Python 基础核心知识点总结

这份总结涵盖了从基础语法到面向对象编程的核心内容。

第1-2章：Python 简介与基础

1. 模块与包

模块 (Module) : 一个 .py 文件就是一个模块，用于组织功能相似的代码。
包 (Package) : 包含 __init__.py 文件的目录，用于组织多个模块。
库 (Library): 具有相关功能的模块的集合，是一个抽象概念。

2. pip 第三方模块管理

pip install 模块名：安装第三方模块。
配置国内镜像源可以显著提升下载速度，例如清华源：https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple。

3. 基本代码规范

注释 :
- 单行注释 : 使用 #，官方建议 # 后跟一个空格。
- 多行注释 : 使用三对双引号 """ 或单引号 '''，通常用作文档字符串。
缩进 :
- Python 使用缩进来表示代码块，是语法的一部分。
- 推荐使用 4个空格 作为一级缩进，禁止混合使用 Tab 和空格。
语句换行 :
- 建议每行代码不超过79个字符。
- 可以使用圆括号 ()、方括号 []、花括号 {} 进行隐式换行。

4. 标识符与关键字

标识符规则: 由字母、数字和下划线组成，不能以数字开头，区分大小写，不能使用关键字。
命名建议 :
- 变量/函数 : 全小写，单词间用下划线连接，如 student_name。
- 类名 : 使用大驼峰命名法，如 StudentInfo。
- 常量 : 全大写，单词间用下划线连接，如 MAX_VALUE。
关键字 : Python 有 35 个关键字，如 if, for, def, class, import 等，不能用作标识符。

5. 变量与数据类型

变量 : 通过赋值运算符 = 定义，如 name = "Alice"。
数据类型 :
- 数字类型 :
  - 整型 (int) : 如 10, -5。
  - 浮点型 (float) : 如 3.14, -0.5。
  - 布尔型 (bool) : True 和 False，本质是整型的子类。
  - 复数 (complex) : 如 1+2j。
- 字符串 (str) : 由引号包裹的字符序列，如 "Hello", 'Python'。
- 列表 (list) : 有序、可变的元素集合，如 [1, 2, "a"]。
- 元组 (tuple) : 有序、不可变的元素集合，如 (1, 2, "a")。
- 集合 (set) : 无序、元素唯一的集合，如 {1, 2, "a"}。
- 字典 (dict) : 键值对（key-value）的集合，如 {"name": "Alice", "age": 18}。

6. 基本输入输出

输入 : input([prompt]) 函数，从键盘读取输入，返回值为字符串类型。
输出 : print(objects, sep=' ', end='\n') 函数。

7. 运算符

算术运算符 : +, -, *, /, // (整除), % (取余), ** (幂)。
赋值运算符 : =, +=, -=, *= 等。Python 3.8 新增了海象运算符 :=，可在表达式内赋值。
比较运算符 : ==, !=, >, <, >=, <=，返回布尔值。
逻辑运算符 : and, or, not。
成员运算符 : in, not in，用于测试元素是否在序列中。
位运算符 : & (与), | (或), ^ (异或), ~ (取反), << (左移), >> (右移)。
运算符优先级 : ** 最高，= 赋值运算符最低，可使用 () 提升优先级。

第3章：流程控制

1. 条件语句 (if-elif-else)

根据条件表达式的布尔值决定执行哪个代码块。

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score = 84
if score >= 90:
    print("优秀")
elif 75 <= score < 90:
    print("良好")
elif 60 <= score < 75:
    print("合格")
else:
    print("不合格")
# 输出：良好

