第05章 Python 教程-基础语法：数据类型

第5章 基础语法：数据类型

本章介绍 Python 的内置数据类型及其行为。先总览各类型的用途，再依次讲解整数、浮点数、复数、布尔值、字符串与空值None的创建方式和常用操作，并重点说明浮点数的精度问题与字符串的不可变性；随后说明可变对象与不可变对象在赋值和修改时的差异，最后介绍使用type()与isinstance()判断类型的方法。

5.1 数据类型

5.1.1 类型概览

Python 中的每个对象都有类型。初学阶段常见的内置类型如下：

5.1.2 整数int

Python 使用int表示整数，主要具有以下特点：

• 整数可以是正数、负数或零；
• 在可用内存允许的范围内，int可以表示任意大小的整数；
• Python 不会根据整数大小划分不同的公开类型，所有整数都属于int；
• 解释器可能缓存或复用某些整数对象，但这是实现细节，不能作为程序逻辑的依据；
• 比较整数值是否相等应使用==，而不是用于比较对象身份的is。

下面的代码演示不同整数的创建和数值比较：

"""演示 Python 整数的创建和数值比较。""" # 创建正数、负数、零和大整数 positive = 100 negative = -20 zero = 0 large_number = 10**100 print(f"正整数：{positive}") print(f"负整数：{negative}") print(f"零：{zero}") print(f"大整数：{large_number}") # 比较整数值 first = 1_000 second = int("1000") print(f"两个整数的值是否相等：{first == second}")

5.1.3 浮点数float

Python 使用float表示浮点数，主要具有以下特点：

• 可以使用小数形式或科学计数法创建浮点数；
• 大多数十进制小数无法用有限位二进制精确表示，运算结果可能存在微小误差；
• 判断两个浮点数是否足够接近时，可以使用math.isclose()；
• 需要精确十进制运算时，可以使用decimal.Decimal，并优先通过字符串创建对象；
• 使用Decimal时仍需根据业务需求明确精度和舍入规则。

下面的代码演示浮点数的创建、误差判断和精确十进制运算：

"""演示 Python 浮点数的创建、误差判断和精确十进制运算。""" import math import decimal # 使用小数形式和科学计数法创建浮点数 price = 19.9 distance = 1.5e3 print(f"商品价格：{price}") print(f"科学计数法表示的距离：{distance}") # 观察二进制浮点数的表示误差 sum_result = 0.1 + 0.7 print(f"0.1 + 0.7 的结果：{sum_result}") print(f"直接与 0.8 比较：{sum_result == 0.8}") print(f"是否足够接近 0.8：{math.isclose(sum_result, 0.8)}") # 使用 Decimal 进行精确的十进制运算 exact_result = decimal.Decimal("0.1") + decimal.Decimal("0.7") print(f"Decimal 运算结果：{exact_result}")

5.1.4 复数complex

Python 使用complex表示复数，主要具有以下特点：

• 复数由实部和虚部组成，例如2 + 3j；
• Python 使用j或J标记虚部，不使用数学中常见的i；
• 可以直接使用复数字面量，也可以通过complex()创建复数；
• real和imag属性分别获取实部和虚部，conjugate()返回共轭复数；
• 复数支持相等性比较，但不支持使用<、>等运算符比较大小。

下面的代码演示复数的创建和常用操作：

"""演示 Python 复数的创建和常用操作。""" # 使用复数字面量和 complex() 创建复数 literal_number = 2 + 3j constructed_number = complex(2, 3) print(f"复数字面量：{literal_number}") print(f"complex() 创建的复数：{constructed_number}") print(f"两个复数的值是否相等：{literal_number == constructed_number}") # 获取复数的实部、虚部和共轭复数 print(f"实部：{literal_number.real}") print(f"虚部：{literal_number.imag}") print(f"共轭复数：{literal_number.conjugate()}")

5.1.5 布尔值bool与真值判断

Python 使用bool表示布尔值，主要具有以下特点：

• 布尔类型只有True和False两个值，常用于条件判断；
• bool()可以获取对象的真值；
• None、False、数值零以及空字符串和空容器等对象为假，其他大多数对象为真；
• bool是int的子类，True和False在数值运算中分别表现为1和0；
• 布尔值的主要用途是表达真假，不应过度依赖它的整数特性。

下面的代码演示布尔运算、布尔值的整数特性以及常见对象的真值：

"""演示 Python 布尔值和对象的真值判断。""" # 使用布尔值表示条件 is_adult = True has_ticket = False print(f"是否允许入场：{is_adult and has_ticket}") # bool 继承自 int：True/False 参与数值运算时按 1 和 0 处理 print(f"True 是否属于 bool：{isinstance(True, bool)}") print(f"True 是否属于 int：{isinstance(True, int)}") print(f"True + True 的结果：{True + True}") # 使用 bool() 查看常见对象的真值 values = [None, False, 0, 0.0, 0j, "", [], (), {}, set(), "Python", [0]] for value in values: print(f"{value!r} 的真值：{bool(value)}")

