3. Неформальное знакомство с Python¶

3.1.1. Числа¶

Интерпретатор действует как простой калькулятор: вы можете ввести в него выражение, и оно запишет значение. Синтаксис выражения прост: операторы +, -, * и / могут использоваться для выполнения арифметических действий; круглые скобки (()) могут использоваться для группировки. Например:

>>> 2 + 2
4
>>> 50 - 5*6
20
>>> (50 - 5*6) / 4
5.0
>>> 8 / 5  # division always returns a floating point number
1.6

Целые числа (например, 2, 4, 20) имеют тип int, числа с дробной частью (например, 5.0, 1.6) имеют тип float. Подробнее о числовых типах мы поговорим позже в этом руководстве.

Деление (/) всегда возвращает значение с плавающей точкой. Чтобы выполнить floor division и получить целочисленный результат, вы можете использовать оператор //; для вычисления остатка вы можете использовать %:

>>> 17 / 3  # classic division returns a float
5.666666666666667
>>>
>>> 17 // 3  # floor division discards the fractional part
5
>>> 17 % 3  # the % operator returns the remainder of the division
2
>>> 5 * 3 + 2  # floored quotient * divisor + remainder
17

В Python можно использовать оператор ** для вычисления степеней [1]:

>>> 5 ** 2  # 5 squared
25
>>> 2 ** 7  # 2 to the power of 7
128

Знак равенства (=) используется для присвоения значения переменной. После этого результат не отображается до следующего интерактивного запроса:

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

Если переменная не «определена» (ей не присвоено значение), попытка ее использования приведет к ошибке:

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

Существует полная поддержка операций с плавающей запятой; операторы со смешанным типом операндов преобразуют целочисленный операнд в число с плавающей запятой:

>>> 4 * 3.75 - 1
14.0

В интерактивном режиме последнее напечатанное выражение присваивается переменной _. Это означает, что при использовании Python в качестве настольного калькулятора несколько проще продолжать вычисления, например:

>>> tax = 12.5 / 100
>>> price = 100.50
>>> price * tax
12.5625
>>> price + _
113.0625
>>> round(_, 2)
113.06

Пользователь должен рассматривать эту переменную как доступную только для чтения. Не присваивайте ей значения явно - вы бы создали независимую локальную переменную с таким же именем, маскирующую встроенную переменную с ее волшебным поведением.

В дополнение к int и float, Python поддерживает другие типы чисел, такие как Decimal и Fraction. Python также имеет встроенную поддержку complex numbers и использует суффикс j или J для обозначения мнимой части (например, 3+5j).

3.1.2. Текст¶

Python может манипулировать текстом (представленным типом str, так называемыми «строками»), а также числами. Сюда входят символы «!», слова «rabbit», имена «Paris», предложения «Got your back.», и т.д.. «Yay! :)». Они могут быть заключены в одинарные кавычки ('...') или двойные кавычки ("...") с тем же результатом [2].

>>> 'spam eggs'  # single quotes
'spam eggs'
>>> "Paris rabbit got your back :)! Yay!"  # double quotes
'Paris rabbit got your back :)! Yay!'
>>> '1975'  # digits and numerals enclosed in quotes are also strings
'1975'

Чтобы заключить цитату в кавычки, нам нужно «экранировать» ее, поставив перед ней \. В качестве альтернативы мы можем использовать кавычки другого типа:

>>> 'doesn\'t'  # use \' to escape the single quote...
"doesn't"
>>> "doesn't"  # ...or use double quotes instead
"doesn't"
>>> '"Yes," they said.'
'"Yes," they said.'
>>> "\"Yes,\" they said."
'"Yes," they said.'
>>> '"Isn\'t," they said.'
'"Isn\'t," they said.'

В оболочке Python определение строки и выводимая строка могут выглядеть по-разному. Функция print() обеспечивает более удобочитаемый вывод, исключая заключенные в кавычки и выводя экранированные и специальные символы:

>>> s = 'First line.\nSecond line.'  # \n means newline
>>> s  # without print(), special characters are included in the string
'First line.\nSecond line.'
>>> print(s)  # with print(), special characters are interpreted, so \n produces new line
First line.
Second line.

Если вы не хотите, чтобы символы, начинающиеся с \, интерпретировались как специальные символы, вы можете использовать необработанные строки, добавив r перед первой кавычкой:

>>> 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

У необработанных строк есть один тонкий аспект: необработанная строка может не заканчиваться нечетным числом символов \; дополнительную информацию и способы обхода смотрите в разделе the FAQ entry.

Строковые литералы могут занимать несколько строк. Одним из способов является использование тройных кавычек: """...""" или '''...'''. Окончания строк автоматически включаются в строку, но это можно предотвратить, добавив \ в конце строки. Следующий пример:

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

выдает следующий результат (обратите внимание, что начальный символ новой строки не включен):

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

Строки могут быть объединены (склеены) с помощью оператора + и повторены с помощью *:

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

Два или более строковых литерала (т.е. заключенных в кавычки), расположенных рядом друг с другом, автоматически объединяются.

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

Эта функция особенно полезна, когда вы хотите разорвать длинные строки:

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

Однако это работает только с двумя литералами, а не с переменными или выражениями:

>>> 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

Если вы хотите объединить переменные или переменную и литерал, используйте +:

>>> prefix + 'thon'
'Python'

Строки могут быть индексированными (подписанными), при этом первый символ имеет индекс 0. Отдельного типа символов не существует; символ - это просто строка размером один:

>>> word = 'Python'
>>> word[0]  # character in position 0
'P'
>>> word[5]  # character in position 5
'n'

Индексы также могут быть отрицательными числами, если начинать отсчет справа:

>>> word[-1]  # last character
'n'
>>> word[-2]  # second-last character
'o'
>>> word[-6]
'P'

Обратите внимание, что поскольку -0 совпадает с 0, отрицательные индексы начинаются с -1.

