Py程序与基础教程 16

Ch02Python语言基础本章要点：2.1Python程序概述2.2Python对象和引用2.3标识符及其命名规则2.4变量和赋值语句2.5表达式和运算符2.6语句2.7函数2.8类和对象2.9模块和包2.10综合应用：turtle模块和海龟绘图资源下载提示2课件等资源：扫描封底的“课件下载”二维码，在公众号“书圈”中下载。素材（源码）：扫描本书目录上方的二维码下载。讲解视频：扫描封底刮刮卡中的二维码，再扫描书中相应章节中（位于每章最前）的二维码，作为开源的补充阅读和学习资源。

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题库自测平台：扫描封底刮刮卡中的二维码，登录网站（），进入本书“题库”页面，选择相应章节练习2.1Python程序概述【例2.1】已知三角形的三条边，求三角形的面积（area.py）。提示：假设三条边长分别为a、b和c，则三角形的面积s=。其中，h为三角形周长的一半importmatha=3.0b=4.0c=5.0h=(a+b+c)/2

#三角形周长的一半s=math.sqrt(h*(h-a)*(h-b)*(h-c))#三角形面积print(s)Python程序构成Python程序可以分解为模块、语句、表达式和对象。概念上，其对应关系如下：（1）Python程序由模块组成，模块对应于扩展名为.py的源文件。一个Python程序由一个或者多个模块构成。例2.1程序由模块area.py和内置模块math组成（2）模块由语句组成。模块即Python源文件。运行Python程序时，按模块中语句顺序，依次执行语句。例2.1程序中，importmath为导入模块语句；print(s)为调用函数表达式语句；其余为赋值语句（3）语句是Python程序的过程构造块，用于创建对象、变量赋值、调用函数、控制分支、创建循环、增加注释等。语句包含表达式。例2.1程序中，语句importmath用导入math模块，并依次执行其中的语句；在语句“a=3.0”中，字面量表达式3.0创建一个值为3.0的float型对象，并绑定到变量a；在语句“h=(a+b+c)/2”中，算术表达式(a+b+c)/2运算结果为一个新的float型对象，并绑定到变量h；“#”引导注释语句；在语句print(s)中，调用内置函数print()，输出对象s的值（4）表达式用于创建和处理对象。在例2.1程序的语句“s=math.sqrt(h*(h-a)*(h-b)*(h-c))”中，表达式h*(h-a)*(h-b)*(h-c)的运算结果为一个新的float对象，math.sqrt调用模块math中的sqrt()函数，计算参数对象的平方根2.2Python对象和引用数据表示为对象对象本质上是一个内存块，拥有特定的值，支持特定类型的运算操作Python3中，一切皆为对象每个对象由标识（identity）、类型（type）和值（value）标识Python中的对象（1）标识（identity）用于唯一标识一个对象，通常对应于对象在计算机内存中的位置。使用内置函数id(obj1)可返回对象obj1的标识通过内置的id()函数，可以获取一个对象唯一的id标识（CPython的实现为内存存放位置）类型（type）用于表示对象所属的数据类型（类），数据类型（类）用于限定对象的取值范围，以及允许执行的处理操作。使用内置函数type(obj1)可以返回对象obj1所属的数据类型通过内置的type()函数，可以判断一个对象的类型值（value）用于表示对象的数据类型的值。使用内置函数print(obj1)可返回对象obj1的值Python中的对象（2）【例2.2】使用内置函数type()、id()和print()查看对象【例2.3】查看Python内置函数对象>>>123

#输出：123>>>id(123)

#输出：140706558370656>>>type(123)#输出：<class'int'>>>>print(123)#输出：123>>>type(abs)

#输出：<class'builtin_function_or_method'>>>>id(abs)

#输出：2529313427104>>>type(range)#输出：<class'type'>>>>id(range)

