Python编程入门：变量与数据类型详解

一、变量与数据类型

1.1 为什么学变量？

程序运行时需要临时存储数据，变量就是存放数据的"盒子"，方便后续使用。

1.2 为什么学数据类型？

不同类型的数据操作方式不同，比如数字可以加减，文字可以拼接。了解类型才能正确操作。

1.3 八大基本数据类型速查表

类型	通俗理解	例子
int	整数（年龄、编号）	age = 18
float	小数（价格、身高）	price = 99.9
str	文字（名字、地址）	name = "dream"
list	有序的一串，可增删改	["dream", "hope"]
dict	带标签的盒子（键值对）	{"name":"dream", "age":18}
bool	只有两个值：对/错	is_student = True
tuple	跟列表一样，但不能改	(1, 2, 3)
set	无序、自动去重	{1, 2, 3}

1.4 最常用的四种（天天见）

数字（int / float）

 a = 10
 b = 3.14
 print(a + b)   # 直接算数

字符串（str）

 name = "dream"
 # 三种格式化，推荐 f-string
 print(f"我叫{name}")
 print("我叫%s" % name)
 print("我叫{}".format(name))

列表（list）

 students = ["dream", "hope"]
 print(students[0])       # 索引取值
 students.append("opp")   # 追加

字典（dict）

 person = {"name": "dream", "age": 18}
 print(person["name"])        # 通过键取值
 print(person.get("age"))     # 安全取值，找不到返回 None

1.5 布尔类型（bool）------ 只有真假

以下情况为 False ，其余全为 True：

• False 本身

• 数字 0

• 空字符串 ""

• 空列表 []

• 空字典 {}

• 空元组 ()

• 空集合 set()

特别注意：" "（空格字符串）不是空，是 True。

1.6 元组（tuple）与集合（set）

• 元组 ：不能修改的列表。单元素必须加逗号 (1,)，否则是整数。

• 集合：自动去重，无序，常用于去重和集合运算（并、交、差）。

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二、循环与控制

2.1 range() ------ 生成数字序列（懒加载）

 range(1, 6)        # 1,2,3,4,5（不含6）
 range(1, 9, 2)     # 1,3,5,7
 list(range(5))     # 转成列表 [0,1,2,3,4]

2.2 for 循环 ------ 挨个取元素

 for i in "dream":
     print(i)
 ​
 for item in [1,2,3]:
     print(item)
 ​
 # 遍历字典拿到的是键
 for k in {"name":"dream", "age":18}:
     print(k, dict[k])

2.3 while 循环 ------ 条件满足就一直做

 count = 0
 while count < 5:
     print(count)
     count += 1   # 别忘了改条件，否则死循环

2.4 break 与 continue

• break：立刻结束整个循环

• continue：跳过本次，继续下一次

 # continue 示例：跳过偶数
 for i in range(1,6):
     if i % 2 == 0:
         continue
     print(i)   # 1,3,5
 ​
 # break 示例：遇到3就停
 for i in range(1,6):
     if i == 3:
         break
     print(i)   # 1,2

2.5 死循环与标志位

 # 危险！别写
 while True:
     print("停不下来")
 ​
 # 用标志位控制
 flag = True
 count = 0
 while flag:
     count += 1
     if count == 5:
         flag = False

2.6 while...else（了解）

循环正常结束（没被 break）时执行 else。

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三、三元运算（简化 if-else）

 # 普通写法
 if a > b:
     result = a
 else:
     result = b
 ​
 # 三元运算
 result = a if a > b else b

注意 ：只适合简单判断，复杂逻辑请用 if-elif-else。

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四、数据类型内置方法（常用部分）

4.1 数字（int/float）

• int("55") 转整数

• bin(999) 转二进制，oct() 转八进制，hex() 转十六进制

• int("0b1111", 2) 其他进制转十进制

• "123".isdigit() 判断字符串是否纯数字（常用输入校验）

4.2 字符串高频操作

操作	说明
`"	".join(["a","b"])`
`"a	b".split("
" dream ".strip()	去除首尾空格或指定字符
"dream".replace("d","a")	替换子串
"Hi".upper() / .lower()	全大写 / 全小写
"dream".startswith("d")	判断开头
"123".isdigit()	是否纯数字
"abc".find("b")	找索引（找不到返回 -1）
"abc".index("b")	找索引（找不到报错）
"ababa".count("a")	统计出现次数
"a".center(3,"*")	居中填充（*a*）

