2.1 变量和简单数据类型
数据具有不同的类型，计算机可以处理各种类型的数据，如数值、字符、图形、音频、视频和网页等，不同类型的数据支持不同的运算操作。计算机处理的数据通常存放于内存单元中，机器语言和汇编语言通过内存单元地址访问内存单元，而高级语言则通过内存单元命名访问内存单元，命名的内存单元一般称为变量。本节主要介绍Python语言中的标识符、常量和变量、基本数据类型、运算符和表达式等基础知识。
2.1.1 标识符和变量
1.标识符
标识符在不同的应用环境下有不同的含义，一般用于标识某个实体。在计算机编程语言中，标识符是命名变量和函数等名字的有效字符集合。在Python语言中，包、模块、类、函数和变量等的名称必须为合法有效的标识符。
（1）合法的标识符
在Python中，标识符包括英文字母、数字及下画线，但要符合以下规则。
● 标识符必须以字母或下画线开始，不能以数字开始。
● 标识符区分英文字母的大小写。
● 标识符中不能出现分隔符、标点符号或运算符。
● 标识符不能使用关键字。
● 最好不要使用内置模块名、类型名、函数名、已经导入的模块名及其成员名作为标识符。
例如，a_int、c_float和_strname为正确的标识符；而100int、yes=no和or为错误的标识符。
Python 3对包、模块、类、函数和变量等命名所遵循的一般规则主要如下。
● 包名和模块名全部采用小写字母，应简单或有意义，可以使用下画线以增加可读性，如math、sys。
● 函数名全部采用小写字母，可以使用下画线以增加可读性，如my_function()、swap()。
● 类名每个单词首字母为大写，其余均为小写，如MyClass、Student。
● 变量名全部为小写字母，应简单或有意义，可以使用下画线以增加可读性，如n、age、number。
● 常量名全部为大写字母，应简单或有意义，可以使用下画线以增加可读性，如MIN、MAX。
（2）关键字
关键字是预定义的保留标识符。关键字有特殊的固定语法含义，不能在程序中被用户定义为普通标识符，否则将会产生编译错误。Python 3的关键字如表2-1所示。
表2-1 Python 3关键字
（3）下画线标识符
通常以下画线起始的标识符具有特殊意义。
● 以单下画线起始（_xxx）的标识符代表不能直接访问的类属性，需要通过类提供的接口进行访问，不能用“from xxx import ∗”导入。
● 以双下画线起始（__xxx）的标识符代表类的私有成员。
● 以双下画线起始和结尾（__xxx__）的标识符代表Python中特殊方法专用的标识，如__init__代表类的构造函数。
2.常量和变量
Python 3的对象可分为不可变对象（immutable）和可变对象（mutable）。不可变对象一旦创建，其值在运行中不能修改，可变对象的值在运行中可以修改。Python程序中表示数据的量可以分为两种：常量（不可变对象）和变量（可变对象）。
（1）常量
常量是指在程序执行过程中，其值不能发生改变的量，如3、-6、35.8和"xyz"等。但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语言只是使用约定，声明在程序运行中不会改变的量即为常量，通常使用全部大写字母（也可使用下画线增加可读性）表示常量名。例如，定义PI为常量的语句：>>>PI=3.14。
（2）变量
变量是指在程序执行过程中，其值可以发生改变的量。变量用变量名标识，如x、a1和n等为合法的变量名。
在Python中，不需要事先声明变量名及其类型，直接赋值使用即可根据变量的值自动创建各种类型的变量。例如，语句“n=5”，Python根据整数对象5自动创建了整型变量n，n指向整型对象5，即n赋值为5。
Python中的变量可指向某一个对象的引用，多个变量可以指向同一个对象。例如，语句“x=y=3”表示变量x和y指向整型对象3。
当给变量重新赋值时，并不改变原始对象的值，只是创建一个新对象，并由该变量指向新对象。例如，语句“n=10”表示新建一个整型对象10，并由变量n指向新的整型对象10，即变量值变为10。
2.1.2 基本数据类型
Python语言中提供了几种数据类型，包括数字（Number）、字符串（String）、列表（List）、元组（Tuple）、集合（Set）、字典（Dictionary）和序列（Sequence）等，下面分别进行介绍。
1.数字类型
数字属于Python不可变对象，即修改变量值时并不是真的修改变量的值，而是先把值存放到内存单元中，然后修改变量使其指向新的内存单元地址。Python中有4种数字类型，分别是int（整型）、float（浮点型）、bool（布尔型）和complex（复数型）。
（1）整型
整型数字就是没有小数部分的数值，包括正整数、0和负整数，且无大小限制。整数可以使用不同的进制来表示。
● 十进制整数。没有前缀，其数码为0～9，如12、9810和-167。
● 八进制整数。以0o作为前缀，其数码为0～7，八进制整数通常为无符号数，如0o13、0o100和0o2007，其对应的十进制数分别为11、64和1031。
● 十六进制整数。以0X或0x作为前缀，其数码为0～9，A～F或a～f（代表10～15），如0XB4、0xF0和0x34D，其对应的十进制数分别为180、240和845。
（2）浮点型
浮点型数字就是包含小数点的实数，如123.04、0.6789、-9.0909、56.3-e2、3.141e+18和-133.4e78等。
（3）布尔型
布尔型是用来表示逻辑“是”和“非”的一种类型，只有两个值，True和False。关于布尔值，Python中规定任何对象都可以用来判断其真假而用于条件、循环语句或逻辑运算中。对象判断中None、False、0值（0、0.0、0j）、空的序列值（''、［］、()），和空的映射值｛｝都为False；其他对象的值都为True。
