1.3 Python基本语法

Python语言与Perl、C和Java等语言有许多相似之处，但也存在一些差异。下面介绍Python的基础语法，帮助读者快速学会Python编程。

1.3.1 保留字和标识符

标识符是用于识别类、变量、函数、序列、元组、字典、函数以及其他对象的名字，标识符可以包含字母、数字及下划线。Python保留字（又称关键字）是Python语言中已经被赋予特定意义的单词集合。开发程序时，不能把这些保留字作为变量、函数、类、模块和其他对象的标识符来使用。

在Python IDE中输入“import keyword keyword.kwlist”，列出所有的Python保留字，图1-27为Python的保留字。

Python保留字的说明如表1-1所示。

1.3.2 变量和数据类型

Python处理的数据类型非常丰富，下面分别进行说明。

1.Python变量

Python中的变量不需要声明。每个变量在使用前都必须赋值，变量赋值以后该变量才会被创建。在Python中，变量就是变量，没有类型，我们所说的“类型”是变量所指的内存中对象的类型。

赋值号（=）用来给变量赋值。赋值号（=）运算符左边是一个变量名，赋值号（=）运算符右边是存储在变量中的值。在Python Shell中的变量实例如下。

Python允许同时为多个变量赋值。

例如：a = b = c = 1。创建一个整型对象，值均为1，三个变量被分配到相同的内存空间上。

在Python中，也可以为多个对象指定多个变量。

例如：a, b, c = 1, 2, "hellow"。将两个整型对象1和2分配给变量a和b，字符串对象"hellow" 分配给变量c。

可以使用del语句删除一些对象引用，del语句的语法如下。

2.Python数据类型

Python中有如下几个标准的数据类型。

需要注意的是，在Python2中是没有布尔型数据的，而是用数字0表示False，用1表示True。在Python3中，True和False被定义成了关键字，但它们的值还是1和0，可以和数字相加。

1）Number（数字）

Python3支持int、float、bool、complex（复数）数据类型，例如：

在Python Shell中的数字实例如下。

另外，Python还支持复数，复数由实数部分和虚数部分构成，可以用a+bj或者complex(a,b)表示，复数的实数部分a和虚数部分b都是浮点型，例如：

2）String（字符串）

Python中的字符串用单引号或双引号引起来，同时使用反斜杠（\）转义特殊字符。

字符串截取的语法格式：变量[头下标:尾下标]。

索引值以0为开始值，-1为从末尾的开始位置。

加号（+）是字符串的连接符，星号（*）表示复制当前字符串，紧跟的数字为复制的次数。在Python Shell中的字符串实例如下。

需要注意的是，Python没有单独的字符类型，一个字符就是长度为1的字符串。

3）List（列表）

List（列表）是Python中使用最频繁的数据类型。

列表可以完成大多数集合类的数据结构实现。列表中元素的类型可以不相同，它支持数字、字符串，甚至可以包含列表（嵌套）。列表是写在方括号之间，用逗号分隔开的元素列表。和字符串一样，列表同样可以被索引和截取，列表被截取后返回一个包含所需元素的新列表。

列表截取的语法格式：变量[头下标:尾下标]。索引值以0为开始值，-1为从末尾的开始位置。加号（+）是列表连接运算符，星号（*）表示重复操作。在Python Shell中的列表实例如下。

与Python字符串不一样的是，列表中的元素是可以改变的，List内置了很多方法，例如append()、pop()等。需要注意如下几点。

（1）List写在方括号之间，元素用逗号隔开。

（2）和字符串一样，List可以被索引和切片。

（3）List可以使用+操作符进行拼接。

（4）List中的元素是可以改变的。

4）Tuple（元组）

元组与列表类似，不同之处在于元组的元素不能修改。元组写在小括号里，元素之间用逗号隔开，元组中的元素类型也可以不相同。在Python Shell中的元组实例如下。

元组与字符串类似，可以被索引且下标索引从0开始，-1为从末尾开始的位置。元组也可以截取，其实，可以把字符串看作一种特殊的元组。虽然Tuple的元素不可改变，但它可以包含可变的对象。String、List和Tuple都属于Sequence（序列）。