4.3 列表常用方法

操作	说明
lst.append(4)	尾部添加
lst.insert(0,0)	指定位置插入
lst.extend([5,6])	合并列表
lst.remove(0)	删除指定值（第一个）
lst.pop()	弹出末尾（返回删除值）
lst.pop(0)	弹出指定索引
del lst[0]	删除指定索引
lst.clear()	清空
lst.sort()	原地排序（升序）
lst.sort(reverse=True)	原地降序
sorted(lst)	返回新排序列表
lst.reverse()	原地反转
lst[::-1]	切片反转（不改变原列表）

4.4 字典常用方法

操作	说明
d["key"]	取值（键必须存在）
d.get("key", default)	安全取值，可设默认值
d["new_key"] = value	添加或修改
d.update({"b":2})	批量更新
del d["key"]	删除键值对
d.pop("key")	删除并返回值
d.clear()	清空
for k in d:	遍历键
for k,v in d.items():	同时遍历键和值
d.keys() / d.values()	获取所有键/值

4.5 集合常用方法

操作	说明
s.add(4)	添加单个元素
s.update([5,6,7])	添加多个
s.remove(4)	删除（不存在报错）
s.discard(10)	删除（不存在不报错）
s.pop()	随机删除一个
`a	b`
a & b	交集
a - b	差集
a ^ b	对称差集（并集减交集）

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五、可变与不可变类型（面试常问）

判断标准 ：修改后内存地址（id()）是否改变。

• 不可变：int, float, str, bool, tuple 修改时会创建新对象，原对象不变。

• 可变：list, dict, set 修改时内存地址不变，直接改原对象。

重要影响：函数参数传递时，可变类型会被函数内部修改影响外部。

 # 不可变类型
 x = 1
 print(id(x))  # 地址A
 x = 2
 print(id(x))  # 地址B（不同）
 ​
 # 可变类型
 lst = [1,2]
 print(id(lst))  # 地址C
 lst.append(3)
 print(id(lst))  # 地址C（相同）

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六、垃圾回收机制（了解原理）

Python 自动回收不再使用的内存，主要靠：

1. 引用计数：每个对象被引用次数为0时回收。

2. 标记-清除：解决循环引用（两个对象互相指着）。

3. 分代回收：对象分代，老年代扫描频率低，提升性能。

小整数池 ：-5 到 256 的整数预先创建，多个变量指向同一对象。

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七、深浅拷贝（复制对象）

• 浅拷贝 ：只复制最外层，内层嵌套仍共享（copy.copy()）

• 深拷贝 ：递归复制全部，完全独立（copy.deepcopy()）

 import copy
 original = [1, 2, [3, 4]]
 shallow = copy.copy(original)
 deep = copy.deepcopy(original)
 ​
 original[2][0] = 999
 print(shallow)   # [1,2,[999,4]] 受影响
 print(deep)      # [1,2,[3,4]]   不受影响

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八、字符编码（乱码解决）

• 编码 ：字符串 → 二进制（.encode()）

• 解码 ：二进制 → 字符串（.decode()）

历史：ASCII → 各国标准（GBK, Shift_JIS） → Unicode → UTF-8（通用，中文3字节）

python

 text = "中国"
 utf8 = text.encode("utf-8")
 print(utf8.decode("utf-8"))   # 中国

教训 ：读写文件务必指定 encoding="utf-8"。

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九、文件操作（数据持久化）

9.1 打开方式

 # 手动关闭
 fp = open("file.txt", "r", encoding="utf-8")
 data = fp.read()
 fp.close()
 ​
 # with 自动关闭（推荐）
 with open("file.txt", "r", encoding="utf-8") as fp:
     data = fp.read()

