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Python | Python语法基础

前言

为什么想起学Python了？

之所以想起学学Python是有三个缘由。从时间顺序上看，首先是在10月中旬，笔者去学校招聘会走了走，发现招Python开发的挺多的，有在线教育、智慧城市等行业，基本以数据挖掘处理为主。其次是10月中旬接到了腾讯微信搜一搜后台的实习面试邀请，那边招C++和Python开发，用的是腾讯自研框架。最后也是最重要的，在11月上旬，笔者参加的电子设计大赛F题送药小车核心点在图像识别，而市面上用的比较多的OpenMV需要用Python开发。这让笔者意识到是时候该学学Python了，虽然说学好一门语言后再学第二门会很简单，但万一遇到紧急项目，总不能再花时间在语法基础上吧，项目所需要的框架也是需要学习成本的。

Python与Java？

笔者对Java比较熟练，也是以Java作为第一门语言开始学习的。有了一定开发经验后最大的感受是确实能快速上手Python，特别是面向对象那块，毕竟编程思想是可以互通的。至于以后会不会从事Python相关的开发工作，要看市场和项目需求，现阶段还是会以Java的学习为重，笔者Java还有好多好多要学的呢，Python暂时学来玩玩刷刷leetcode就好了。

参考资料：

笔者Python学习主要以《Python编程：从入门到实战》这本书为主，笔记的思路参考书里的脉络。其次还有笔者一年前在慕课上看的北理的嵩天教授的Python课程。嵩天教授的课很好，最大的特点是每个版块都有完整的示例代码。但可能对新手小白不太友好，有些不常用的函数容易弄混。《Python编程：从入门到实战》更适合零基础学习，里边会提到一些互通的编程思想和Python的格式规范。

结合常用函数、方法：

由于笔者有Java的编程基础，因此这里只记录Python跟Java不一样的地方以及一些易忘点和难点，重点放在Python的语法基础。对于新手朋友还是先看书为好。结合《Python常用函数、方法示例总结（API）》来看可能效果会好一些。

1. 变量与简单数据结构

.py指出这是一个Python程序，编辑器将使用Python解释器运行它；
Python解释器读取整个程序，确定其中每个单词含义；
程序无法成功运行时，解释器会提供一个traceback。traceback是一条记录，指出解释器尝试运行代码时，在什么地方陷入困境；
在Python中，可以用单引号或双引号括起字符串；
Python中的转义符：
- \n换行（光标到下行首）；
- \r回车（光标回到本行首）；
- \t制表符，\n\t表示换行并在下一行开头添加制表符；
- \b回退；
Python2中，有些print语句包含括号，有些不包含；
Python使用两个乘号表示乘方，如：3 ** 2 == 9；
Python2中除法\将小数部分直接删除。Python3中保留小数。但在Python2中：3.0 / 2 == 1.5；
Python之禅：Python的一些编程理念。在终端输入import this即可获取；
Python关键字：
Python内置函数：

2. 列表相关

一个列表示例：bicycles = [ 'trek', 'cannondale', 'redline']。注意方括号与逗号；
打印列表示例：print(bicycles)；
访问列表元素：bicycles[0] --- > trek；
访问列表倒数第x元素：bicycles[-x] --- > 当x=1时输出：redline；
使用for循环遍历列表：
```
for object in list:
    print(object)
```
列表解析：list = [num**2 for num in range(1s, 11)] ---> 输出1到10的平方；
遍历部分列表：for object in list[firstNum: lastNum]: ；
可以使用list[:]的方法复制列表；
元祖相关：
- Python中将不能修改的值称为不可变的，而不可变的列表称为元祖；
- 在编程上与列表不同之处在于其使用()或tuple() 或不使用括号；而列表使用[]或list()；
- 元组因为创建后不能修改，因此没有特殊操作；
如果提出修改Python语言修改建议，需要编写Python改进提案（PEP）。PEP 8是最古老的PEP之一，其规定了以下一些Python代码格式规范：
- 每级缩进4个空格。需要对文本编辑器（或ide）设置tab键为4个空格；
- Python解释器根据水平缩进解读代码，不关心垂直间距；
- 建议每行不超过个字符；
- 建议比较运算符两边各添加一个空格；

3. 集合

一个集合示例：bicycles = { 'trek', 'cannondale', 'redline'}。注意大括号与逗号；
集合的特点是不能重复；

利用集合数据去重：

s = set(list)  #利用集合无重复元素的特点去重
l = list(s)  #将集合转变回列表

4. If语句

Python在检查是否相同时考虑大小写；
大部分时候检查两个指不等的效率更高；
在Python中使用and和or表示并与或，而不是&&和||；
检查列表是否含有特定值的语句：if(object in list)，也可以用if(object not in list)；

