第二章 变量，表达式，语句

编程语言最强大的功能就是操作变量。变量就是一个有值的代号。

2.1 赋值语句

赋值语句的作用是创建一个新的变量，并且赋值给这个变量：

  1. >>> message = 'And now for something completely different'
  2. >>> n = 17 
  3. >>> pi = 3.141592653589793

上面就是三个赋值语句的例子。第一个是把一个字符串复制给名叫message的新变量；第二个将n赋值为整数17；第三个把圆周率的一个近似值赋给了pi这个变量。

平常大家在纸上对变量赋值的方法就是写下名字，然后一个箭头指向它的值。这种图解叫做状态图，因为它能指明各个变量存储的是什么内容。下图就展示了上面例子中赋值语句的结果。

Figure 2.1: State diagram.
Figure 2.1: State diagram.

2.2 变量名称

编程的人总得给变量起个有一定意义的名字才能记得住，一般情况就用名字来表示这个变量的用途了。

变量名称你随便起多长都可以的。包含字母或者数字都行，但是不能用数字来开头。大写字母也能用，不过还是建议都用小写字母来给变量命名，这个比较传统哈。

变量名里面可以有下划线_，一般在多个单词组成的变量名里面往往用到下划线，比如your_name等等。

你要是给变量起名不合规则，就会出现语法错误提示了：

  1. >>> 76trombones = 'big parade' 
  2. SyntaxError: invalid syntax 
  3. >>> more@ = 1000000 
  4. SyntaxError: invalid syntax 
  5. >>> class = 'Advanced Theoretical Zymurgy'  
  6. SyntaxError: invalid syntax

第一个数字开头所以不合规则，第二个有非法字符@，第三个这个class咋不行呢？好奇吧？

因为clas是Python里面的一个关键词啦。解释器要用关键词来识别程序的结构，这些关键词是不能用来做变量名的。

以下是Python3的关键词哈：

  • False class finally is
  • return None continue for lambda
  • try True def from nonlocal
  • while and del global not
  • with as elif if or
  • yield assert else import pass
  • break except in raise

你不用去记忆这些哈。因为一般大多数的开发环境里面，关键词都会有区别于普通代码的颜色提示你，你要是用他们做变量名了，一看就会知道的。

2.3 表达式和语句

表达式是数值,变量和操作符的组合。单个值本身也被当作一个表达式，变量也是如此，下面这些例子都是一些正确表达式：

  1. >>> 42 
  2. 42 
  3. >>> n 
  4. 17 
  5. >>> n + 25 
  6. 42

当你在提示符后面敲出一个表达式，解释器就判断一下，他会找到这个表达式的值。在本节的例子中，n的值是17，所以n+25就是42了。

语句是一组具有某些效果的代码，比如创建变量，或者显示值。

  1. >>> n = 17 
  2. >>> print(n)

上面第一个就是赋值语句，给n赋值。第二行是显示n的值。

输入语句的时候，解释器会执行它，就是会按照语句所说的去做。一般语句是没有值的。

2.4 脚本模式

以上我们一直在用Python的交互模式，就是直接咱们人跟解释器来交互。开始学的时候这样挺好的，但如果你要想一次运行多行代码，这样就很不方便了。

所以就有另一种选择了，把代码保存成脚本，然后用脚本模式让解释器来运行这些脚本。通常Python脚本文件的扩展名是.py。

如果你知道怎么创建和运行脚本，那就尽管在自己电脑上尝试好了。否则我就建议你还是用PythonAnywhere。关于脚本模式的介绍我放到网上了，打开这个链接去看下哈。

Python两种模式都支持，所以你可以先用交互模式做点测试，然后再写成脚本。但是两种模式之间有些区别的，所以可能也挺麻烦。

举个例子哈，比如咱们把Python当计算器用，你输入以下内容：

  1. >>> miles = 26.2 
  2. >>> miles * 1.61 
  3. 42.182

第一行给miles这个变量赋初值（译者注：26.2英里是马拉松比赛全程长度），但是看着没啥效果。第二行是一个表达式，解释器会计算这个表达式，然后把结果输出。结果就是把马拉松全程长度从英里换算成公里，答案是42公里哈。