9.2 模式

• r：只读（文件不存在报错）

• w：只写（覆盖，不存在则创建）

• a：追加（末尾写，不存在则创建）

• rb / wb：二进制模式

9.3 常用方法

 fp.read()        # 读全部
 fp.readline()    # 读一行
 fp.readlines()   # 读全部到列表
 fp.write(str)    # 写字符串
 fp.writelines(list)  # 写列表
 fp.tell()        # 当前指针位置（字节）
 fp.seek(offset, whence)  # 移动指针（whence:0开头,1当前,2末尾）

注意 ：UTF-8 中一个汉字占3字节，seek 要小心别切到汉字中间。

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十、异常处理（防止程序崩溃）

10.1 基本结构

 try:
     num = int(input("数字："))
     print(10/num)
 except ValueError as e:
     print(f"输入不是数字：{e}")
 except ZeroDivisionError as e:
     print(f"除零错误：{e}")
 except Exception as e:
     print(f"其他错误：{e}")
 else:
     print("没出错才执行")
 finally:
     print("不管怎样都执行")

10.2 主动抛出

 raise ValueError("自定义错误")
 assert age >= 0, "年龄不能为负"

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十一、推导式（生成式）

11.1 列表推导式

 [i for i in range(10) if i%2==0]   # [0,2,4,6,8]
 [i**2 for i in range(5)]           # [0,1,4,9,16]
 [s.upper() for s in "dream"]       # ['D','R','E','A','M']

11.2 字典推导式

{k:v for k,v in [("a",1),("b",2)]}   # {'a':1,'b':2}
{i:i**2 for i in range(5)}           # {0:0,1:1,2:4,...}

11.3 集合推导式

{i%3 for i in range(10)}   # {0,1,2}

11.4 生成器表达式（不是元组推导）

gen = (i for i in range(5))   # 生成器，惰性
list(gen)                     # 转成列表

---

十二、练习题及完整答案

12.1 猜年龄游戏

题目要求：

• 设定好用户年龄，用户通过输入猜测的年龄进行匹配

• 最大尝试次数：用户最多尝试猜测3次

• 最大尝试次数后：如3次后，问用户是否还想继续玩

  • 如果回答Y或y，就再给3次机会，提示【还剩最后三次机会】

  • 3次都猜错的话游戏结束

  • 如果回答N或n，游戏结束！

  • 如果格式输入错误，提示【输入格式错误，请重新输入：】

• 如果猜对了，游戏结束！

import sys

real_age = 25
chances = 3

while True:
    while chances > 0:
        guess = input("猜猜我的年龄：").strip()
        if not guess.isdigit():
            print("输入格式错误，请输入数字！")
            continue
        guess = int(guess)
        if guess == real_age:
            print("恭喜，猜对了！")
            sys.exit()
        else:
            chances -= 1
            if chances > 0:
                print(f"猜错了，还剩{chances}次机会")
            else:
                print("三次机会用完了")
    # 三次用完，询问是否继续
    while True:
        again = input("还想继续玩吗？(Y/N)：").strip().lower()
        if again == 'y':
            chances = 3
            print("还剩最后三次机会")
            break
        elif again == 'n':
            print("游戏结束")
            sys.exit()
        else:
            print("输入格式错误，请重新输入：")

12.2 登录系统（内存版）

题目要求：

• 设定好用户名和密码，用户通过输入指定的用户名和密码进行登陆

• 最大尝试次数：用户最多尝试猜测3次

• 最大尝试次数后：如3次后，问用户是否继续登陆

  • 如果回答Y或y，就再给3次机会，提示【还剩最后三次机会】

  • 3次都猜错的话登录结束

  • 如果回答N或n，登陆结束！

  • 如果格式输入错误，提示【输入格式错误，请重新输入：】

• 如果猜对了，登陆结束！

import sys

username_db = "dream"
password_db = "123456"
attempts = 3

while True:
    while attempts > 0:
        username = input("用户名：").strip()
        password = input("密码：").strip()
        if username == username_db and password == password_db:
            print("登录成功！")
            sys.exit()
        else:
            attempts -= 1
            if attempts > 0:
                print(f"用户名或密码错误，还剩{attempts}次机会")
            else:
                print("三次机会用完了")
    # 询问是否继续
    while True:
        again = input("是否继续登录？(Y/N)：").strip().lower()
        if again == 'y':
            attempts = 3
            print("还剩最后三次机会")
            break
        elif again == 'n':
            print("登录失败，程序结束")
            sys.exit()
        else:
            print("输入格式错误，请重新输入：")