Python的if语句基本结构如下（注意冒号）：

if conditional_test1:
    do something1
elif conditional_test2:
    do something2
else:
    do other

判断列表是否为空：if list:

5. 字典

事实上，可将任意Python对象用作字典中的值；
一个字典的示例：alien0 = {'color': 'green', 'points': 5}
遍历字典：for key, value in map.items():
遍历字典的键：for object in map.keys():或for object in map:，因为遍历字典默认遍历所有的键；
按顺序遍历字典所有的键：for object in sorted(map.keys()):
遍历字典的值：for object in map.values():
遍历字典的值，剔除重复项：for object in set(map.values()):
列表和字典的嵌套层级不应太多，如果太多，可能有更简单的解决问题的方案；

6. 用户输入和while循环

在Python 3里使用input()方法，而在Python 2.7里使用raw_input()方法；
循环语句：while conditional_test:
可以使用break关键字退出循环，这里的循环包括while和for循环；
可以使用continue关键字继续循环；
使用循环处理列表：while object in list:

7. 函数

不带返回值的函数定义示例：

def greet_user(username, age=1):  #username没有设定默认值必须放在形参列表开头
    """显示简单问候语"""
    print("hello, " + username.title() + ", age is " + str(age))

greet_user('jesse', 18)  #位置实参
greet_user(age=18, username='jesse')  #关键字实参
greet_user('jesse')  #使用默认值age=1

第二行为文档字符串注释，描述函数是做什么的；
后面为函数调用；

带普通返回值的函数定义示例：

def greet_user(username, age=1):  #username没有设定默认值必须放在形参列表开头
    """显示简单问候语"""
    print("hello, " + username.title() + ", age is " + str(age))
    return username.title()

带字典返回值的函数定义示例：

def build_person(first_name, last_name):  #username没有设定默认值必须放在形参列表开头
    """返回字典"""
    person = {'first': first_name, 'last': last_name}
    return person

传递列表参数，列表会修改：

def greet_users(names):
    """传入参数为列表"""
    for name in names:
        msg = "Hello, " + name.title() + "!"
        print(mas)
        
usermanes = ['margot', 'hannah', 'ty']
greet_users(usernames)

传递列表参数的副本，列表不会修改：def greet_users(names[:]):

传递任意数量的实参：*toppings可以理解成列表；

def make_pizza(*toppings):
    """打印顾客点的所有配料"""
    print(toppings)

make_pizza('pepperoni')
make_pizza('mushrooms', 'green peppers', 'etra cheese')

Python创建一个名为toppings的空元组；

结合使用位置实参和任意数量实参：def make_pizza(size, *toppings):
- 必须将接纳任意数量实参的形参 *toppings放在最后；

使用任意数量的关键字实参：**user_info可以理解成字典；

def build_profile(name, **user_info):
    """创建一个字典，其中包含我们知道的有关用户的一切"""
    profile = {}
    profile['name'] = name  
    for key, value in user_info.items():
        profile[key] = value
    return profile

user_profile = build_profile('albert', location='princeton', field='physics')
print(user_profile)

在Python中，import的是模块，使用模块.方法(参数)即可调用模块里的函数；

导入特定函数，并使用该函数示例：

from module_name import function_0, function_1
function_0()
function_1(参数)

使用as给函数指定别名：from model import function as fn；后续使用fn()即可调用function函数；
使用as给模块指定别名：import model as md；后续使用md.function()即可调用函数；
导入模块所有函数：from model import *；后续直接使用model里的函数function()即可调用函数；
可以在函数类使用global关键字声明变量是全局变量；

lambda表达式：<函数名> = lambda <参数> : <表达式>；

示例：

>>> f = lambda x, y : x + y
>>> f(10, 15)
25

>>> f = lambda : "lambda表达式"
>>> print(f())
lambda表达式

函数与模块编写细节：
- 外部函数导入的推荐做法：只导入所需要使用的函数 / 导入整个模块并使用句点表示法；
- 函数和模块的命名应使用小写字母和下划线，而不是驼峰命名法；
- 函数注释紧跟在函数定义后面，使用文档字符串格式；
- 给形参指定默认值时，等号=两边不要有空格；

8. 类与对象

类中的函数叫方法；

一个类示例：模块名为dog.py

"""表示小狗和电子狗的类"""

class Dog():
    """模拟小狗"""

    def __init__(self, name):
        """初始化实例"""
        self.name = name
        self.age = 1  #给属性指定默认值

    def get_age(self):
         """返回年龄"""
         return self.age

    def set_age(self, age):
        """设置年龄"""
        self.age = age

    def sit(self):
        """模拟小狗被命令时蹲下"""
        print(self.name.title() + " is now sitting.")