#输出：140706557885440创建实例对象使用字面量创建实例对象12、101等表示int数据类型的值；0.17、3.14等表示float数据类型的值；True和False表示bool数据类型的值；'Hello,World'、'张三'等表示str数据类型的值【例2.4】使用字面量创建实例对象使用类对象创建实例对象【例2.5】使用类对象创建实例对象>>>1024

1024>>>

"学以致用"'学以致用'>>>int(12)

12>>>complex(1,2)

(1+2j)数据类型Python数据类型定义为一个值的集合以及定义在这个值集上的一组运算操作每个对象存储一个值，例如，int类型的对象可以存储值1234、99或1333一个对象上可执行且只允许执行其对应数据类型定义的操作两个int对象可执行乘法运算，但两个str对象则不允许执行乘法运算变量和对象的引用Python对象是位于计算机内存中的一个内存数据块为了引用对象，必须通过赋值语句，把对象赋值给变量（也称之为把对象绑定到变量）指向对象的引用即变量【例2.6】使用赋值语句把对象绑定到变量>>>a=1#字面量表达式1创建值为1的int型实例对象，并绑定到变量a>>>b=2#字面量表达式2创建值为2的int型实例对象，并绑定到变量b>>>c=a+b#表达式a+b创建值为3的int型实例对象，并绑定到变量cPython是动态类型语言即变量不需要显式声明数据类型根据变量的赋值，Python解释器自动确定其数据类型通过标识符和赋值运算符（=），可以指定某个变量指向某个对象，即引用该对象【例2.7】变量的动态类型示例>>>type(123)#输出：<class'int'>>>>id(123)#输出：140706558370656>>>a=123>>>id(a)#输出：140706558370656>>>b=123>>>id(b)#输出：140706558370656>>>c=a>>>id(c)

#输出：140706558370656>>>id('abc')#输出：2529314137232>>>a='abc'>>>id(a)

#输出：2529314137232Python是强类型语言即每个变量指向的对象均属于某个数据类型，即只支持该类型允许的运算操作【例2.8】变量的强数据类型示例>>>a=1

#a指向值为1的int型实例对象>>>b="11"

#b指向值为"11"的str型实例对象>>>a+b#错误：int型和str型对象不能直接相加，即str型对象不能自动转换为int型对象Traceback(mostrecentcalllast):File"<stdin>",line1,in<module>TypeError:unsupportedoperandtype(s)for+:'int'and'str'>>>b=11

#赋值语句：b指向值为11的int型实例对象>>>a+b

#表达式运算结果，返回值为12的int型实例对象对象内存示意图（1）【例2.9】变量增量运算示例以及相应的对象内存示意图第一条语句，创建一个值100的int对象，并绑定到变量i；第二条语句，先计算表达式i+1的值，然后创建一个值为101的int对象，并绑定到变量i

>>>i=100>>>i=i+1对象内存示意图（2）【例2.10】交换两个变量的示例以及相应的对象内存示意图>>>a=123#a指向值为123的int型实例对象>>>b=456#b指向值为456的int型实例对象>>>t=a#变量t和a一样，指向（引用）对象实例123>>>a=b#变量a和b一样，指向（引用）对象实例456>>>b=t#变量b和t一样，指向（引用）对象实例123a,b=b,a对象的值比较（==）和引用判别（is）==运算符判断两个变量指向的对象的值是否相同is运算符判断两个变量是否指向同一对象【例2.11】对象的值比较（==）和引用判别（is）示例>>>x='abc'#x指向值为"abc"的str型实例对象>>>y=x

