  • %s 用于格式化字符串。
  • %d 用于格式化整数。
  • %f 用于格式化浮点数（默认保留6位小数）。

你还可以指定宽度和精度：

pi = 3.14159
print("Pi is approximately: %.2f" % pi)

输出：

Pi is approximately: 3.14
2. str.format() 方法

str.format() 是Python 2.7和3.0及以上版本中引入的格式化方法，它提供了比百分号格式化更多的灵活性和可读性。

name = "Alice"
age = 30
print("My name is {} and I am {} years old.".format(name, age))

输出：

My name is Alice and I am 30 years old.

你可以使用位置参数和关键字参数来指定输出的顺序：

print("My name is {0} and I am {1} years old. {0} loves Python.".format(name, age))

输出：

My name is Alice and I am 30 years old. Alice loves Python.
  • {0} 表示第一个参数（name）。
  • {1} 表示第二个参数（age）。

你还可以通过关键字参数指定格式：

print("My name is {name} and I am {age} years old.".format(name="Alice", age=30))

输出：

My name is Alice and I am 30 years old.

str.format() 还支持高级格式化功能，如指定宽度、填充字符、对齐方式等：

# 设置宽度和对齐方式
print("{:<10} | {:>10}".format("Name", "Age"))  # 左对齐和右对齐
print("{:^10} | {:^10}".format("Name", "Age"))  # 居中对齐

输出：

Name       |        AgeName    |    Age
3. f-string（格式化字符串字面量）

f-string 是Python 3.6及以上版本新增的格式化字符串方法，它是最简洁、最强大、最易读的方式之一。通过在字符串前加 f 或 F，可以将变量直接嵌入字符串中，并支持格式化表达式。

name = "Alice"
age = 30
print(f"My name is {name} and I am {age} years old.")

输出：

My name is Alice and I am 30 years old.

f-string 还允许在花括号内执行表达式和格式化操作。例如：

pi = 3.14159
print(f"Pi is approximately: {pi:.2f}")

输出：

Pi is approximately: 3.14

在这里，{pi:.2f} 格式化 pi 为保留两位小数的浮点数。

高级格式化选项
  • 数字格式化：通过:符号可以指定数字的显示格式。
    • :d：十进制整数
    • :f：浮点数
    • :.2f：浮动点数保留两位小数
    • :x：十六进制整数（小写字母）
    • :X：十六进制整数（大写字母）
num = 255
print(f"Decimal: {num}, Hex: {num:x}, Hex (Upper): {num:X}")

输出：

Decimal: 255, Hex: ff, Hex (Upper): FF
  • 填充与对齐：可以指定字段宽度并定义填充字符。默认情况下，数字右对齐，字符串左对齐：
name = "Alice"
age = 30
print(f"{name:<10} | {age:>5}")

输出：

Alice      |    30

在这里，< 表示左对齐，> 表示右对齐。你也可以使用 ^ 来进行居中对齐。

  • 精度控制：f-string 支持精度控制，特别适用于浮点数格式化：
pi = 3.141592653589793
print(f"Pi to 4 decimal places: {pi:.4f}")

输出：

Pi to 4 decimal places: 3.1416
  • 日期和时间格式化：可以使用 datetime 模块结合 f-string 格式化日期和时间：
from datetime import datetime
now = datetime.now()
print(f"Current date and time: {now:%Y-%m-%d %H:%M:%S}")

输出：

Current date and time: 2024-11-26 15:30:45
总结
  • 百分号格式化：最早期的格式化方法，虽然功能简单，但不再推荐用于新项目。
  • str.format()：较为灵活，支持位置参数、关键字参数和格式控制，适用于Python 2和3。
  • f-string：最现代、最简洁的格式化方式，推荐用于Python 3.6及以上版本，支持嵌入表达式并具有高效的性能。
注释
单行注释

单行注释使用 # 符号，后面跟随注释的内容。# 后的内容直到行尾，都会被视为注释部分。

单行注释常用于对某行代码进行解释、标记或者临时禁用某行代码。也可以放在代码行的尾部，用于解释该行代码的作用。例如：

x = 10  # 变量x被赋值为10
多行注释

多行注释在Python中没有专门的语法形式，但可以使用三引号 ''' 或 """ 来包裹注释内容。这种方法通常用于对一段代码进行详细的注释，或者在函数、类、模块中添加文档字符串（docstring）。例如：

"""
这是一个多行注释
你可以在这里写任何内容，注释会跨越多行
比如，解释函数、类或代码段的功能
"""

这种形式的注释通常用于包含多行解释文本，方便描述复杂的算法、功能说明等内容。

文档字符串（Docstring）

文档字符串（docstring）是一种特殊的多行注释，通常用于描述模块、类、函数的功能。它们放置在模块、类、函数的第一行，并且通常被解释器用来生成文档。文档字符串使用三引号包围，并且通常保留在代码中作为文档生成工具的输入。

例如：

def add(a, b):"""这是一个加法函数:param a: 第一个加数:param b: 第二个加数:return: 返回两个数的和"""return a + b

