第四课 Python基础语法（一）

一、变量

1. 二进制与十六进制

我们在前面几章中学到过，计算机会把数据保存在内存中，然后从内存中读取数据进行操作。当CPU需要执行涉及该数据的指令时，就需要知道这个数据在内存中的地址。类似如果送快递，就需要知道我们的家庭住址。而内存地址是一大串连续的二进制数字，现在的家用计算机一般是32位或64位的，这表示对应的内存地址有32位或64位。如此长的数字会对我们的阅读带来巨大的困难，为了方便我们阅读与操作，一般采用十六进制来表内存，因为十六进制可以非常方便与二进制进行转换，每四位二进制数字可以转换为一位十六进制数字。十六进制通常以0x作为前缀，后面跟着一串十六进制数字。

例：二进制：1111111111111111111110000000001101000101011000100010000000000000 十六进制：0xfffff80345622000 十进制：18446735291665498112

补充说明: 理解二进制、十六进制与内存地址的关系，有助于理解底层原理，但初学者可以暂时跳过，不影响后续学习。

2. python中的变量

但是写成十六进制去访问内存地址依然很不方便，万幸的是随着几十年的发展，现代编程语言有了更高效操作方式------变量。在Python中当你在解释器中输入一串字符串或者数字的时候，计算机会在内存中开辟一块空间用来保存这些数据。但是仅仅是这样是不够的，因为如果没有一个名字来标识这块内存位置，当你想再次使用其中保存的数据时，你就不得不重新输入一遍完全相同的数据，计算机也会在另一个新的内存位置再保存一份相同数据的副本。这不仅极其繁琐、容易出错，而且浪费内存空间。为了解决这个问题，现代编程语言引入了变量的概念。变量为存储在内存中的数据赋予了一个名字（标识符），通过这个名字，我们就可以方便地访问或修改那块内存中的数据，无需重复输入原始数据。

比如下面这个例子

python 复制代码

print('Hello Wolrd') # 打印Hello World，打印完成后会销毁字符串'Hello Wolrd'
# 如果我想要再次打印这个字符串就需要重新输入一遍
print('Hello Wolrd')

# 使用变量
a='Hello Wolrd' 
print(a)
print(a)

注: 变量的引入极大地提高了代码的可读性和可维护性。

3. 变量的创建

变量的基本用法就是赋值。下面这行代码创建了一个名叫 x 的变量，然后通过=运算符，让x指向整数对象1234。这样当我们需要再次使用1234时，只需要输入x就可以了。在Python中，=运算符用于赋值（assignment），它的作用是将右侧的对象与左侧的变量名绑定（bind）起来，与数学运算中的=并不相同。理解赋值操作的本质是理解Python变量机制的关键。

python 复制代码

x=1234

强调: = 在Python中是赋值，不是等于。等于的判断使用 ==。

4. 在Python中变量的创建过程

在Python中，变量的创建是一个简洁而强大的过程，遵循以下关键原则：

赋值即创建 变量在首次赋值时被自动创建，无需预先声明类型。当你写下 x = 1234 时：
- Python 在内存中创建整数对象 1234
- 将变量名 x 绑定到这个对象
- 此后通过 x 即可访问该对象的值
python 复制代码
```
# 变量在首次赋值时创建
count = 10       # 创建整数变量
message = "Hello"  # 创建字符串变量
```
动态类型 Python 是一种动态类型语言，这意味着变量的类型是在运行时自动推断的，而不是像静态类型语言（如 Java 或 C++）那样需要在声明时显式指定。你可以随时将一个变量绑定到不同类型的对象。
python 复制代码
```
x = 10        # x 现在是整数
print(type(x))  # 输出: <class 'int'>

x = "Hello"   # x 现在是字符串
print(type(x))  # 输出: <class 'str'>

x = True # x 现在是布尔
print(type(x)) # 输出: <class 'bool'>
```
这种灵活性使得 Python 编程更加简洁，但也需要注意类型相关的错误，因为这些错误可能会在运行时才暴露出来。

补充说明: 可以使用 isinstance() 函数进行类型检查，避免运行时错误。例如: isinstance(x, str)。
变量是对对象的引用 在 Python 中，变量并不是直接存储数据，而是存储对内存中对象的引用。这意味着，当你创建一个变量并赋值时，你实际上是在告诉 Python：这个变量指向某个对象，而不是将对象的值直接存储在变量中。

当多个变量引用同一个对象时，修改其中一个变量的内容，可能会意外影响另一个变量。例如：
python 复制代码
```
a = "Hello"
b = a           # b 引用与 a 相同的字符串对象

print(a)  # 输出: Hello
print(b)  # 输出: Hello

b += " World"   # 修改 b 引用的字符串对象

print(a)  # 输出: Hello  # a 没有被修改，因为字符串是不可变的
print(b)  # 输出: Hello World

# 注意：当 b 进行字符串拼接时，实际上创建了一个新的字符串对象。
# 这意味着 b 现在引用了一个新的对象，而 a 仍然引用原来的对象。
```
在这个例子中，a 和 b 最初都引用相同的字符串------"Hello"。当我们执行 b += " World" 时，Python 创建了一个新的字符串对象"Hello World"，并将 b 更新为指向这个新对象。a` 仍然指向原来的字符串对象，因此它的值不会发生改变。

如果你想直接创建对象的副本，可以使用 copy 模块：
python 复制代码
```
import copy

a = "Hello"
b = copy.copy(a)  # 创建 a 的副本

b += " World"  # 修改 b 的副本

print(a)  # 输出: Hello   # a 仍然没有被修改
print(b)  # 输出: Hello World
```
强调: 理解 "引用" 的概念对于理解 Python 的内存管理至关重要，特别是对于后面学到的列表和字典等可变对象。

垃圾回收 当一个对象不再被任何变量引用时，Python 的垃圾回收机制会自动回收该对象所占用的内存。

python 复制代码

x = 10
y = x
del x         # 删除变量 x

print(y)  # 输出: 10

# 此时，整数对象 10 仍然存在，因为它仍然被 y 引用
del y

# 现在，整数对象 10 不再被任何变量引用，符合垃圾回收的条件，
# Python 解释器会在适当的时候回收它所占用的内存。

补充说明: del 语句用于删除变量的绑定，而不是删除对象本身。

5. 变量命名规则

必须以字母或下划线开头：name、_value

后续字符可以是字母、数字或下划线：total_count、user2
区分大小写：Age 和 age 是不同的变量
避开关键字：不能使用 if、for、while 等保留字
python 复制代码
```
# 合法命名示例
user_name = "Alice"
_private_data = 42
MAX_VALUE = 100

# 非法命名示例
2nd_place = "Bob"    # 错误：以数字开头
first-name = "Carol"  # 错误：包含连字符
```
建议: 变量命名应具有描述性，提高代码可读性。推荐使用小写字母和下划线组合 (snake_case)。