注意如下几点。

（1）与字符串一样，元组的元素不能修改。

（2）元组也可以被索引和切片。

（3）注意构造包含0或1个元素的元组的特殊语法规则。

（4）元组也可以使用+操作符进行拼接。

5）Set（集合）

集合（Set）是一个无序不重复元素的序列。基本功能是进行成员关系测试和删除重复元素。

可以使用大括号{ }或者Set()函数创建集合，创建一个空集合必须用Set()而不是{ }，因为{}专门用来创建空字典。

创建格式：parame={value01,value02,...} 或者set(value)。

在Python Shell中的集合实例如下。

6）Dictionary（字典）

字典（Dictionary）是Python中另一个非常有用的内置数据类型。

列表是有序的对象结合，字典是无序的对象集合。两者之间的区别在于字典中的元素是通过键来存取的，而不是通过偏移存取。

字典是一种映射类型，用{}标识，它是一个无序的键（Key）：值（Value）对集合。

键（Key）必须使用不可变类型。在同一个字典中，键（Key）必须是唯一的。

在Python Shell中的字典实例如下。

构造函数dict()可以直接从键值对序列中构建字典，示例如下。

另外，字典类型也有一些内置的函数，例如clear()、keys()、values()等。

注意以下几点。

（1）字典是一种映射类型，它的元素是键值对。

（2）字典的关键字必须为不可变类型，且不能重复。

（3）创建空字典使用{}。

3.Python数据类型转换

有时候需要对数据内置的类型进行转换。转换数据类型时，只需要将数据类型作为函数名即可。

表1-2为几个典型的可以执行数据类型之间转换的内置函数，这些函数返回一个新的对象，表示转换的值。

1.3.3 基本控制结构

Python基本控制结构包括顺序结构、选择结构和循环结构。

1.if语句

Python条件语句通过一条或多条语句的执行结果（True或者False）来决定执行的代码块。

Python中if语句的一般形式如下。

如果condition_1为True，将执行statement_block_1块语句；如果condition_1为False，将判断condition_2，如果condition_2为True，将执行statement_block_2块语句；如果condition_2为False，将执行statement_block_3块语句。

注意以下几点。

（1）Python中用elif代替了else if，所以if语句的关键字为：if-elif-else。

（2）每个条件后面要使用冒号（:），表示接下来是满足条件后要执行的语句块。

（3）使用缩进来划分语句块，相同缩进数的语句在一起组成一个语句块。

（4）在Python中没有switch-case语句。

下面展示一个简单的if实例。

if中常用的操作运算符有：＜（小于）、＜=（小于或等于）、＞（大于）、＞=（大于或等于）、==（等于，比较对象是否相等）和!=（不等于）。

2.if嵌套

在嵌套if语句中，可以把if-elif-else结构放在另外一个if-elif-else结构中，一般形式如下。

例如，在Python编辑器中输入以下代码，保存到“embedded_if.py”文件中。

执行后输出结果如下。

3.循环语句while

Python中while语句的一般形式如下。

同样需要注意冒号和缩进。另外，在Python中没有do-while循环。

以下实例使用了while来计算1到100的总和。

执行结果为“1到100之和为：5050”。

4.while循环使用else语句

在while-else语句中，当条件语句为false时，执行else的语句块。

简单实例如下。

执行以上脚本，输出结果如下。

5.循环语句for语句

Python的for循环可以遍历任何序列的项目，如一个列表或者一个字符串。

for循环的一般格式如下。

在Python Shell中的for循环实例如下。

for实例可使用break语句，break语句用于跳出当前循环体。

6.range()函数

如果需要遍历数字序列，可以使用内置range()函数，它会生成数列，实例如下。

也可以设置间隔，实例如下。

7.break和continue语句及循环中的else子句

break语句可以跳出for和while的循环体。如果从for或while循环中终止，任何对应的循环else块将不执行。continue语句用于告诉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。