#变量y和x一样，指向（引用）对象实例"abc">>>z='abcd'#z指向值为"abcd"的str型实例对象>>>x==yTrue>>>xisyTrue>>>x==zFalse>>>xiszFalse不可变对象（immutable）不可变对象一旦创建，其值就不能被修改，例如：int、str、complex等【例2.12】不可变对象示例>>>a=18#变量a指向int对象18>>>id(a)#输出：140706365363776。表示a指向的int对象18的id>>>a=25#变量a指向int对象25>>>id(a)#输出：140706365364000。表示a指向的int对象25的id>>>b=25#变量b指向int对象25>>>id(b)#输出：140706365364000。表示b指向的int对象25的id>>>id(25)#输出：140706365364000。表示int对象25的id可变对象（mutable）可变对象的值可以被修改Python对象的可变性取决于其数据类型的设计，即是否允许改变其值【例2.13】可变对象示例>>>x=y=[1,2,3]#变量x和y指向list对象[1,2,3]>>>id(x)#输出：1656936944328。表示变量x指向的list对象[1,2,3]的id>>>id(y)#输出：1656936944328。表示变量y指向的list对象[1,2,3]的id>>>x.append(4)#变量x指向的list对象[1,2,3]附加一个元素4>>>x#输出：[1,2,3,4]。表示变量x指向的list对象[1,2,3,4]>>>id(x)#输出：1656936944328。变量x指向的list对象[1,2,3,4]的id未改变>>>xisy#输出：True。表示变量x和y指向同一个list对象[1,2,3,4]>>>x==y#输出：True。表示变量x和y指向的list对象值相等>>>z=[1,2,3,4]#变量z指向的list对象[1,2,3,4]>>>id(z)#输出：1656965757064。表示变量z指向的list对象[1,2,3,4]的id>>>xisz#输出：False。表示变量x和z指向不同的list对象[1,2,3,4]>>>x==z#输出：True。表示变量x和z指向的list对象值相等2.3标识符及其命名规则标识符是变量、函数、类、模块和其他对象的名称标识符的第一个字符必须是字母、下划线（“_”），其后的字符可以是字母、下划线或数字一些特殊的名称，如if、for等保留关键字，不能作为标识符例如，a_int、a_float、str1、_strname、func1为正确的变量名；而99var、It'sOK、for（关键字）为错误的变量名标识符注意事项（1）Python标识符区分大小写。例如，ABC和abc视为不同的名称（2）以双下划线开始和结束的名称通常具有特殊的含义。例如，__init__为类的构造函数，一般应避免使用（3）避免使用Python预定义标识符名作为自定义标识符名。例如：NotImplemented、Ellipsis、int、float、list、str、tuple等保留关键字关键字即预定义保留标识符关键字不能在程序中用作标识符，否则会产生编译错误【例2.14】使用Python帮助系统查看关键字>>>help()help>keywordshelp>ifhelp>quitPython预定义标识符Python语言包含许多预定义内置类、异常、函数等，例如，float、ArithmeticError、print等用户应该避免使用Python预定义标识符名作为自定义标识符名使用Python的内置函数dir(__builtins__)，可以查看所有内置的异常名、函数名等Python语言遵循的命名规则类型命名规则举例模块/包名全小写字母，简单有意义，如果需要可以使用下画线math、sys函数名全小写字母，可以使用下画线增加可阅读性foo(),my_func()变量名全小写字母，可以使用下画线增加可阅读性age、my_var类名采用PascalCase命名规则，即多个单词组成名称，每个单词除第一个字母大写外，其余的字母均小写MyClass常量名全大写字母，可以使用下画线增加可阅读性LEFT、TAX_RATE变量和赋值语句对象是某个类（类型）的实例，对象由唯一的id标识对象可以通过标识符来引用，对象引用即指向具体对象实例的标识符，也称之为“变量”变量的声明和赋值【例2.15】变量的声明和赋值示例>>>x=0;y=0;z=0#变量x、y和z均指向int对象0>>>str1=“天天向上"#变量str1指向值为"天天向上"的str型实例对象>>>aFloat#变量aFloat未声明和定义(NameError:name'aFloat'isnotdefined)链式赋值语句链式赋值用于为多个变量赋值同一个值【例2.16】链式赋值语句示例>>>x=y=123#变量x和y均指向int对象123>>>x

123>>>y

123复合赋值语句【例2.17】复合赋值示例>>>i=1#变量i指向int对象1>>>i+=1#先计算表达式i+1的值，然后创建一个值为2的int对象，并绑定到变量i>>>i