（4）复数型
复数由两部分组成：实部和虚部。复数的基本形式为a+bj、a+bJ或complex（a,b）。其中，a是实部，b是虚部。如3.33j、-23-1.12j、-812. j、.156j、（9.19+3e-27j）、-3.12+0J和1.9+e-1j等。
2.字符串类型
字符串是Python中最常用的数据类型，可以使用单引号、双引号或三引号来创建字符串。如'Hello World'、"Python"、'''Yes123'''等。
3.其他类型
1）序列：序列是Python中一种最基本的数据结构，序列中每个元素都有一个与位置相关的序号，称为索引。通过索引可以访问序列元素，从而进行各种处理。
2）列表：列表是一种序列类型。用一对方括号“［］”将元素括起来，以逗号进行分隔。列表中元素的类型可以不相同，如［3,5,7.9］、［'gkh', 'yuv',4］和［True,5,7, 'cde'］等。
3）元组：元组也是一种序列类型。用一对圆括号“()”将元素括起来，以逗号隔开，元素类型可相同也可不同，如（2,4,6）、（False, 'abc',2）和（'gkh', 'yuv',3.7）等。
4）集合：集合是无序但不重复元素的序列。用一对花括号“｛｝”将元素括起来，以逗号隔开，如｛'Tom'，'Jim'，'Jack'，'Luse'｝。
5）字典：字典是Python中唯一内建的映射类型，是一个无序的“键：值”对集合，可用来实现通过数据查找关联数据的功能。字典用大括号“｛｝”来表示，键和值之间用冒号隔开，如｛'Jack'：1134，'Tom'：2310，'Luse'：6617｝。
列表、元组、集合和字典的使用详见第3章。
2.1.3 运算符和表达式
在计算机程序中，运算符是表示实现某种运算的符号。表达式是由运算符（操作符）和运算数（操作数）组成的式子，即操作数、运算符和圆括号按照一定规则连接起来组成表达式。运算符是表示对操作数进行何种运算的符号，如+、-、∗、/等运算。操作数包含常量、变量和函数等。表达式通过运算产生运算结果，返回结果对象，运算结果对象的类型由操作数和运算符共同决定。下面分别介绍运算符、表达式及其相关知识。
1.运算符
Python语言支持以下类型的运算符：算术运算符、关系（比较）运算符、赋值运算符、逻辑运算符、位运算符、成员运算符和身份运算符。
（1）算术运算符
算术运算符实现数学运算，其运算对象通常是数值型数据。Python中的算术运算符如表2-2所示，假设变量x为10，变量y为3。
表2-2 算术运算符
（2）关系运算符
关系运算符用于对两个值进行比较，即对两个操作数对象的大小关系进行判断，运算结果为True（真）或False（假）。Python中的关系运算符如表2-3所示，假设变量x为10，变量y为20。
表2-3 比较运算符
（3）赋值运算符
赋值运算要求左操作数对象必须是值可以修改的变量。Python中的赋值运算符如表2-4所示。
表2-4 赋值运算符
（4）逻辑运算符
逻辑运算符可以将多个关系运算连接起来，形成更复杂的条件判断。逻辑运算的运算结果为True（真）或False（假）。Python中的逻辑运算符如表2-5所示。如变量值为数值型，则0被认为是False，其余值均被认为是True。
表2-5 逻辑运算符
（5）位运算符
位运算符只适用于整数，运算规则是将整数转换为二进制形式（注意采用补码表示），按最低位对齐，缺少的高位补0，然后对二进制数进行逐位运算，最后将得到的二进制数据再转换为十进制数。Python中的位运算符如表2-6所示。假设变量x为0000 0001，变量y为0011 1101。
表2-6 位运算符
注意：按位取反时最高位（通常为符号位）也一起变反，因此，正数按位取反后变成了负数（符号位0变为1），而负数按位取反后变成了正数（符号位1变为0）。因此，按位取反的运算规则是：～0=1，～1=0，对于一个整数x来说，～x=-（x+1）。
例如，以8位二进制位为例计算～5。其计算过程如下。
● 变换为二进制数：（5）10=（00000101）2。
● 按位取反：～5=～（00000101）2=（11111010）2，最高位为1，因此它是一个负数的二进制补码形式。
● 转换为十进数：（11111010）2其对应的原码是（00000110）2（转换原则：除符号位外其余各位变反，然后整体加1，得到该整数的原码），其对应的十进制整数为-6。
（6）成员运算符
成员运算符用于判断一个可迭代对象（序列、集合或字典）中是否包含某个元素（成员）。Python中的成员运算符如表2-7所示。
表2-7 成员运算符
（7）身份运算符
身份运算符用于比较两个对象的存储单元是否相同。Python中的身份运算符如表2-8所示。
表2-8 身份运算符
2.表达式
表达式是将不同类型的数据（常量、变量或函数）用运算符按照一定的规则连接起来的式子。因此，表达式由值、变量和运算符等组成。
在一个表达式中，Python会根据运算符的优先级和结合性进行运算。对于具有不同优先级的运算符，会先完成高优先级的运算，再完成低优先级的运算；对于具有相同优先级的运算符，其运算顺序由结合性来决定。结合性包括左结合和右结合两种，左结合是按照从左向右的顺序完成计算，如1+2+5被计算成（1+2）+5；而右结合是按照从右向左的顺序完成计算，如赋值运算符，即x=y=z被处理为x=（y=z）。
前面所介绍的各运算符的优先级如表2-9所示。优先级值越小，表示优先级越高。
表2-9 运算符优先级
（续）
如果不确定运算符的优先级和结合性，或希望不按优先级和结合性规定的顺序完成计算，可以使用圆括号改变计算顺序。