12.3 多用户登录注册（文件版）

题目要求：

• 用户可以注册（校验用户名是否已存在）

• 用户可以登录（校验用户名和密码）

• 用户数据持久化保存到文件（格式：username|password|role\n）

import os

USER_FILE = "users.txt"

def load_users():
    """从文件加载所有用户，返回字典 {username: {"password": pwd, "role": role}}"""
    users = {}
    if not os.path.exists(USER_FILE):
        return users
    with open(USER_FILE, "r", encoding="utf-8") as f:
        for line in f:
            line = line.strip()
            if not line:
                continue
            parts = line.split("|")
            if len(parts) == 3:
                name, pwd, role = parts
                users[name] = {"password": pwd, "role": role}
    return users

def save_users(users):
    """将用户字典写回文件"""
    with open(USER_FILE, "w", encoding="utf-8") as f:
        for name, info in users.items():
            f.write(f"{name}|{info['password']}|{info['role']}\n")

def register():
    users = load_users()
    username = input("请输入用户名：").strip()
    if username in users:
        print("用户名已存在，请直接登录")
        return False
    password = input("请输入密码：").strip()
    # 简单角色：第一个注册的用户设为admin，其余为user
    if not users:
        role = "admin"
    else:
        role = "user"
    users[username] = {"password": password, "role": role}
    save_users(users)
    print(f"注册成功！您的角色是：{role}")
    return True

def login():
    users = load_users()
    username = input("用户名：").strip()
    if username not in users:
        print("用户名不存在，请先注册")
        return False
    password = input("密码：").strip()
    if users[username]["password"] == password:
        print(f"登录成功！欢迎 {username}（{users[username]['role']}）")
        return True
    else:
        print("密码错误")
        return False

def main():
    while True:
        print("\n===== 用户系统 =====")
        print("1. 注册")
        print("2. 登录")
        print("3. 退出")
        choice = input("请选择：").strip()
        if choice == "1":
            register()
        elif choice == "2":
            login()
        elif choice == "3":
            print("再见！")
            break
        else:
            print("输入错误，请重新选择")

if __name__ == "__main__":
    main()

