3. Неформальное введение в Python¶An Informal Introduction to Python

3.1.1. Числа¶Numbers

Интерпретатор работает как простой калькулятор: можно ввести выражение в него и он выведет значение. Синтаксис выражений прост: операторы +, -, * и / работают так же, как в большинстве других языков (например, Pascal или C); круглые скобки (()) можно использовать для группировки. Например:

>>> 2 + 2
4
>>> 50 - 5*6
20
>>> (50 - 5.0*6) / 4
5.0
>>> 8 / 5.0
1.6

Целые числа (например, 2, 4, 20) имеют тип int, числа с дробной частью (например, 5.0, 1.6) – тип float. Мы узнаем больше о числовых типах позже в этом руководстве.

Тип возвращаемого значения операции деления (/) зависит от её операндов. Если оба операнда имеют тип int, выполняется целочисленное деление и возвращается int. Если хотя бы один операнд является float, выполняется классическое деление и возвращается float. Оператор // также предусмотрен для выполнения целочисленного деления независимо от операндов. Остаток можно вычислить с помощью оператора %:

>>> 17 / 3  # int / int -> int
5
>>> 17 / 3.0  # int / float -> float
5.666666666666667
>>> 17 // 3.0  # явное целочисленное деление отбрасывает дробную часть
5.0
>>> 17 % 3  # оператор % возвращает остаток от деления
2
>>> 5 * 3 + 2  # result * divisor + remainder
17

В Python можно использовать оператор ** для возведения в степень 1:

>>> 5 ** 2  # 5 в квадрате
25
>>> 2 ** 7  # 2 в степени 7
128

Знак равенства (=) используется для присваивания значения переменной. После этого результат не отображается до следующего интерактивного приглашения:

>>> width = 20
>>> height = 5 * 9
>>> width * height
900

Если переменная не «определена» (ей не присвоено значение), попытка её использования приведёт к ошибке:

>>> n  # попытка обращения к неопределённой переменной
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'n' is not defined

Имеется полная поддержка чисел с плавающей запятой; операторы со смешанными типами операндов преобразуют целочисленный операнд в число с плавающей запятой:

>>> 3 * 3.75 / 1.5
7.5
>>> 7.0 / 2
3.5

В интерактивном режиме последнее выведенное выражение присваивается переменной _. Это означает, что при использовании Python в качестве настольного калькулятора несколько упрощается продолжение вычислений, например:

>>> tax = 12.5 / 100
>>> price = 100.50
>>> price * tax
12.5625
>>> price + _
113.0625
>>> round(_, 2)
113.06

Эту переменную следует рассматривать как доступную только для чтения. Не присваивайте ей значение явно – это создаст независимую локальную переменную с тем же именем, которая будет скрывать встроенную переменную с её магическим поведением.

В дополнение к int и float Python поддерживает и другие типы чисел, такие как Decimal и Fraction. Python также имеет встроенную поддержку комплексных чисел, и использует суффикс j или J для обозначения мнимой части (например, 3+5j).

3.1.2. Строки¶Strings

Помимо чисел, Python может также работать со строками, которые можно записать несколькими способами. Они могут быть заключены в одинарные кавычки ('...') или dвойные кавычки ("...") с одним и тем же результатом 2. \ можно использовать для экранирования кавычек:

>>> 'spam eggs'  # одинарные кавычки
'spam eggs'
>>> 'doesn\'t'  # используйте \' для экранирования одинарной кавычки...
"doesn't"
>>> "doesn't"  # ...или используйте двойные кавычки
"doesn't"
>>> '"Yes," they said.'
'"Yes," they said.'
>>> "\"Yes,\" they said."
'"Yes," they said.'
>>> '"Isn\'t," they said.'
'"Isn\'t," they said.'