8.pass语句

pass是空语句，是为了保持程序结构的完整性。pass不起任何作用，一般用作占位语句，实例如下。

9.使用内置enumerate()函数进行遍历

该函数使用格式如下。

在Python Shell中的实例如下。

输出结果如下。

10.循环嵌套

使用while循环嵌套来实现99乘法法则的代码如下。

for循环嵌套的使用实例如下。

输出结果如下。

1.3.4 运算符

Python语言和C语言、Java、PHP等一样，都离不开运算操作，运算操作要用到运算符。Python运算符可以分为算术运算符、比较运算符、逻辑运算符、赋值运算符、成员运算符、身份运算符以及位运算符等，如表1-3所示。

1.3.5 函数

函数是组织好的、可重复使用的、用来实现单一或相关联功能的代码段。函数能提高应用的模块性和代码的重复利用率。Python提供了许多内置函数，比如print()。当然，也可以创建自己的函数，即用户自定义函数。

1.定义一个函数

可以定义一个具有自己想要功能的函数，以下是简单的规则。

（1）函数代码块以def关键词开头，后接函数标识符名称和圆括号（）。

（2）任何传入参数和自变量必须放在圆括号中间，圆括号之间可以用于定义参数。

（3）函数的第一行语句可以选择性地使用文档字符串（-）用于存放函数说明。

（4）函数内容以冒号起始，并且缩进。

（5）使用return表达式结束函数，选择性地返回一个值给调用方。不带表达式的return相当于返回None。

函数定义语法格式如下。

默认情况下，参数值和参数名称是按函数声明中定义的顺序匹配起来的。

函数应用实例如下。

以上实例输出结果如下。

2.函数调用

定义一个函数以后，可以通过另一个函数调用执行，也可以直接从Python命令提示符中执行。

如下实例中调用了printstr()函数。

以上实例输出结果如下。

3.参数传递

在Python中，类型属于对象，变量是没有类型的，例如：

以上代码中，[1,2,3]是List类型，"Hellow"是String类型，而变量a是没有类型，仅仅是一个对象的引用（一个指针），可以是List类型对象，也可以指向String类型对象。

4.可更改与不可更改对象

在Python中，Strings、Tuples以及Numbers是不可更改的对象，而List、Dict等则是可以更改的对象。

（1）不可变类型：变量赋值a=8后再赋值a=10，这里实际是新生成一个int值对象10，再让a指向它，而8被丢弃，不是改变a的值，相当于新生成了a。

（2）可变类型：变量赋值pa=[1,2,3,4]后，再赋值pa[2]=5，则是将List pa的第三个元素值更改，本身pa没有动，只是其内部的一部分值被修改了。

Python函数的参数传递如下。

（1）不可变类型：类似于C++的值传递，如整数、字符串、元组。例如，fun（x）传递的只是x的值，没有影响x对象本身。若在fun（x）内部修改x的值，则只是修改另一个复制的对象，不会影响x本身。

（2）可变类型：类似于C++的引用传递，如列表、字典。例如，Fun（pa）是将pa真正地传过去，修改后fun外部的pa也会受影响。

Python中一切都是对象，严格来说，不应该说成值传递或是引用传递，应该说传不可变对象和传可变对象。

Python传不可变对象实例如下。

实例中有整型对象2，指向它的变量是b，在传递给ChangeInt()函数时，按传值的方式复制的变量b，x和b都指向了同一个Int对象，在x=10时，则新生成一个Int值对象10，并让x指向它。

