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3.1 变量
在Python中，变量严格意义上应该称为“名字”，也可以理解为标签。例如：
本行代码中的python就是一个变量。在大多数编程语言中，都把这一过程称为“把值存储在变量中”，即把字符串序列“学会Python还可以飞”存储在计算机内存的某个位置。你不需要准确地知道它们到底在哪里，只要告诉Python这个字符串序列的名字是python，就可以通过这个名字来引用这个字符串序列了。例如，引用python变量，将其打印输出，代码如下：
在Python中，不需要先声明变量名及其类型，直接赋值，即可创建各种类型的变量。但是变量的命名并不是任意的，应遵循以下几条规则：
变量名必须是一个有效的标识符，如height、m_name、h1等。
变量名不能使用Python中的保留字。例如，不能是int、print等。
慎用小写字母l和大写字母O（以防和数字1和0混淆）。
应选择有意义的单词作为变量名，如number、weight等。
为变量赋值，可以通过赋值运算符号“=”来实现。语法格式为：
例如，创建一个变量，为其赋值521，则创建的变量就是整型变量：
如果为变量赋值一个字符串，则创建的变量就是字符串类型。例如：
另外，Python是一种动态类型的语言，也就是说，变量的类型可以随时变化。例如，在IDLE中，创建变量martial，并赋值为字符串“乾坤大挪移”，然后输出该变量的类型，可以看到该变量为字符串类型，再将变量赋值为数值521，并输出该变量的类型，可以看到该变量为整型。执行过程如下：
说明
在Python语言中，使用内置函数type()可以返回变量类型。
在Python中，允许多个变量指向同一个值。例如，将两个变量都赋值为数字2048，再分别应用内置函数id()获取变量的内存地址，将得到相同的结果。执行过程如下：
说明
在Python语言中，使用内置函数id()可以返回变量所在的内存地址。
变量的数据类型分为很多种，下面主要介绍数值型、字符串型、布尔型3种基本数据类型。例如，年龄、身高等信息可以使用数值型变量存储；名字、性别等信息可以使用字符型变量存储；婚否等信息可以使用布尔型变量存储，如图3.1所示。
数值类型主要包含整数、浮点数和复数。接下来一一介绍。
1）整数
整数用来表示整型数值，即没有小数部分的数值。Python中，整数包括正整数、负整数和0，其位数是任意的（当超过计算机自身的计算功能时，会自动转用高精度进行计算）。例如，1314、3456789532900653、−2020、0等都是整数。
图3.1 数据类型示例
2）浮点数
浮点数由整数部分和小数部分组成，主要用于处理包括小数的数，如1.414、0.5、−1.732、3.1415926535897932384626等。浮点数也可以使用科学计数法表示，如3.7e2、−3.14e5和6.16e−2等。
注意
在使用浮点数进行计算时，可能会出现小数位数不确定的情况。例如，计算0.1+0.1时，会得到0.2；而计算0.1+0.2时，将得到0.30000000000000004（而不是0.3）。执行过程如下：
这种问题几乎存在于所有语言中，原因是计算机精度存在误差，因此忽略多余的小数位即可。
3）复数
Python中的复数与数学中的复数含义完全一致，表现形式略有不同。两者都由实部和虚部组成，但数学中使用i表示虚部，Python中用j或J表示虚部。当表示一个复数时，可以将其实部和虚部相加，例如，一个复数的实部为5.21，虚部为13.14j，则这个复数为5.21+13.14j。
字符串就是连续的字符序列，是计算机所能表示的一切字符的集合。在Python中，字符串属于不可变序列，通常使用单引号（' '）、双引号（" "）或三引号（''' '''和""" """）括起来。这几种引号形式在语义上没有差别，只是在形式上有些差别。其中，单引号和双引号中的字符序列必须在同一行上，而三引号内的字符序列可以分布在连续多行中。例如：
布尔类型主要用来表示真值或假值。在Python中，标识符True和False被解释为布尔值。另外，Python中的布尔值可以转换为数值，True表示1，False表示0。
说明
Python中，布尔类型的值可以进行数值运算，例如“False + 1”的结果为1。但是不建议对布尔类型的值进行数值运算。
在Python中，所有对象都可以进行真值测试。其中，只有下面列出的几种情况得到的值为假，其他对象在if或者while语句中都表现为真。
False或None。