2. 循环语句 (while / for)

while 循环: 在条件为真时重复执行代码块，适用于循环次数未知的场景。

python 复制代码

# 计算 1 到 10 的和
i = 1
total = 0
while i <= 10:
    total += i
    i += 1
print(total)  # 输出：55

for 循环: 用于遍历任何可迭代对象（如字符串、列表、元组等），适用于循环次数已知或需要遍历元素的场景。

python 复制代码

# 遍历字符串
word = "Python"
for char in word:
    print(char, end=' ')  # 输出：P y t h o n

# 与 range() 函数配合使用
for i in range(5):  # range(5) 生成 0, 1, 2, 3, 4
    print(i, end=' ')  # 输出：0 1 2 3 4

3. 跳转语句 (break / continue)

break: 立即终止当前循环。
continue: 跳过本次循环的剩余代码，立即进入下一次循环。

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for char in "Python":
    if char == 'o':
        break
    print(char, end='')  # 输出：Pyt

第4章：字符串

1. 格式化字符串

% 格式化 : 旧式格式化方法，使用 %s, %d 等占位符。
format() 方法 : 更强大的格式化方法，使用 {} 作为占位符。
f-string: Python 3.6 引入，最简洁直观的格式化方式。

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name = "Jerry"
age = 20
# % 格式化
print("姓名：%s，年龄：%d" % (name, age))
# format() 方法
print("姓名：{}，年龄：{}".format(name, age))
# f-string 格式化 (推荐)
print(f"姓名：{name}，年龄：{age}")

2. 字符串常用操作

查找与替换 :
- find(sub): 返回子串首次出现的索引，找不到返回 -1。
- replace(old, new[, count]): 替换子串并返回新字符串。
分割与拼接 :
- split(sep): 按分隔符分割字符串，返回列表。
- join(iterable): 用指定字符串连接可迭代对象中的元素。
删除指定字符 :
- strip([chars]): 移除字符串头尾的指定字符，默认为空格。
- lstrip(), rstrip(): 分别移除头部和尾部的指定字符。
大小写转换 :
- upper(), lower(), capitalize(), title()。
对齐 :
- center(width), ljust(width), rjust(width)。

第5章：组合数据类型

1. 列表 (List)

创建 : list_one = [], list_two = list('abc')。
访问 : 通过索引 list[0] 或切片 list[1:3]。
常用方法 :
- 添加 : append(x), extend(iterable), insert(index, x)。
- 删除 : remove(x), pop([index]), del list[index], clear()。
- 排序 : sort(), sorted(), reverse()。
列表推导式: 一种简洁的创建列表的方式。

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# 生成 1-10 的平方数列表
squares = [x**2 for x in range(1, 11)]
print(squares)  # 输出：[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

2. 元组 (Tuple)

特点 : 与列表类似，但不可变。
创建 : t1 = (), t2 = (1, ) (单元素元组必须加逗号), t3 = tuple([1, 2, 3])。

3. 集合 (Set)

特点: 无序、元素唯一。
创建 : s1 = {1, 2}, s2 = set() (空集合)。
常用方法 : add(x), remove(x), discard(x), pop(), clear()。

4. 字典 (Dict)

特点: 以键值对（key-value）形式存储，键必须唯一且不可变。
创建 : d1 = {"name": "Alice"}, d2 = dict(name='Bob')。
访问 : d[key] 或 d.get(key, default)。
常用方法 :
- keys(), values(), items()：返回可迭代的视图对象。
- 添加/修改 : d[key] = value 或 update({key: value})。
- 删除 : pop(key), popitem(), clear()。

第6章：函数

1. 定义与调用

定义 : def 函数名(参数列表):。
调用 : 函数名(参数列表)。
返回值 : 使用 return 语句返回结果。若没有 return，函数返回 None。

2. 参数传递

位置参数: 按位置传递实参。
关键字参数 : 通过 形参名=值 的方式传递，可交换顺序。
默认参数 : 在定义时为形参设置默认值，如 def connect(ip, port=8080):。
打包与解包 :
- *args: 接收任意数量的位置参数，打包成一个元组。
- **kwargs: 接收任意数量的关键字参数，打包成一个字典。
- 解包时，在列表/元组前加 *，在字典前加 **。