В интерактивном интерпретаторе выводимая строка заключается в кавычки, а специальные символы экранируются обратной косой чертой. Хотя иногда это может выглядеть иначе, чем ввод (обрамляющие кавычки могут меняться), обе строки эквивалентны. Строка заключается в двойные кавычки, если она содержит одинарную кавычку и не содержит двойных; в противном случае она заключается в одинарные кавычки. Оператор print выводит более читаемый результат, опуская обрамляющие кавычки и печатая экранированные и специальные символы:

>>> '"Isn\'t," they said.'
'"Isn\'t," they said.'
>>> print '"Isn\'t," they said.'
"Isn't," they said.
>>> s = 'First line.\nSecond line.'  # \n означает новую строку
>>> s  # без print символ \n попадает в вывод
'First line.\nSecond line.'
>>> print s  # с print символ \n создаёт новую строку
First line.
Second line.

Если вы не хотите, чтобы символы, перед которыми стоит \, интерпретировались как специальные, можно использовать сырые строки, добавив r перед первой кавычкой:

>>> print 'C:\some\name'  # здесь \n означает перевод строки!
C:\some
ame
>>> print r'C:\some\name'  # обратите внимание на r перед кавычкой
C:\some\name

Строковые литералы могут занимать несколько строк. Один из способов – использовать тройные кавычки: """...""" или '''...'''. Символы конца строки автоматически включаются в строку, но это можно предотвратить, добавив \ в конец строки. Следующий пример:

print """\
Usage: thingy [OPTIONS]
     -h                        Display this usage message
     -H hostname               Hostname to connect to
"""

выводит следующий результат (обратите внимание, что начальный перевод строки не включается):

Usage: thingy [OPTIONS]
     -h                        Display this usage message
     -H hostname               Hostname to connect to

Строки можно объединять (склеивать) оператором + и повторять оператором *:

>>> # 3 раза 'un', затем 'ium'
>>> 3 * 'un' + 'ium'
'unununium'

Два или более строковых литерала (то есть заключённых в кавычки), расположенные рядом, автоматически объединяются.

>>> 'Py' 'thon'
'Python'

Эта возможность особенно полезна, когда нужно разбить длинные строки:

>>> text = ('Put several strings within parentheses '
...         'to have them joined together.')
>>> text
'Put several strings within parentheses to have them joined together.'

Однако это работает только с двумя литералами, но не с переменными или выражениями:

>>> prefix = 'Py'
>>> prefix 'thon'  # нельзя объединить переменную и строковый литерал
  ...
SyntaxError: invalid syntax
>>> ('un' * 3) 'ium'
  ...
SyntaxError: invalid syntax

Если нужно объединить переменные или переменную и литерал, используйте +:

>>> prefix + 'thon'
'Python'

Строки можно индексировать (по индексу), причём первый символ имеет индекс 0. Отдельного типа для символов нет; символ – это просто строка длины один:

>>> word = 'Python'
>>> word[0]  # символ в позиции 0
'P'
>>> word[5]  # символ в позиции 5
'n'

Индексы могут быть и отрицательными числами, тогда отсчёт ведётся справа:

>>> word[-1]  # последний символ
'n'
>>> word[-2]  # предпоследний символ
'o'
>>> word[-6]
'P'

Обратите внимание: поскольку -0 совпадает с 0, отрицательные индексы начинаются с -1.

Помимо индексирования поддерживаются также срезы. Если индексирование используется для получения отдельных символов, то срез позволяет получить подстроку:

>>> word[0:2]  # символы с позиции 0 (включительно) по 2 (исключительно)
'Py'
>>> word[2:5]  # символы с позиции 2 (включительно) до 5 (исключительно)
'tho'

Обратите внимание, что начальный индекс всегда включается, а конечный – всегда исключается. Это гарантирует, что s[:i] + s[i:] всегда равно s:

>>> word[:2] + word[2:]
'Python'
>>> word[:4] + word[4:]
'Python'

Индексы среза имеют полезные значения по умолчанию: опущенный первый индекс по умолчанию равен нулю, а опущенный второй – длине строки, из которой берётся срез.