不过你要是直接把这些代码存成脚本然后运行，是啥都看不到的，没有输出。在脚本模式表达式是没有明显效果的。Python确实会计算这些表达式，但不显示结果，想看到结果你就得告诉他输出一下：

  1. miles = 26.2 
  2. print(miles * 1.61)

这种情况开始还挺让人混乱的。

脚本一般都是包含了一系列的语句。如果语句超过一条，每个语句执行的时候都会显示结果。比如下面这个：

  1. print(1) 
  2. x = 2 
  3. print(x)

produces the output

输出的结果如下

  1. 1 
  2. 2

赋值语句是不会有任何输出的。
检查下你理解了没哈，把下面这些语句输入到Python解释器，看看会发生什么：

  1. 5 x = 5 x + 1

现在再把同样的语句输入到脚本中，然后用Python来运行一下。看看输出是啥样的？把脚本中的表达式修改一下，每一个都加一个打印语句再试试。

2.5 运算符优先级

表达式可能会包含不止一个运算符，这些不同的运算先后次序就是运算符的优先级。对于数学运算符来说，Python就遵循着数学上的规则。下面这个PEMDAS、是用来记忆这些优先规则的好方法：

  • 括号内的内容最优先，大家可以用括号来强制某系表达式有限计算。所以2**（3-1）就等于4了，（1+1）**（5-2）就是2的立方，等于8。使用括号也有助于让你的表达式读起来更好理解，比如(minute * 100) / 60，这个也不影响计算结果，不过看起来易于理解。

  • 除了括号，所有运算符中，乘方最优先，所以1 + 2**3的结果是9而不是27，2*3**2结果是18，而不是36。

  • 乘除运算比加减优先，译者认为大家都知道了，这个我就不细说了。

  • 同类运算符从左往右来进行，乘方除外。这个也不细说了，很简单。

我不会花很大力气来记忆这些运算符的优先级。如果我怕记不住弄错了，就用括号来让优先级明确一下就好。

2.6 字符串操作

一般情况下，咱们不能对字符串进行数学运算的，即使字符串看上去像是数字也不行，所以以下这些都是非法操作：

  1. '2'-'1'
  2. 'eggs'/'easy'
  3. 'third'*'a charm'

不过+和*可以用在字符串上面。

+加号的意思就是字符串拼接了，会把两个字符串拼到一起，如下所示：

  1. >>> first = 'throat'  
  2. >>> second = 'warbler' 
  3. >>> first + second 
  4. throatwarbler

星号也就是乘法运算符也可以用在字符串上面，效果就是重复。比如’Spam’*3 结果就是

‘SpamSpamSpam’，重复了三次。需要注意的是字符串必须用整数去乘。

这种加法和乘法实际上就是拼接和重复的意思。

2.7 注释

程序会越来越庞大，也越复杂了，读起来就会更难了。公式语言很密集，靠阅读来理解代码，总是很困难的。

为了解决阅读的困难，咱们就可以添加一些笔记到代码中，把程序的功能用自然语言来解释一下。这种笔记就叫注释了，使用井号#来开头的：

  1. # compute the percentage of the hour that has elapsed percentage = (minute * 100) / 60

注释可以另起一行，也可以放到行末尾：

  1. percentage = (minute * 100) / 60     # percentage of an hour

井号#后面的内容都会被忽略，因此不会影响程序的运行结果。

一般注释都是用来解释代码的一些不明显的特性。一般情况下读代码的人应该能理解代码的功能是什么，所以用注释多是要解释这样做的目的是什么。

下面这个注释就显然是多余的，根本没必要：

  1. v = 5     # assign 5 to v

下面这种注释包含了重要信息，就很重要了：

  1. v = 5     # velocity in meters/second.