可变对象在函数里修改了参数，那么在调用这个函数时，函数的原始参数也被改变了，例如：

传入函数的对象和在末尾添加新内容的对象用的是同一个引用，因此输出结果如下。

5.参数

调用函数时可使用的正式参数类型如下。

1）必需参数

必需参数要以正确的顺序传入函数，调用时的参数数量必须和声明时的参数数量一样。

调用printstr()函数，必须传入一个参数，不然会出现语法错误，例如：

以上实例输出结果如下。

2）关键字参数

关键字参数允许传入0个或任意一个含参数名的参数，这些关键字参数在函数内部自动组成为一个Dict，例如：

输出结果如下。

3）默认参数

调用函数时，如果没有传递参数，则会使用默认参数。以下实例中，如果没有传入age参数，则使用默认值。

以上实例输出结果如下。

4）不定长参数

如果需要一个函数能处理比当初声明时更多的参数，这些参数叫作不定长参数，和上述几种参数不同，参数声明时不会命名，基本语法如下。

加了星号（*）的变量名会存放所有未命名的变量参数。如果在函数调用时没有指定参数，它就是一个空元组，也可以不向函数传递未命名的变量。不定长参数实例如下。

以上实例输出结果如下。

6.匿名函数

Python使用lambda来创建匿名函数。所谓匿名，意即不再使用def语句这样标准的形式定义一个函数。lambda只是一个表达式，函数体比def函数简单很多。

lambda的主体是一个表达式，而不是一个代码块，只能在lambda表达式中封装有限的逻辑。lambda函数拥有自己的命名空间，且不能访问自己参数列表之外或全局命名空间里的参数。

虽然lambda函数看起来只能写一行，却不等同于C或C++的内联函数，后者的目的是调用小函数时不占用栈内存从而提高运行效率。

lambda函数的语法只包含一个语句：

实例如下。

以上实例输出结果如下。

7.return语句

return语句用于退出函数，选择性地向调用方返回一个表达式。不带参数值的return语句返回None。之前的实例中都没有示范如何返回数值，以下实例演示了return语句的用法。

以上实例输出结果如下。

8.变量作用域

在Python中，程序的变量并不是在哪个位置都可以访问的，访问权限决定于这个变量是在哪里赋值的。变量的作用域决定了哪一部分程序可以访问哪个特定的变量名称。Python的作用域一共有4种，分别如下。

（1）L（Local）：局部作用域。

（2）E（Enclosing）：闭包函数外的函数中。

（3）G（Global）：全局作用域。

（4）B（Built-in）：内建作用域。

在Python中，以L＞E＞G＞B规则查找变量，即在局部找不到时，便会去局部外的局部查找（例如闭包），若依然找不到，则会去全局查找，再去内建中查找。

Python中只有模块（module）、类（class）以及函数（def、lambda）会引入新的作用域，其他的代码块（如if-elif-else、try-except、for-while等）是不会引入新的作用域的，也就是说外部也可以访问这些语句内定义的变量，示例如下。

实例中msg变量定义在if语句块中，但外部还是可以访问的。

如果将msg定义在函数中，则它就是局部变量，外部不能访问。

从报错的信息上看，说明了msg_inner未定义无法使用，因为它是局部变量，只有在函数内可以使用。

9.全局变量和局部变量

定义在函数内部的变量拥有一个局部作用域，定义在函数外的变量拥有全局作用域。局部变量只能在其被声明的函数内部访问，而全局变量可以在整个程序范围内访问。调用函数时，所有在函数内声明的变量名称都将被加入到作用域中，实例如下。

以上实例输出结果如下。

10.global和nonlocal关键字

当内部作用域想修改外部作用域的变量时，就要用到global和nonlocal关键字。在以下实例中将修改全局变量num。

以上实例输出结果如下。

如果要修改嵌套作用域（enclosing作用域，外层非全局作用域）中的变量，则需要使用nonlocal关键字，实例如下。

以上实例输出结果如下。

另外，要注意一种特殊情况，假设下面这段代码被运行。

执行以上程序，报错信息如下。

错误信息为局部作用域引用错误，因为test()函数中的a使用的是局部未定义的变量，无法修改。

1.3.6 with语句

Python中有很多任务需要事先设置和事后清理，在这种情况下，使用with语句处理会非常方便。一个典型的例子就是文件处理，读取文件的一般代码如下。

用户有时可能会忘记关闭文件，或者在读取数据时发生异常，没有进行任何处理，这时使用with可以很好地处理这些问题，使用with语句的代码如下。

with的使用格式如下。

with后面为一个表达式，表达式被求值后，返回对象的__enter__()方法被调用，这个方法的返回值将被赋值给as后面的变量，方便之后操作。然后执行with block代码块，不论成功、错误或异常，在with block执行结束后，会调用前面返回对象的__exit__()方法。