>>> word[:2]   # символ от начала до позиции 2 (исключительно)
'Py'
>>> word[4:]   # символы с позиции 4 (включительно) до конца
'on'
>>> word[-2:]  # символы с предпоследнего (включительно) до конца
'on'

Один из способов запомнить, как работают срезы – представлять индексы между символами, причём левый край первого символа имеет номер 0. Тогда правый край последнего символа строки из n символов имеет индекс n, например:

 +---+---+---+---+---+---+
 | P | y | t | h | o | n |
 +---+---+---+---+---+---+
 0   1   2   3   4   5   6
-6  -5  -4  -3  -2  -1

Первая строка чисел показывает позиции индексов 0…6 в строке; вторая строка – соответствующие отрицательные индексы. Срез от i до j состоит из всех символов между границами, помеченными i и j соответственно.

Для неотрицательных индексов длина среза равна разности индексов, если оба находятся в допустимом диапазоне. Например, длина word[1:3] равна 2.

Попытка использовать слишком большой индекс приведёт к ошибке:

>>> word[42]  # в слове всего 6 символов
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: string index out of range

Однако выход за границы при использовании индексов среза обрабатывается без ошибок:

>>> word[4:42]
'on'
>>> word[42:]
''

Строки Python нельзя изменить – они являются неизменяемыми. Поэтому попытка присвоения значения элементу строки по индексу приводит к ошибке:

>>> word[0] = 'J'
  ...
TypeError: 'str' object does not support item assignment
>>> word[2:] = 'py'
  ...
TypeError: 'str' object does not support item assignment

Если нужна другая строка, следует создать новую:

>>> 'J' + word[1:]
'Jython'
>>> word[:2] + 'py'
'Pypy'

Встроенная функция len() возвращает длину строки:

>>> s = 'supercalifragilisticexpialidocious'
>>> len(s)
34

3.1.3. Строки Unicode¶Unicode Strings

Начиная с Python 2.0 программисту доступен новый тип данных для хранения текстовой информации: объект Unicode. Его можно использовать для хранения и обработки данных Unicode (см. http://www.unicode.org/), и он хорошо интегрируется с существующими строковыми объектами, обеспечивая автоматическое преобразование при необходимости.

Преимущество Unicode в том, что он предоставляет одно числовое значение (ordinal) для каждого символа во всех письменностях, используемых в современных и древних текстах. Раньше для символов письменности было доступно только 256 возможных значений. Тексты обычно были привязаны к кодовой странице, которая сопоставляла эти значения символам. Это приводило к большой путанице, особенно в отношении интернационализации программного обеспечения (обычно обозначается как i18n – 'i' + 18 символов + 'n'). Unicode решает эти проблемы, определяя одну кодовую страницу для всех письменностей.

Создание строк Unicode в Python так же просто, как и создание обычных строк:

>>> u'Hello World !'
u'Hello World !'

Маленькая буква 'u' перед кавычкой указывает, что должна быть создана строка Unicode. Если вы хотите включить в строку специальные символы, это можно сделать с помощью кодировки Unicode-Escape в Python. Следующий пример показывает, как:

>>> u'Hello\u0020World !'
u'Hello World !'

Управляющая последовательность \u0020 указывает на вставку символа Unicode с числовым значением 0x0020 (пробел) в заданной позиции.

Остальные символы интерпретируются с использованием их порядковых значений непосредственно как коды Unicode. Для строковых литералов в стандартной кодировке Latin-1, используемой во многих западных странах, удобно, что младшие 256 символов Unicode совпадают с 256 символами Latin-1.

Для опытных пользователей также существует необработанный режим (raw mode), как и для обычных строк. Необходимо добавить префикс ‘ur’ к открывающей кавычке, чтобы Python использовал кодировку Raw-Unicode-Escape. Она будет применять вышеуказанное преобразование \uXXXX только в том случае, если перед маленькой буквой ‘u’ стоит нечётное количество обратных косых черт.

>>> ur'Hello\u0020World !'
u'Hello World !'
>>> ur'Hello\\u0020World !'
u'Hello\\\\u0020World !'

Необработанный режим наиболее полезен, когда нужно ввести много обратных косых черт, что может быть необходимо в регулярных выражениях.

Помимо этих стандартных кодировок, Python предоставляет целый набор других способов создания строк Unicode на основе известной кодировки.