5.1.6 字符串str

字符串是由 Unicode 字符组成的不可变序列，主要具有以下特点：

• 可以使用单引号、双引号或三引号创建字符串；
• 单引号和双引号没有功能差异，可以根据字符串内容选择更易读的形式；
• 三引号可以创建跨越多行的字符串；
• 反斜杠\用于引入转义序列，r前缀创建的原始字符串会保留大多数反斜杠；
• 字符串不可变，修改字符串的操作会创建新字符串；
• 比较字符串内容应使用==，不应依赖字符串驻留等解释器优化细节。

常用转义序列如下：

下面的代码演示字符串的创建、转义、原始字符串和不可变性：

"""演示 Python 字符串的创建和常用操作。""" # 使用单引号、双引号和三引号创建字符串 single_quoted = 'Python' double_quoted = "你好" multiline = """第一行 第二行""" sentence1 = "I'm learning Python." sentence2 = '他说：“你好！”' print(f"单引号字符串：{single_quoted}") print(f"双引号字符串：{double_quoted}") print(f"包含单引号的句子：{sentence1}") print(f"包含双引号的句子：{sentence2}") print("多行字符串：") print(multiline) # 使用转义序列和原始字符串 profile_text = "昵称：小林\n语言：Python" path = r"C:\new_folder\test.txt" print("包含换行符的字符串：") print(profile_text) print(f"原始字符串：{path}") # 字符串操作会创建新字符串 language = "python" upper_language = language.upper() print(f"原字符串：{language}") print(f"新字符串：{upper_language}")

注意：原始字符串仍需遵守字符串定界规则，不能以奇数个反斜杠结尾。

5.1.7 空值None

Python 使用None表示空值，主要具有以下特点：

• None常用于表示“没有值”“尚未设置”或“结果不存在”；
• None是NoneType类型唯一的实例；
• None在条件判断中为假；
• 判断对象是否为None时，应使用is或is not；
• 不能用if not value代替对None的精确判断，因为数值零、空字符串和空容器也为假。

下面的代码演示None的类型、真值和正确判断方式：

"""演示 Python 空值 None 的特点和判断方式。""" result = None print(f"None 的类型：{type(result)}") print(f"None 的真值：{bool(result)}") # 使用 is 判断对象是否为 None if result is None: print("暂时没有结果") # 对比 None 与其他假值 values = [None, 0, "", []] for value in values: print(f"{value!r} 是否为 None：{value is None}")

5.1.8 可变对象与不可变对象

可变性用于描述对象创建后，其内部状态能否原地修改，主要具有以下特点：

• 列表、字典和集合等属于可变对象，可以在不替换对象的情况下修改内部状态；
• 整数、浮点数、布尔值、复数、字符串和元组等属于不可变对象，所谓的“修改”通常会创建新对象；
• 可变性是对象的特性，而不是变量的特性，变量始终可以重新绑定到其他对象；
• 多个变量引用同一个可变对象时，通过任意一个变量修改对象，其他变量也能看到变化；
• 将某个变量重新赋值，只会改变该变量的绑定关系，不会修改它之前引用的对象。

下面的代码演示修改可变对象、重新绑定变量和操作不可变对象的区别：

"""演示 Python 可变对象与不可变对象的区别。""" # 列表是可变对象，shared_numbers 与 numbers 引用同一个列表 numbers = [1, 2] shared_numbers = numbers shared_numbers.append(3) print(f"numbers：{numbers}") print(f"shared_numbers：{shared_numbers}") print(f"是否引用同一个对象：{numbers is shared_numbers}") # 重新赋值只会改变 shared_numbers 的绑定关系 shared_numbers = [4, 5] print(f"重新赋值后的 numbers：{numbers}") print(f"重新赋值后的 shared_numbers：{shared_numbers}") print(f"是否仍引用同一个对象：{numbers is shared_numbers}") # 字符串是不可变对象，拼接会创建新字符串并重新绑定变量 language = "Py" original_language = language language += "thon" print(f"原字符串：{original_language}") print(f"拼接后的字符串：{language}") print(f"是否引用同一个对象：{language is original_language}")

注意：元组本身不可变，但如果元组中包含列表等可变对象，这些可变对象的内部状态仍然可以修改。

5.1.9type()与isinstance()类型判断

Python 提供type()和isinstance()用于查看或判断对象的类型，主要具有以下特点：

• type(value)返回对象的直接类型；
• type(value) is SomeType只判断对象的直接类型是否为SomeType；
• isinstance(value, SomeType)会同时考虑SomeType及其子类；
• isinstance()的第二个参数可以是类型元组，用于一次判断多种类型；
• 业务代码通常优先使用更加灵活的isinstance()，也应避免在没有必要时过度限制对象的具体类型。

二者的主要区别如下：

下面的代码演示type()与isinstance()在类型判断中的不同表现：

"""演示 type() 与 isinstance() 的不同表现。""" # 比较运算的结果是布尔值 int_score = 85 value = int_score >= 60 # type() 返回对象的直接类型 print(f"value 的直接类型：{type(value)}") print(f"value 的直接类型是否为 bool：{type(value) is bool}") print(f"value 的直接类型是否为 int：{type(value) is int}") # isinstance() 会考虑类型的继承关系 print(f"value 是否属于 bool：{isinstance(value, bool)}") print(f"value 是否属于 int：{isinstance(value, int)}") print(f"value 是否属于 int 或 float：{isinstance(value, (int, float))}")