此处的多行字符串是函数的文档字符串。它描述了函数的功能、参数和返回值，通常用于生成自动文档。

变量和命名规范

在Python中，变量是用来存储数据的命名空间。为确保代码清晰、易读且不与Python的内置关键字冲突，变量命名需要遵循一定的规则和最佳实践。

变量命名规则
  • 变量名只能由字母、数字和下划线 _ 组成，且不能以数字开头。
  • 区分大小写。
  • 不能使用Python关键字：Python的保留关键字（如 if、else、for、import 等）不能作为变量名。
常用的命名风格

在Python中，常用的命名风格有两种：驼峰命名法（Camel Case）和下划线命名法（Snake Case）。选择合适的命名风格，可以提高代码的可读性和一致性。

  • 驼峰命名法（Camel Case）：每个单词的首字母大写，且没有空格或下划线，常用于类名和某些函数或变量名。
  • 下划线命名法（Snake Case）：使用小写字母和下划线 _ 分隔单词，常用于函数名和变量名。
import 导入模块

Python的代码通常按功能组织成模块，每个文件就是一个模块。你可以通过 import 导入模块并使用其中的函数、类和变量。例如：

import math
print(math.sqrt(16))  # 输出 4.0

数据类型

Python的常见数据类型有：数字、字符串、布尔值、列表、元组和字典。了解这些数据类型及其基本操作对于编程至关重要。

数字类型

Python支持两种主要的数字类型：

  • 整数（int）：表示整数，例如：3、-5
  • 浮点数（float）：表示小数，例如：3.14、-0.5
字符串类型

字符串（str）是由字符组成的序列，支持多种操作，如查找、替换、拼接、切片等。例如：

string = "Hello, Python!"
print(string[0:5])  # 输出 'Hello'
布尔类型

布尔类型（bool）只有两个值：True 和 False，常用于条件判断。

is_active = True
列表

列表（list）是一种有序且可变的数据结构，可以存储多个元素，支持索引、切片、添加、删除等操作。例如：

my_list = [1, 2, 3, 'a', 'b']
my_list.append(4)  # 添加元素
print(my_list[2:])  # 输出 [3, 'a', 'b', 4]
元组

元组（tuple）是有序但不可修改的集合，定义时使用小括号。例如：

my_tuple = (1, 2, 3)
print(my_tuple[1])  # 输出 2
字典

字典（dict）是由键值对组成的无序集合，常用于存储关联数据。例如：

my_dict = {'name': 'Alice', 'age': 25}
print(my_dict['name'])  # 输出 'Alice'

控制结构

条件语句 (if, else)

Python使用 if、elif 和 else 来进行条件判断：

age = 18
if age >= 18:print("成年人")
else:print("未成年人")
循环语句

Python有两种循环语句：

  • for 循环：用于遍历序列（如列表、字典）。
    for i in range(5):print(i)
  • while 循环：根据条件重复执行代码。
    count = 0
while count < 5:print(count)count += 1
break 和 continue
  • break：用于终止循环。
  • continue：跳过当前循环的剩余部分，继续下一次循环。

函数与匿名函数

定义函数

函数是可重复使用的代码块，可以通过 def 关键字来定义函数：

def greet(name):return f"Hello, {name}!"
print(greet("Alice"))
匿名函数 (lambda)

lambda 用于创建匿名函数，只能包含一个表达式：

add = lambda x, y: x + y
print(add(2, 3))  # 输出 5

面向对象编程（OOP）

Python支持面向对象编程（OOP），它强调封装、继承和多态。

类和对象
  • 类：类是创建对象的蓝图，可以包含属性（数据）和方法（行为）。
  • 对象：对象是类的实例，通过类创建。
class Dog:def __init__(self, name, age):self.name = nameself.age = agedef bark(self):print(f"{self.name} says woof!")dog = Dog("Buddy", 3)
dog.bark()
封装、继承与多态
  • 封装：将数据和方法封装在类中，隐藏实现细节。
  • 继承：子类可以继承父类的属性和方法。
  • 多态：同一方法在不同对象中表现出不同的行为。
魔术方法
  • __init__()：构造方法，用于初始化对象。
  • __str__()：用于返回对象的字符串表示。

文件操作

Python提供了强大的文件操作功能，使用 open() 方法可以打开文件进行读写操作。

打开文件

常见的文件模式包括：

  • 'r'：只读模式
  • 'w'：写入模式（会覆盖文件内容）
  • 'a'：追加模式
  • 'rb' 和 'wb'：以二进制方式读写文件
with open('example.txt', 'r') as file:content = file.read()print(content)
写入文件

使用 file.write() 方法将数据写入文件：

with open('example.txt', 'w') as file:file.write("Hello, World!")
上下文管理器

使用 with 语句可以确保文件在使用完后正确关闭，避免文件句柄泄漏。

异常处理

Python的异常处理通过 try...except 语句来捕获和处理错误。这样可以避免程序在遇到错误时崩溃。

try:x = 10 / 0
except ZeroDivisionError:print("不能除以零")

字符串操作

常见字符串方法

  • 切片：提取子字符串

    string = "Python"
print(string[:3])  # 输出 'Pyt'

  • 查找：查找子字符串的位置

    print(string.find('Py'))  # 输出 0

  • 替换：替换字符串中的部分内容

    print(string.replace('P', 'J'))  # 输出 'Jython'

  • 拆分：将字符串拆分为多个子字符串

    print(string.split('t'))  # 输出 ['Py', 'hon']

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