Встроенная функция unicode() предоставляет доступ ко всем зарегистрированным кодекам Unicode (кодировщикам и декодировщикам). Некоторые из наиболее известных кодировок, которые могут преобразовывать эти кодеки: Latin-1, ASCII, UTF-8 и UTF-16. Последние две являются кодировками с переменной длиной, которые хранят каждый символ Unicode в одном или нескольких байтах. Кодировка по умолчанию обычно установлена в ASCII, которая пропускает символы в диапазоне от 0 до 127 и отвергает любые другие символы с ошибкой. Когда строка Unicode печатается, записывается в файл или преобразуется с помощью str(), преобразование выполняется с использованием этой кодировки по умолчанию.

>>> u"abc"
u'abc'
>>> str(u"abc")
'abc'
>>> u"äöü"
u'\xe4\xf6\xfc'
>>> str(u"äöü")
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in ?
UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 0-2: ordinal not in range(128)

Чтобы преобразовать строку Unicode в 8-битную строку с использованием определённой кодировки, объекты Unicode предоставляют метод encode(), который принимает один аргумент – имя кодировки. Предпочтительны имена кодировок в нижнем регистре.

>>> u"äöü".encode('utf-8')
'\xc3\xa4\xc3\xb6\xc3\xbc'

Если у вас есть данные в определённой кодировке и вы хотите получить из них соответствующую строку Unicode, вы можете использовать функцию unicode(), передав имя кодировки вторым аргументом.

>>> unicode('\xc3\xa4\xc3\xb6\xc3\xbc', 'utf-8')
u'\xe4\xf6\xfc'

3.1.4. Списки¶Lists

Python поддерживает несколько составных типов данных, используемых для объединения других значений. Самый универсальный из них – список (list), который можно записать как список разделённых запятыми значений (элементов) в квадратных скобках. Списки могут содержать элементы разных типов, но обычно все элементы имеют один и тот же тип.

>>> squares = [1, 4, 9, 16, 25]
>>> squares
[1, 4, 9, 16, 25]

Как и строки (и все остальные встроенные последовательные типы), списки поддерживают индексацию и срезы:

>>> squares[0]  # индексация возвращает элемент
1
>>> squares[-1]
25
>>> squares[-3:]  # срез возвращает новый список
[9, 16, 25]

Все операции со срезами возвращают новый список, содержащий запрошенные элементы. Это означает, что следующий срез возвращает новую (поверхностную) копию списка:

>>> squares[:]
[1, 4, 9, 16, 25]

Списки также поддерживают такие операции, как конкатенация:

>>> squares + [36, 49, 64, 81, 100]
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

В отличие от строк, которые являются неизменяемыми, списки – изменяемый тип, то есть их содержимое можно изменять:

>>> cubes = [1, 8, 27, 65, 125]  # здесь что-то не так
>>> 4 ** 3  # куб 4 равен 64, а не 65!
64
>>> cubes[3] = 64  # заменить неверное значение
>>> cubes
[1, 8, 27, 64, 125]

Также можно добавлять новые элементы в конец списка с помощью append() метода (о методах мы узнаем подробнее позже):

>>> cubes.append(216)  # добавить куб 6
>>> cubes.append(7 ** 3)  # и куб 7
>>> cubes
[1, 8, 27, 64, 125, 216, 343]

Присваивание срезам также возможно, и это может даже изменить размер списка или полностью его очистить:

>>> letters = ['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']
>>> letters
['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g']
>>> # заменить некоторые значения
>>> letters[2:5] = ['C', 'D', 'E']
>>> letters
['a', 'b', 'C', 'D', 'E', 'f', 'g']
>>> # теперь удалить их
>>> letters[2:5] = []
>>> letters
['a', 'b', 'f', 'g']
>>> # очистить список, заменив все элементы пустым списком
>>> letters[:] = []
>>> letters
[]

Встроенная функция len() также применима к спискам:

>>> letters = ['a', 'b', 'c', 'd']
>>> len(letters)
4

Списки можно вкладывать друг в друга (создавать списки, содержащие другие списки), например:

>>> a = ['a', 'b', 'c']
>>> n = [1, 2, 3]
>>> x = [a, n]
>>> x
[['a', 'b', 'c'], [1, 2, 3]]
>>> x[0]
['a', 'b', 'c']
>>> x[0][1]
'b'