class TinyDog(Dog):
    """小狗是狗的子类"""

    def __init__(self, name)
        """初始化父类的属性"""
        super().__init__(name)

__init__()方法：形参self必不可少，而且必须位与其他参数前面；
创建Dog实例时，将自动传入实参self。每个与类相关联的方法调用都自动传递实参self，其是一个指向实例本身的应用，让实例能够访问类中的属性和方法；
self.为前缀的变量都可供类中的所有方法使用，像这样可以通过实例访问的变量称为属性；

有关父子类：
- 子类和父类必须包含在当前文件中，父类必须在子类前面；
- 子类定义中括号内必须指定父类名称；
- super()是一个特殊函数，将父类和子类关联起来；
- 在Python 2.7中，super()方法需要传递两个实参：子类名和self，并且父类定义的括号内指定字段object；
在Python 2.7中创建类时，需要在括号类内包含单词object：class ClassName(object):

类实例（对象）的示例：

class Dog():
    --snip--

my_dog = Dog('willie')
dog_name = my_dog.name  #获取属性
dog_name = my_dog.get_age()  #通过方法获取属性
my_dog.name = 'jucy'  #直接修改属性
my_dog.set_age = 18  #通过方法修改属性
my_dog.sit()  #调用方法

从dog.py模块里导入多个类：from dog import Dog, TinyDog；
导入整个dog.py模块，然后用句点表示访问需要的类：import dog；
collections模块里包含一个类OrderedDict。该类的实例行为几乎与字典相同，区别在于其记录了键值对的顺序；
类的编码风格：
- 类采用驼峰命名法，类中的每个单词首字母大写；
- 实例名和模块名采用小写，并在单词之间加上下划线；
- 一个空行分隔方法；两个空格分隔类；
- 需要同时导入标准库和模块和

9. 文件

打开并读取一个文件，并将其内容显示到屏幕上：
```
with open('xxx.txt') as file_object:
    contents = file_object.read()
    print(contents)
```
- 打开文件open()和关闭文件close()可以同时使用，但当有bug时close()执行不了会导致文件无法关闭。不写close()将由Python确定是否关闭文件；
- with关键字在不再需要访问文件后将其关闭；
- 直接打印contents会多出一个空行，可以这样打印print(contens.rstrip())；
有关文件绝对路径：
- Linux和OS X：file_path = '/home/.../xxx.txt'；
- Windows：file_path = C:\...\xxx.txt；
- 建议将数据文件存储在程序文件所在的目录，或程序文件所在目录的下一级文件夹；
逐行读取：
```
with open(filename) as file_object:
    for line in file_object:
    print(line)
```
- 同理，直接打印contents会多出一个空行，可以这样打印print(line.rstrip())；
使用with关键字时，open()返回的对象只在with代码块内可用；
在处理文件相关时注意使用strip()或rstrip()去除字符串两边的空格；
Python将所有文本都解读成字符串；
open('xxx.txt', 'w')：以写入方式打开文件；
- 其他参数还有r读取、a附加、r+读写；
- a附加：将内容附加到文件末尾，而不是覆盖文件原来的内容；
- 以w写入模式打开文件需要小心，如果指定文件名已存在，Python将在返回对象前清空文件；
- Python只能将字符串写入文本文件；

10. 异常

使用 try-except 处理异常：

try:
    print(5/0)
except ZeroDivisionError:
    print('捕获到ZeroDivisionError异常')
else:
    print('未捕获异常')
finally:
    print('无论是否有异常都会执行')

可在except的缩进块里添加关键字pass跳过错误捕获；
其中，else和finally部分的代码块可省；

11. 测试

使用Python标准库中的模块unittest进行测试；
一个简单的测试示例：
```
import unittest
from model_name import function_name

class TestCase(unittest.TestCase):
    """测试函数function_name"""
  
    def setUp(self):
        """构建前置条件"""

    def test_function(self):
        run_result = function_name(parameter)
        self.assertEqual(run_result, correct_result)

unittest.main()
```
- 首先导入模块unittest和被测试方法function_name；
- 然后创建TestCase类，其包含各种具体的单元测试方法。该类继承unittest.TestCase类；
- setUp()方法的作用是创建前置条件；
- 编写测试方法test_function，方法名必须以test_打头；
- 使用断言assertEqual()判断函数执行结果与预期结果的差别；
- unittest.main()让Python运行这个文件中的测试；
unittest里常用的6个断言方法请见《Python常用函数、方法示例总结（API）》；
每完成一个测试，Python都会打印一个字符：
- 测试通过打印句点 .；
- 测试引发错误打印一个 E；
- 测试导致断言失败打印一个 F；