2>>>i*=3#先计算表达式i*3的值，然后创建一个值为6的int对象，并绑定到变量i>>>i

6删除变量（del）del语句删除不再使用的变量【例2.18】删除变量（del）示例>>>x=1#变量x指向int对象1>>>delx#删除变量x>>>x

#变量x未声明和定义NameError:name'x'isnotdefined）系列解包赋值将系列数据类型解包为对应相同个数的变量【例2.19】系列解包示例如果只需要解包部分值，则可以采用特殊变量【例2.20】使用系列解包实现变量交换>>>a,b=1,2

#变量a指向int对象1，变量b指向int对象2>>>a

#输出：1>>>b

#输出：2>>>_,share,price,_=['ACME',50,102.11,(2018,8,21)]>>>share#输出：50>>>price#输出：102.11>>>a,b=(1,2)#变量a指向int对象1，变量b指向int对象2>>>a,b=b,a#两个变量a和b的值进行交换>>>a#输出：2>>>b#输出：1常量Python语言不支持常量，即没有语法规则限制改变一个常量的值Python语言使用约定，声明在程序运行过程中不会改变的变量为常量，通常使用全大写字母（可以使用下划线增加可阅读性）表示常量名【例2.6】常量示例>>>TAX_RATE=0.17

#浮点类型常量TAX_RATE>>>PI=3.14

#浮点类型常量PI>>>ECNU='华东师范大学'#字符串常量ECNU2.5表达式和运算符表达式的组成操作数、运算符和圆括号按一定规则组成表达式运算符的优先级控制各个运算符的计算顺序【例2.22】表达式示例>>>importmath

#导入math模块>>>a=2;b=10

#变量a指向int对象2，变量b指向int对象10>>>a+b

#输出：1212>>>math.pi

#输出：3.1415926535897933.141592653589793>>>math.sin(math.pi/2)#输出：1.01.0表达式的书写规则

表达式从左到右在同一个基准上书写。例如，数学公式a2+b2应该写为：a**2+b**2(a*a+b*b)②乘号不能省略，例如，数学公式ab（表示a乘以b）应写为：a*b③括号必须成对出现，而且只能使用圆括号；圆括号可以嵌套使用运算符运算符用于在表达式中对一个或多个操作数进行计算并返回结果值表达式计算顺序取决于运算符的结合顺序和优先级可以使用圆括号“()”强制改变运算顺序【例2.24】表达式中运算符的优先级示例>>>11+22*3#输出：7777>>>(11+22)*3#输出：9999Python运算符及其优先级2.6Python语句语句是Python程序的过程构造块，用于定义函数、定义类、创建对象、变量赋值、调用函数、控制分支、创建循环等Python语句分为简单语句和复合语句简单语句包括：表达式语句、赋值语句、assert语句、pass空语句、del语句、return语句、yield语句、raise语句、break语句、continue语句、import语句、global语句、nonlocal语句等复合语句包括：if语句、while语句、for语句、try语句、with语句、函数定义、类定义等Python语句示例【例2.25】Python语句示例（statement.py）：输入圆的半径r，计算并输出圆的周长和面积importmath#import语句，用于导入math模块r=float(input("请输入圆的半径r："))#赋值语句。输入圆的半径r，并转换为float数据类型p=2*math.pi*r#赋值语句。计算圆的周长s=math.pi*r**2#赋值语句。计算圆的面积print("圆的周长为：",p)#表达式语句。输出圆的周长print("圆的面积为：",s)#表达式语句。输出圆的面积Python语句的书写规则（1）使用换行符分隔，一般情况下，一行一条语句（2）从第一列开始，前面不能有任何空格，否则会产生语法错误。注意，注释语句可以从任意位置开始；复合语句构造体必须缩进（3）反斜杠（\）用于一个代码跨越多行的情况。如果语句太长，可以使用续行符（\）三引号定义的字符串（"""…"""或'''…'''）、括号（圆括号中的表达式，函数调用的参数（圆括号中）、元组（(…)）、列表（[…]）、字典（{…}）），可以放在多行，而不必使用续行符（4）分号（;）用于在一行书写多条语句>>>