数值中的零，包括0、0.0和虚数0。
空序列，包括空字符串、空元组、空列表、空字典。
自定义对象的实例，该对象的__bool__方法返回False或者__len__方法返回0。
变量的输入与输出是计算机最基本的操作。基本的输入是指从键盘上输入数据的操作，用input()函数输入数据。基本的输出是指在屏幕上显示输出结果的操作，用print()函数输出。
使用内置函数input()可以接收用户的键盘输入。input()函数的基本语法格式如下：
其中，variable为保存输入结果的变量，双引号内的文字用于提示要输入的内容。
例如，想要接收用户输入的内容，并保存到变量tip中，可以使用下面的代码：
在Python中，无论输入的是数字还是字符都将被作为字符串读取。如果想要接收数值，需要把接收到的字符串进行类型转换。例如，想要接收整型的数字并保存到变量age中，可以使用下面的代码：
说明
input()函数接收内容时，数值内容可直接输入，且接收到的内容也是数值类型；如果要输入字符串类型的内容，需要将对应的字符串使用引号括起来，否则会报错。
默认情况下，使用内置的print()函数可以将结果输出到IDLE或者标准控制台上。其基本语法格式如下：
其中，输出内容可以是数字和字符串（字符串需要使用引号括起来），此类内容将直接输出；也可以是包含运算符的表达式，此类内容将计算结果输出。例如：
多学两招
默认情况下，一条print()语句输出后会自动换行。如果想要一次输出多个内容且不换行，需要将输出的内容用英文半角的逗号分隔。例如，下面的代码将在同一行中输出变量a和b的值：
【实例3.1】 输出你的年龄。 （实例位置：资源包\Code\03\01）
用input()函数输入你的年龄，用print()函数输出数据。具体代码如下：
运行结果如图3.2所示。
【实例3.2】 用print()函数输出字符画。 （实例位置：资源包\Code\03\02）
用print()函数输出一把手枪的字符画，具体代码如下：
说明
代码中的字符是使用搜狗输入法中的特殊符号编写的。
运行结果如图3.3所示。
图3.2 数据输入和输出
图3.3 输出字符画
变量的计算离不开运算符和表达式。运算符是一些特殊的符号，可用于数学计算、比较大小和逻辑运算等。Python中的运算符主要包括算术运算符、赋值运算符、比较（关系）运算符、逻辑运算符和位运算符。使用运算符将不同类型的数据按照一定规则连接起来的式子，称为表达式。例如，使用算术运算符连接起来的式子称为算术表达式，使用逻辑运算符连接起来的式子称为逻辑表达式。下面就来介绍Python中常用的5类运算符。
算术运算符主要用于处理四则运算，在数值的处理中应用得最多。常用的算术运算符如表3.1所示。
表3.1 常用的算术运算符
【实例3.3】 计算a,b的各种表达式。 （实例位置：资源包\Code\03\03）
具体代码如下：
运行结果如图3.4所示。
图3.4 算术表达式结果
多学两招
在Python中，“+”运算符还具有拼接功能，可以将两个字符串进行拼接，例如：
也可以将字符串与数值进行拼接，例如：
赋值运算符主要用来为变量赋值。使用基本赋值运算符“=”，可将“=”右边的变量值赋给左边的变量。也可以先进行某些运算，然后再赋值给左边的变量，这样的赋值运算符称为复合赋值运算符。Python中常用的赋值运算符如表3.2所示。
表3.2 常用的赋值运算符
比较运算符又称为关系运算符，用于对变量或表达式的结果进行比较。如果比较结果为真，则返回True；如果为假，则返回False。比较运算符通常用在条件分支结构及循环结构中，作为判断的依据。
Python中的常用比较运算符如表3.3所示。
表3.3 常用的比较运算符
注意
初学者很容易混淆赋值运算符“=”和比较运算符“==”。一定要多看几遍示例，彻底弄明白它们之间的区别。
多学两招
在Python中，当需要判断一个变量是否介于两个值之间时，可以采用“值1 <变量<值2”的形式，例如“0 <a<100”。
【实例3.4】 比较化学、物理、数学、生物的成绩。 （实例位置：资源包\Code\03\04）
具体代码如下：
运行结果如图3.5所示。
逻辑运算符可对真和假两种布尔值进行运算，运算后的结果仍是一个布尔值。逻辑运算符主要包括and（逻辑与）、or（逻辑或）和not（逻辑非）。表3.4和表3.5列出了逻辑运算符的用法。
图3.5 比较表达式结果
表3.4 逻辑运算符
使用逻辑运算符进行逻辑运算时，其运算结果如表3.5所示。
表3.5 逻辑运算的结果
【实例3.5】 参加手机店的打折活动。 （实例位置：资源包\Code\03\05）