变量命名得当的话，就没必要用太多注释了，不过名字要是太长了，表达式读起来也挺麻烦，所以就得权衡着来了。

2.8 调试

程序一般会有三种错误：语法错误，运行错误和语义错误。区分这三种错误有助于更快速地追踪错误。

  • 语法错误Syntax error:

语法是指程序的结构和规则。比如括号要成对用。如果你的程序有某个地方出现了语法错误，Python会显示出错信息并退出，程序就不能运行了。最开始学习编程的这段时间，你遇到的最常见的估计就是这种情况。等你经验多了，基本就犯的少了，而且也很容易发现了。

  • 运行错误Runtime error:

第二种错误就是运行错误，显而易见了，就是直到运行的时候才会出现的错误。这种错误也被叫做异常，因为一般表示一些意外的尤其是比较糟糕的情况发生了。

  • 语义错误Semantic error:

第三种就是语义错误，顾名思义，是跟意义相关。这种错误是指你的程序运行没问题，也不产生错误信息，但不能正确工作。程序可能做一些和设计目的不同的事情。发现语义错误特别不容易，需要你仔细回顾代码和程序输出，要搞清楚到底程序做了什么。

2.9 Glossary 术语列表

variable:
A name that refers to a value.
变量：有值的量。

assignment:

A statement that assigns a value to a variable.

赋值：给一个变量赋予值。

state diagram:
A graphical representation of a set of variables and the values they refer to.

状态图：图形化表征每个变量的值。

keyword:
A reserved word that is used to parse a program; you cannot use keywords like if, def, and while as variable names.

关键词：系统保留的用于解析程序的词，不能用关键词当做变量名。

operand:
One of the values on which an operator operates.

运算数：运算符来进行运算操作的数值。

expression:
A combination of variables, operators, and values that represents a single result.

表达式：一组变量、运算数的组合，会产生单值作为结果。

evaluate:
To simplify an expression by performing the operations in order to yield a single value.

求解：把表达式所表示的运算计算出来，得到一个单独的值。

statement:
A section of code that represents a command or action. So far, the statements we have seen are assignments and print statements.

声明：一组表示一种命令或者动作的代码，目前我们了解的只有赋值语句和打印语句。

execute:
To run a statement and do what it says.

运行：将一条语句进行运行。

interactive mode:
A way of using the Python interpreter by typing code at the prompt.

交互模式：在提示符后输入代码，让解释器来运行代码的模式。

script mode:
A way of using the Python interpreter to read code from a script and run it.

脚本模式：将代码保存成脚本文件，用解释器运行的模式。

script:
A program stored in a file.

脚本：程序以文本形式存成的文件。

order of operations:
Rules governing the order in which expressions involving multiple operators and operands are evaluated.

运算符优先级：不同运算符和运算数进行计算的优先顺序。

concatenate:
To join two operands end-to-end.

拼接：把两个运算对象相互连接到一起。

comment:
Information in a program that is meant for other programmers (or anyone reading the source code) and has no effect on the execution of the program.

注释：程序中用来解释代码含义和运行效果的备注信息，通常给阅读代码的人准备的。

syntax error:
An error in a program that makes it impossible to parse (and therefore impossible to interpret).

语法错误：程序语法上的错误，导致程序不能被解释器解译，就不能运行了。

exception:
An error that is detected while the program is running.

异常：程序运行的时候被探测到的错误。

semantics:
The meaning of a program.

语义：程序的意义。

semantic error:
An error in a program that makes it do something other than what the programmer intended.

语义错误：程序运行的结果和料想的不一样，没有完成设计的功能，而是干了点其他的事情。

2.10 练习

练习1

像上一章一样，按我建议的，不论学了什么新内容，你都试着在交互模式上故意犯点错误，看看会怎么样。

  • 我们都看到了n=42是可以的，那42=n怎么样？

  • 再试试x=y=1呢？

  • 有的语言每个语句结尾都必须有个单引号或者分号，试试在Python句末放个会咋样？

  • 句尾放个句号试试呢？

  • 数学上你可以把x和y相乘写成xy，Python里面你这么试试看？

练习2

把Python解释器当做计算器来做下面的练习：

  1. 球体体积是三分之四倍的圆周率乘以半径立方，求半径为5的球体体积。
  2. 假如一本书的封面标价是24.95美元，书店打六折。第一本运费花费3美元，后续每增加一本的运费是75美分。问买60本一共得花多少钱呢？
  3. 我早上六点五十二分出门离家，以8:15的节奏跑了一英里，又以7：12的节奏跑了三英里，然后又是8：15的节奏跑一英里，回到家吃饭是几点？