#正确>>>

print("abc")#报错。IndentationError:unexpectedindent>>>print("如果语句太长，可以使用续行符（\），\续行内容。")>>>a=0;b=0;c=0

#变量a、b和c均指向int对象0。a=b=c=0>>>s="abc";print(s)#变量s指向值为"abc"的str型实例对象，并输出abc复合语句及其缩进书写规则复合语句（条件语句、循环语句、函数定义和类定义，例如if、for、while、def、class等）由头部语句（headerline）和构造体语句块（suites）组成构造体语句块由一条或多条语句组成（1）头部语句由相应的关键字（例如，if）开始，构造体语句块则为下一行开始的一行或多行缩进代码（2）通常缩进是相对头部语句缩进四个空格，也可以是任意空格，但同一构造体代码块的多条语句缩进的空格数必须一致对齐。如果语句不缩进，或缩进不一致，将导致编译错误（3）如果条件语句、循环语句、函数定义和类定义比较短，可以放在同一行>>>foriinrange(1,11):print(i,end='')...12345678910注释语句以符号“#”开始，到行末结束。Python注释语句可以出现在任何位置Python解释器将忽略所有的注释语句，注释语句不会影响程序的执行结果【例2.26】注释语句示例>>>#A"helloworld!"program>>>#注释可以在任意位置，以#开始，到行末结束>>>print("helloworld")#输出：helloworldhelloworld空语句pass表示一个空的代码块【例2.27】空语句示例>>>defdo_nothing():

pass2.7函数函数是可以重复调用的代码块函数的创建和调用声明创建函数时，可以声明函数的参数，即形式参数，简称形参；调用函数时，必须提供函数所需要参数的值，即实际参数，简称实参函数可以使用return返回值【例2.28】声明和调用函数示例（sayHello.py）defsayHello():

#创建函数对象sayHelloprint('HelloWorld!')

#函数体

print('欲穷千里目，更上一层楼!’) #函数体sayHello()2.7函数（2）【例2.29】声明和调用函数getValue(b,r,n)，根据本金b、年利率r和年数n，计算最终收益vdefgetValue(b,r,n):

#创建函数对象getValuev=b*((1+r)**n)

#计算最终收益vreturnv

#使用return返回值total=getValue(1000,0.05,5)#调用函数getValueprint(f"本金：{b},年利率：{r:0.2%}，存期：{n}年,本金复利息和：{total:8.2f}")内置函数（1）dir()、type()、id()、help()、len()、sum()、max()、min()等输入函数input()和输出函数print()实现用户交互【例2.30】内置函数使用示例1>>>s="书山有路勤为径，学海无崖苦作舟">>>type(s)#返回对象s所属的数据类型。输出：<class'str'>>>>len(s)#返回字符串s的长度。输出：15>>>s1=[1,2,3,4,5]>>>max(s1)#返回列表s1的最大值。输出：5>>>min(s1)#返回列表s1的最小值。输出：1>>>sum(s1)/len(s1)#返回列表s1的平均值。输出：3.0内置函数（2）【例2.31】内置函数使用示例2（hello2.py）程序运行结果如下。name=input("what'syourname:")print("Hello,",name)模块函数通过import语句，可以导入模块module，然后使用module.function(arguments)的形式调用模块中的函数【例2.32】模块的导入示例1【例2.33】模块的导入示例2>>>importmath>>>math.sin(2)#输出：0.90929742682568170.9092974268256817>>>frommathimportsin>>>sin(2)#输出：0.90929742682568170.9092974268256817函数APIPython语言提供了海量的内置函数、标准库函数、第三方模块函数函数的调用方法由应用程序编程接口（API）确定Python典型的函数调用函数调用返回值说明print('Hello')在控制台输出字符串Hello内置函数len('Hello')5内置函数math.sin(1)0.8414709848078965math模块中的函数math.sqrt(-1.0)运行时错误负数的平方根random.random()0.3151503393010261random模块中的函数。注意，每次产生不同的随机数2.8类和对象创建类对象实例对象的创建和调用【例2.34】类和对象示例（Person.py）：定义类Person，创建其对象，并调用对象方法classPerson:#定义类PersondefsayHello(self):#定义类Person的函数sayHelloprint('Hello,howareyou?')p=Person()#创建对象p.sayHello()#调用对象的方法2.8类和对象创建类对象实例对象的创建和调用【例2.37】类和对象示例（Person.py）：定义类Person，创建其对象，并调用对象方法classPerson:#定义类PersondefsayHello(self):#定义类Person的函数sayHelloprint('Hello,howareyou?')p=Person()#创建对象p.sayHello()#调用对象的方法2.9模块和包包含Python代码的源文件（通常包含用户自定义的变量、函数和类）称之为模块，其扩展名为.py功能相近的模块可以组织成包，包是模块的层次性组织结构通过import语句，可以导入模块，并使用其定义的功能还可以使用from…import语句直接导入模块中的成员模块和包示例【例2.35】模块和包示例（module1.py）：求解一元二次方程x2+5x+6=0importmath