某手机店在每周二上午10～11点和每周五下午14～15点，对华为系列手机进行折扣让利活动。想参加折扣活动的顾客就要在时间上满足：周二10:00 a.m.～11:00 a.m.或者周五2:00 p.m.～3:00 p.m.。
通过逻辑运算符模拟可否参加手机店的打折活动，具体代码如下：
代码解析：
（1）第2行代码：input()函数用于接收用户输入的字符序列。
（2）第3行代码：由于input()函数返回的结果为字符串类型，所以需要进行类型转换，将其转换为整型。
（3）第5～8行代码使用if…else条件判断语句，该语句主要用来判断程序是否满足某种条件。该语句将在第3.2节进行详细讲解，这里只需要了解即可。第5行代码中对条件进行判断时，使用了逻辑运算符and、or和比较运算符“==”“>=”“<=”。
按F5键运行实例，首先输入“星期五”，然后输入时间19，将显示如图3.6所示的结果；再次运行实例，输入“星期二”，时间为10，将显示如图3.7所示的结果。
图3.6 不符合条件的运行效果
图3.7 符合条件的运行效果
说明
本实例未对错误输入信息进行校验，所以为保证程序的正确性，请输入合法的星期和时间。有兴趣的读者可以自行添加校验功能。
使用位运算符，可直接对数字在内存中的二进制位进行操作。首先要把执行运算的数据转换为二进制数，然后才能进行执行位运算。Python中的位运算符包括位与（&）、位或（｜）、位异或（^）、取反（~）、左移位（<<）和右移位（>>）。
说明
整型数据在内存中以二进制的形式表示。例如，7的32位二进制数形式如下：
其中，左边最高位是符号位，0表示正数，1表示负数。负数通常采用补码形式表示。例如，−7的32位二进制数形式如下：
1）位与运算符
位与运算的运算符为“&”。运算法则如下：两个操作数据的二进制表示，只有对应数位都是1时，结果数位才是1，否则为0。如果两个操作数的精度不同，则结果的精度与精度高的操作数相同。例如，12&8的运算过程如图3.8所示。
2）位或运算符
位或运算的运算符为“|”。运算法则如下：两个操作数据的二进制表示，只有对应数位都是0，结果数位才是0，否则为1。如果两个操作数的精度不同，则结果的精度与精度高的操作数相同。例如，4|8的运算过程如图3.9所示。
3）位异或运算符
位异或运算的运算符是“^”。运算法则如下：当两个操作数的二进制表示相同（同时为0或同时为1）时，结果为0，否则为1。若两个操作数的精度不同，则结果数的精度与精度高的操作数相同。例如，31^22的运算过程如图3.10所示。
图3.8 12&8的运算过程
图3.9 4|8的运算过程
图3.10 31^22的运算过程
4）位取反运算符
位取反运算也称位非运算，运算符为“~”。位取反运算就是将操作数中对应的二进制数1修改为0，0修改为1。例如，~123的运算过程如图3.11所示。
【实例3.6】 输出位运算的结果。 （实例位置：资源包\Code\03\06）
使用print()函数输出图3.8～图3.11的位运算结果，具体代码如下：
图3.11 ~123的运算过程
运算结果如图3.12所示。
5）左移位运算符
左移位运算符“<<”可将一个二进制数向左移动指定的位数，左边（高位端）溢出的位被丢弃，右边（低位端）的空位用0补充。左移位运算相当于乘以2的 n 次幂。
例如，int型数据48对应的二进制数为00110000，将其左移1位，根据左移位运算符的运算规则可以得出(00110000<<1)=01100000，转换为十进制数就是96（相当于48*2）；将其左移2位，根据左移位运算符的运算规则可以得出(00110000<<2)=11000000，转换为十进制数就是192（相当于48*2 2 ）。其执行过程如图3.13所示。
图3.12 运算结果
图3.13 左移位运算
具体代码如下：
运行结果如图3.14所示。
6）右移位运算符
右移位运算符“>>”用于将一个二进制操作数向右移动指定的位数，右边（低位端）溢出的位被丢弃。在填充左边（高位端）的空位时，如果最高位是0（正数），左侧空位填入0；如果最高位是1（负数），左侧空位填入1。右移位运算相当于除以2的 n 次幂。
48右移1位的运算过程如图3.15所示。−80右移2位的运算过程如图3.16所示。
图3.14 左移位运算结果
图3.15 48右移一位的运算过程
具体代码如下：
运行结果如图3.17所示。
图3.16 −80右移两位的运算过程
图3.17 右移位运算结果
多学两招
由于移位运算的速度很快，在程序中遇到表达式乘以或除以2的 n 次幂的情况时，一般采用移位运算来代替。