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跟哥一起学python(3)- 理解“变量”
我们把前面的程序稍微改一下,来了解python中的变量。
# file: ./4/4_1.py # 定义变量 hello_str = "hello, world!" # 字符串打印 print(hello_str)
建议通过视频来学习本节内容: 查看本节视频
这段代码实现的功能也是在终端打印出“hello,world!”这一字符串。与我们最开始那个程序不同的是,它定义了一个变量“hello_str”用于存储这个字符串,然后再调用print函数输出。
本节我们来学习什么是变量? 变量,顾名思义就是可以变化的一个数据,与其对应的不能改变的数据,叫做“常量”。
变量和常量,是所有编程语言的一个基本概念。
Python里面没有专门定义常量的语法,通常用变量来替代,所以我们不专门介绍常量。
抽象了看,所有的程序,无论大小,其本质都是在操作一系列的数据按照我们预设的逻辑去运算。这些数据在运算过程中,会被临时存储在内存中,我们可以认为变量就是对这些存储空间的一个命名。我们可以在代码中通过使用变量,来达到操作对应数据的目的,而不需要感知这个数据具体是怎么被计算机存储的。
我们通过pycharm来调试该段代码,看看变量是如何存储数据的:
我们通过id(hello_str)来获取变量hello_str的地址,这个地址是我们看来很奇怪的一串值。其实这个值是一个内存地址,它指向的是一段内存空间的起始位置。“hello,world!”这一串字符就存储在这段内存空间中。 变量的存储空间是堆(heap)和栈(stack)。堆栈是有很大区别的,在C语言里面你需要非常清晰的搞清楚它们,但是python封装得更好,不需要太去深究它们。如果感兴趣,你可以参考下图,或者百度。
总结一下,变量是用来临时存储数据的,它本质上指向的是一段存储空间的起始地址。 Python里面,对于变量的命名有一些约束,如下:
- 变量的第一个字符必须是字母表中字母或下划线 _ 。
- 变量的其他的部分由字母、数字和下划线组成。
- 标识符对大小写敏感。
- 变量不能采用python的保留字命名。
我们可以在windows命令行中采用下面的方法查询保留字:
理论上,python3可以支持采用中文字符命名变量。
下面我们通过一个有意思的例子来进一步深入理解python的变量。
1 # file: ./4/4_2.py 2 3 score1 = 10score2 = 50 4 5 # score1 score2的地址 6 print('id(score1): %x, id(score2): %x, ' % (id(score1), id(score2))) 7 score2 = score2 - score1 8 9 # 字符串打印 10 print('score2: ', score2) 11 12 # score1 score2的地址 13 print('id(score1): %x, id(score2): %x, ' % (id(score1), id(score2))) 14 score3 = 40 15 print('id(score3): %x' % (id(score3)))
这个例子的输出如下:
id(score1): 7ffc5331d7c0, id(score2): 7ffc5331dcc0,
score2: 40
id(score1): 7ffc5331d7c0, id(score2): 7ffc5331db80,
id(score3): 7ffc5331db80
我们可以看到,在score2的值变为40之后,它指向了一个新的地址7ffc5331db80。而我们定义了一个新变量score3,给它赋值40,它居然也和score2指向了同一块地址空间。写惯了C语言的程序员对此会感到费解,但python就是这样的。
当我们给score1赋值为10时,python会先给10创建一个对象并分配一个存储空间,然后再将score1指向这个对象。
当score2做减法后,python也会先给40分配一个对象空间,然后将score2指向这个新的对象,所以我们看到score2的地址变了。
当我们给score3赋值为40时,由于40对应的对象存在,所以直接将score3指向了这个对象。所以我们看到score2和score3的地址相同。
如下图所示:
那么原来那个值为50的对象怎么处理呢?如果是C语言,需要程序员主动去将其释放,否则就会内存泄露。幸运的是,python为我们提供了自动垃圾回收机制(GC),当它发现这个对象没有被引用后会自动将其释放。关于垃圾回收机制,这是一个很大的话题,我们现在没必要去深究它,有兴趣的同学可以百度。
我们再来看一个有意思的例子:
1 # file: ./4/4_3.py 2 3 4 5 score1 = 10 6 7 score2 = score1 8 score1 = 20 9 10 print('score1: ', score1) 11 print('score2: ', score2) 12 13
它的输出是:
score1: 20
score2: 10
没有编程经验的同学会对此感到疑惑,不是score2=score1吗,为什么score1改变了,score2却没有改变?我们同样可以把变量的地址打印出来,就很好理解了。
# file: ./4/4_3.py score1 = 10 print('id(score1): %x' % (id(score1))) score2 = score1 print('id(score2): %x' % (id(score2))) score1 = 20 print('id(score1): %x, id(score2): %x, ' % (id(score1), id(score2))) print('score1: ', score1) print('score2: ', score2)
它的输出是:
id(score1): 7ffc5331d7c0
id(score2): 7ffc5331d7c0
id(score1): 7ffc5331d900, id(score2): 7ffc5331d7c0,
score1: 20
score2: 10
我们可以看到,在score2 = score1后,score2的确指向了score1的地址。但是我们改变score1的值为20后,score1指向了另外一块地址空间,而score2并没有跟着改变,所以score2依然是10。
如下图所示:
我们最后再看一个例子,这个例子里面我们给变量赋了一个列表数据结构的值,关于数据结构,我们下一节会详细介绍,大家不用太关注。我们看看对于列表结构,它的变量是否也如同上面两个例子那样。
1 # file: ./4/4_4.py 2 3 4 # 列表 5 num_list1 = [10, 20, 30, 40] 6 num_list2 = [10, 20, 30, 40] 7 8 print('id(num_list1): %x, id(num_list2): %x' % (id(num_list1), id(num_list2))) 9 10 num_list1[0] = 50 11 print('num_list1: ', num_list1) 12 13 print('id(num_list1): %x, id(num_list2): %x' % (id(num_list1), id(num_list2)))
它的输出是:
id(num_list1): 292bd87df00, id(num_list2): 292bd9ba880
num_list1: [50, 20, 30, 40]
id(num_list1): 292bd87df00, id(num_list2): 292bd9ba880
可以看出,在初始赋值时,虽然num_list1和num_list2的值是相同的,但是它们指向的地址空间并不相同。我们修改了num_list1的值之后,num_list1也并没有重新指向一个新的地址。所以,列表数据类型和我们上面两个例子中的变量处理是不一样的。Python会给列表对应的变量分配独立的地址空间,即便值相同,也不会多个变量复用。
对于不同数据类型的变量,python的处理方式是不一样的。也许你现在会觉得有点乱,没关系,下节我们学习了python的数据类型之后,你就能理解python的解释器为什么要这样区别处理了。
另外,从这些例子我们也能理解变量给我们带来的好处了,试想如果没有变量的话,程序员几乎没法写代码,因为你想要的那个数据一会儿存在A地址,一会儿又存在了B地址。但是有了变量的话,程序员只需要对这个变量进行操作即可,不需要关心它具体指向哪儿。
好了,下节我们学习python的数据类型。