1.3.7 字符串操作

字符串是Python中最常用的数据类型，可以使用单引号或双引号来表示字符串。创建字符串很简单，只要为变量分配一个值即可，例如：

1.访问字符串中的值

Python不支持字符类型，在Python中单字符也作为一个字符串使用。在Python中，可以使用方括号来截取字符串，例如：

2.字符串运算符

假设变量s1值为"Hello"，变量s2的值为"Python"，则字符串运算如下。

s1+s2的值为'HelloPython'。

s1*2的值为'HelloHello'。

"H"in s1的值为True。

"M"not in s1的值为True。

r'\n' 的值为\n，r接的字符串为原始字符串，所有的字符串都是直接按照字面的意思来使用。

3.字符串内置函数

Python字符串的操作大部分是通过Python的字符串内置函数实现的，字符串的内置函数列表如图1-28所示。

Python的字符串常用内置函数说明如表1-4所示。

1.3.8 异常处理

异常即是一个事件，该事件会在程序执行过程中发生，影响程序的正常执行。一般情况下，在Python无法正常处理程序时，就会发生一个异常。异常是Python对象，表示一个错误。当Python脚本发生异常时，我们需要捕获处理它，否则程序会终止执行。

捕捉异常可以使用try-except语句。try-except语句用来检测try语句块中的错误，从而让except语句捕获异常信息并处理。如果不想在异常发生时结束程序，则要在try里捕获它。

以下为简单的try-except-else的语法。

Try的工作原理是，当开始一个try语句后，Python就在当前程序的上下文中做标记，这样当异常出现时就可以回到这里，try子句先执行，接下来会发生什么依赖于执行时是否出现异常。

如果try后的语句执行时发生异常，Python就跳回到try并执行第一个匹配该异常的except子句，异常处理完毕，控制流就通过整个try语句（除非在处理异常时又引发新的异常）。

如果在try后的语句里发生了异常，却没有匹配的except子句，异常将被递交到上层的try，或者到程序的最上层（这样将结束程序，并打印默认的出错信息）。

如果在try子句执行时没有发生异常，Python将执行else语句后的语句（如果有else的话），然后控制流通过整个try语句。

下面是简单的实例，将打开一个文件，在该文件中写入内容，且并未发生异常。

以上程序输出结果如下。

下面的实例中，将打开一个文件，在该文件中写入内容，但该文件没有写入权限，因此发生了异常。

在执行代码前为了测试方便，可以先去掉testfile文件的写权限，命令如下。

再执行以上代码。

也可以使用相同的except语句来处理多个异常信息，示例如下。

例如：

当在try块中抛出一个异常时，立即执行finally块代码。finally块中的所有语句执行后，异常被再次触发，并执行except块代码。

可以使用raise语句自己触发异常，raise语法格式如下。

语句中Exception是异常的类型（例如NameError），参数是一个异常参数值。该参数是可选的，如果不提供，异常的参数是None。最后一个参数是可选的（在实践中很少使用），如果存在，则是跟踪异常对象。

一个异常可以是一个字符串、类或对象。Python的内核提供的异常，大多数都是实例化的类，可以理解为一个类的实例的参数。

定义异常的方法非常简单，示例如下。

需要注意的是，为了能够捕获异常，except语句必须用相同的异常来抛出类对象或者字符串。

例如，捕获以上异常，except语句如下所示。

例如：

执行以上代码，输出结果如下。