12.4 员工管理系统

题目要求：

• 有一个数据来存储所有的员工信息（字典嵌套）

• 添加员工（需管理员权限）

• 查看员工信息（所有员工 / 按ID查询 / 按姓名查询）

• 删除员工信息（删除所有 / 删除指定ID）

• 修改员工信息（需管理员权限）

 import sys
 ​
 # 初始员工数据（其中00003为管理员）
 employees = {
     "00001": {"name": "张三", "age": 25, "hobby": ["reading"], "role": "user"},
     "00002": {"name": "李四", "age": 30, "hobby": ["swimming"], "role": "user"},
     "00003": {"name": "王五", "age": 35, "hobby": ["music"], "role": "admin"}
 }
 ​
 def is_admin(user_id):
     """判断指定ID的用户是否为管理员"""
     emp = employees.get(user_id)
     return emp and emp.get("role") == "admin"
 ​
 def add_employee(admin_id):
     if not is_admin(admin_id):
         print("权限不足，只有管理员可以添加员工")
         return
     emp_id = input("请输入员工ID：").strip()
     if emp_id in employees:
         print("员工ID已存在")
         return
     name = input("姓名：").strip()
     age = input("年龄：").strip()
     if not age.isdigit():
         print("年龄必须是数字")
         return
     hobby = input("爱好（用逗号分隔）：").strip()
     hobby_list = [h.strip() for h in hobby.split(",") if h.strip()]
     employees[emp_id] = {
         "name": name,
         "age": int(age),
         "hobby": hobby_list,
         "role": "user"
     }
     print(f"员工 {name} 添加成功")
 ​
 def show_all_employees():
     if not employees:
         print("暂无员工数据")
         return
     print("\n所有员工信息：")
     for eid, info in employees.items():
         print(f"ID:{eid}, 姓名:{info['name']}, 年龄:{info['age']}, 爱好:{info['hobby']}, 角色:{info['role']}")
 ​
 def find_employee_by_id(eid):
     info = employees.get(eid)
     if info:
         print(f"ID:{eid}, 姓名:{info['name']}, 年龄:{info['age']}, 爱好:{info['hobby']}, 角色:{info['role']}")
     else:
         print("未找到该员工")
 ​
 def find_employee_by_name(name):
     found = False
     for eid, info in employees.items():
         if info['name'] == name:
             print(f"ID:{eid}, 姓名:{info['name']}, 年龄:{info['age']}, 爱好:{info['hobby']}, 角色:{info['role']}")
             found = True
     if not found:
         print("未找到该姓名")
 ​
 def delete_all_employees(admin_id):
     if not is_admin(admin_id):
         print("权限不足，只有管理员可以删除所有员工")
         return
     confirm = input("确认删除所有员工？(Y/N)：").strip().lower()
     if confirm == 'y':
         employees.clear()
         print("已清空所有员工")
     else:
         print("取消删除")
 ​
 def delete_employee_by_id(admin_id, eid):
     if not is_admin(admin_id):
         print("权限不足，只有管理员可以删除员工")
         return
     if eid in employees:
         del employees[eid]
         print(f"员工 {eid} 已删除")
     else:
         print("员工ID不存在")
 ​
 def modify_employee(admin_id):
     if not is_admin(admin_id):
         print("权限不足，只有管理员可以修改员工信息")
         return
     eid = input("请输入要修改的员工ID：").strip()
     if eid not in employees:
         print("员工ID不存在")
         return
     print("当前信息：", employees[eid])
     new_name = input("新姓名（直接回车保留原值）：").strip()
     new_age = input("新年龄（直接回车保留原值）：").strip()
     new_hobby = input("新爱好（用逗号分隔，直接回车保留原值）：").strip()
     if new_name:
         employees[eid]['name'] = new_name
     if new_age and new_age.isdigit():
         employees[eid]['age'] = int(new_age)
     if new_hobby:
         employees[eid]['hobby'] = [h.strip() for h in new_hobby.split(",") if h.strip()]
     print("修改成功")
 ​
 def main():
     print("===== 员工管理系统 =====")
     admin_id = input("请输入您的员工ID（用于权限验证）：").strip()
     if not is_admin(admin_id):
         print("您不是管理员，只能查看和查询员工信息")
     while True:
         print("\n功能菜单：")
         print("1. 添加员工（需管理员）")
         print("2. 查看所有员工")
         print("3. 按ID查询员工")
         print("4. 按姓名查询员工")
         print("5. 删除所有员工（需管理员）")
         print("6. 删除指定员工（需管理员）")
         print("7. 修改员工信息（需管理员）")
         print("0. 退出")
         choice = input("请选择：").strip()
         if choice == "1":
             add_employee(admin_id)
         elif choice == "2":
             show_all_employees()
         elif choice == "3":
             eid = input("请输入员工ID：").strip()
             find_employee_by_id(eid)
         elif choice == "4":
             name = input("请输入姓名：").strip()
             find_employee_by_name(name)
         elif choice == "5":
             delete_all_employees(admin_id)
         elif choice == "6":
             eid = input("请输入要删除的员工ID：").strip()
             delete_employee_by_id(admin_id, eid)
         elif choice == "7":
             modify_employee(admin_id)
         elif choice == "0":
             print("退出系统")
             break
         else:
             print("输入有误，请重新选择")
 ​
 if __name__ == "__main__":
     main()