В дополнение к индексации также поддерживается нарезка. В то время как индексация используется для получения отдельных символов, нарезка позволяет получить подстроку:

>>> word[0:2]  # characters from position 0 (included) to 2 (excluded)
'Py'
>>> word[2:5]  # characters from position 2 (included) to 5 (excluded)
'tho'

Индексы срезов имеют полезные значения по умолчанию; пропущенный первый индекс по умолчанию равен нулю, пропущенный второй индекс по умолчанию равен размеру разрезаемой строки.

>>> word[:2]   # character from the beginning to position 2 (excluded)
'Py'
>>> word[4:]   # characters from position 4 (included) to the end
'on'
>>> word[-2:]  # characters from the second-last (included) to the end
'on'

Обратите внимание, что начало всегда включено, а конец всегда исключен. Это гарантирует, что s[:i] + s[i:] всегда равно s:

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

Один из способов запомнить, как работают срезы, - это представить индексы как указывающие между символами, при этом левый край первого символа имеет номер 0. Тогда правый край последнего символа строки из n символов имеет индекс n, например:

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

Первая строка чисел указывает положение индексов от 0 до 6 в строке; вторая строка содержит соответствующие отрицательные индексы. Фрагмент от i до j состоит из всех символов, расположенных между краями, обозначенными i и j соответственно.

Для неотрицательных индексов длина среза равна разности индексов, если оба находятся в пределах допустимых значений. Например, длина word[1:3] равна 2.

Попытка использовать слишком большой индекс приведет к ошибке:

>>> 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

Однако индексы срезов, выходящие за пределы диапазона, корректно обрабатываются при использовании для нарезки:

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

Строки Python изменить нельзя - они имеют значение immutable. Таким образом, присвоение индексированной позиции в строке приводит к ошибке:

>>> 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

Если вам нужна другая строка, вам следует создать новую:

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

Встроенная функция len() возвращает длину строки:

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

3.1.3. Списки¶

В Python известно несколько типов данных compound, используемых для группировки других значений. Наиболее универсальным является list, который может быть записан как список значений (элементов), разделенных запятыми, в квадратных скобках. Списки могут содержать элементы разных типов, но обычно все элементы имеют один и тот же тип.

>>> squares = [1, 4, 9, 16, 25]
>>> squares
[1, 4, 9, 16, 25]

Подобно строкам (и всем другим встроенным типам sequence), списки можно индексировать и разбивать на части:

>>> squares[0]  # indexing returns the item
1
>>> squares[-1]
25
>>> squares[-3:]  # slicing returns a new list
[9, 16, 25]

Списки также поддерживают такие операции, как объединение:

>>> squares + [36, 49, 64, 81, 100]
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

В отличие от строк, которые имеют immutable, списки относятся к типу mutable, т.е. их содержимое можно изменять:

>>> cubes = [1, 8, 27, 65, 125]  # something's wrong here
>>> 4 ** 3  # the cube of 4 is 64, not 65!
64
>>> cubes[3] = 64  # replace the wrong value
>>> cubes
[1, 8, 27, 64, 125]

Вы также можете добавлять новые элементы в конец списка, используя метод list.append() * (подробнее о методах мы расскажем позже).:

>>> cubes.append(216)  # add the cube of 6
>>> cubes.append(7 ** 3)  # and the cube of 7
>>> cubes
[1, 8, 27, 64, 125, 216, 343]

Простое присвоение в Python никогда не приводит к копированию данных. Когда вы присваиваете список переменной, переменная ссылается на существующий список. Любые изменения, которые вы вносите в список с помощью одной переменной, будут видны через все другие переменные, которые ссылаются на нее.:

>>> rgb = ["Red", "Green", "Blue"]
>>> rgba = rgb
>>> id(rgb) == id(rgba)  # they reference the same object
True
>>> rgba.append("Alph")
>>> rgb
["Red", "Green", "Blue", "Alph"]

Все операции с фрагментами возвращают новый список, содержащий запрошенные элементы. Это означает, что следующий фрагмент возвращает shallow copy из списка:

>>> correct_rgba = rgba[:]
>>> correct_rgba[-1] = "Alpha"
>>> correct_rgba
["Red", "Green", "Blue", "Alpha"]
>>> rgba
["Red", "Green", "Blue", "Alph"]

Также возможно назначение фрагментов, и это может даже изменить размер списка или полностью очистить его:

>>> letters = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']
>>> letters
['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']
>>> # replace some values
>>> letters[2:5] = ['C', 'D', 'E']
>>> letters
['a', 'b', 'C', 'D', 'E', 'f', 'g']
>>> # now remove them
>>> letters[2:5] = []
>>> letters
['a', 'b', 'f', 'g']
>>> # clear the list by replacing all the elements with an empty list
>>> letters[:] = []
>>> letters
[]

Встроенная функция len() также применима к спискам:

>>> letters = ['a', 'b', 'c', 'd']
>>> len(letters)
4

Можно вставлять списки (создавать списки, содержащие другие списки), например:

>>> a = ['a', 'b', 'c']
>>> n = [1, 2, 3]
>>> x = [a, n]
>>> x
[['a', 'b', 'c'], [1, 2, 3]]
>>> x[0]
['a', 'b', 'c']
>>> x[0][1]
'b'