#导入标准模块matha=1;b=5;c=6#变量a、b和c分别指向int对象1、5和6x1=(-b+math.sqrt(b*b-4*a*c))/(2*a)#使用模块math中的函数sqrt求解平方根x2=(-b-math.sqrt(b*b-4*a*c))/(2*a)print('方程x*x+5*x+6=0的解为：',x1,x2)#输出一元二次方程的两个解2.10综合应用：turtle模块和海龟绘图所谓的海龟绘图，即假定一只海龟（海龟带着一只钢笔）在一个屏幕上来回移动，当它移动时会绘制直线。海龟可以沿直线移动指定的距离，也可以旋转一个指定的角度通过编写代码，可以控制海龟移动和绘图，从而绘制出图形turtle模块概述（1）导入turtle模块（2）创建海龟对象（turtle模块同时实现了函数模式，故也可以不创建海龟对象，直接调用函数绘图）（3）设置海龟的绘图属性（画笔的属性，颜色、画线的宽度）（4）控制和操作海龟绘图pendown()/pd()/down()#移动时绘制图形，缺省时为绘制penup()/pu()/up()#移动时不绘制图形forward(distance)/fd(distance)#向前移动distance指定的距离backward(distance)/bk(distance)/back(distance)#向后移动distance指定的距离控制和操作海龟绘图right(angle)/rt(angle)#向右旋转angle指定的角度left(angle)/lt(angle)#向左旋转angle指定的角度goto(x,y)/setpos(x,y)/setposition(x,y)#将画笔移动到坐标为(x,y)的位置dot(size=None,*color)#绘制指定大小的圆点circle(radius,extent=None,steps=None)#绘制指定大小的圆write(arg,move=False,align='left',font=('Arial',8,'normal'))#绘制文本stamp()#复制当前图形speed(speed)#画笔绘制的速度（[0,10]之间的整数）showturtle()/st()#显示海龟hideturtle()/ht()#隐藏海龟clear()#清除海龟绘制的图形reset()#清除海龟绘制的图形并重置海龟属性绘制正方形【例2.36】使用海龟绘图绘制一个正方形（square.py）importturtle#导入turtle模块p=turtle.Turtle()#创建海龟对象p.color("red")#设置绘制时画笔的颜色p.pensize(3)#定义绘制时画笔的线条宽度turtle.speed(1)#定义绘图的速度（“slowest”或者1）p.goto(0,0)#移动海龟到坐标原点(0,0)p.forward(100)#向前移动100p.right(90)#向右旋转90度p.forward(100)#向前移动100p.right(90)#向右旋转90度p.forward(100)#向前移动100p.right(90)#向右旋转90度p.forward(100)#向前移动100p.r