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# *args 打包
def sum_all(*args):
    return sum(args)
print(sum_all(1, 2, 3, 4))  # 输出：10

# **kwargs 打包
def print_info(**kwargs):
    for key, value in kwargs.items():
        print(f"{key}: {value}")
print_info(name="Alice", age=18) 
# 输出：
# name: Alice
# age: 18

3. 变量作用域

局部变量: 在函数内部定义，仅在函数内有效。
全局变量 : 在函数外部定义，全局有效。在函数内部修改全局变量需要使用 global 关键字。
nonlocal 关键字: 用于在嵌套函数中修改外层函数的变量。

4. 特殊函数

递归函数 : 函数内部调用自身，必须包含边界条件 和递归公式 。

经典案例：阶乘

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def factorial(n):
    if n == 1:  # 边界条件
        return 1
    else:       # 递归公式
        return n * factorial(n-1)
print(factorial(5))  # 输出：120

匿名函数 (Lambda) : 使用 lambda 关键字定义，函数体只能是一个表达式。常用于需要一个简单函数但不想正式定义 def 的场景。

python 复制代码

# lambda 函数：计算平方
square = lambda x: x ** 2
print(square(5))  # 输出：25

第7章：文件与数据格式化

1. 文件操作

打开 : open(file, mode='r')，mode 可以是 r (读), w (写, 覆盖), a (追加), b (二进制) 等。
读取 :
- read([size]): 读取 size 个字节或全部内容。
- readline(): 读取一行。
- readlines(): 读取所有行，返回列表。
写入 :
- write(str): 写入字符串。
- writelines(list): 写入一个字符串列表。
关闭 :
- close(): 手动关闭文件。
- with open(...) as f:: 上下文管理器，自动关闭文件，推荐使用。

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# 使用 with 语句安全地读取文件
with open('example.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    print(content)

2. 文件与目录管理 (os 模块)

os.remove(path): 删除文件。
os.rename(old, new): 重命名文件/目录。
os.getcwd(): 获取当前工作目录。
os.mkdir(path) / os.rmdir(path): 创建/删除目录。
os.listdir(path): 获取目录下的所有文件和文件夹列表。

3. 数据格式化

一维数据: 线性排列，使用分隔符，如 CSV（逗号分隔值）。
二维数据: 表格形式，可以看作多条一维数据的集合。
多维数据 : 使用键值对表示，如 JSON 格式。Python 的 json 模块提供了 dumps() 和 loads() 用于 JSON 与 Python 对象的转换。

python 复制代码

import json
# Python 对象 -> JSON 字符串
data = {"name": "Alice", "score": 100}
json_str = json.dumps(data)
print(json_str)  # 输出：{"name": "Alice", "score": 100}

# JSON 字符串 -> Python 对象
new_data = json.loads(json_str)
print(new_data['name'])  # 输出：Alice

第8章：面向对象

1. 类与对象

类 (Class) : 是具有相同属性和方法的对象的抽象模板。定义使用 class 关键字。
对象 (Object) : 根据类创建的具体实例。创建使用 类名()。

python 复制代码

class Car:
    # 类属性
    wheels = 4

    # 构造方法，创建对象时自动调用
    def __init__(self, brand, color):
        # 实例属性
        self.brand = brand
        self.color = color

    # 实例方法
    def drive(self):
        print(f"这辆{self.color}的{self.brand}正在行驶...")

# 创建对象
my_car = Car("Tesla", "红色")
print(my_car.brand)    # 输出：Tesla
my_car.drive()         # 输出：这辆红色的Tesla正在行驶...

2. 类的成员

属性 :
- 类属性: 在类内部、方法外部定义，被所有实例共享。
- 实例属性 : 在方法内部定义（通常用 self），每个实例独立拥有。
方法 :
- 实例方法 : 第一个参数为 self，代表实例本身，只能通过对象调用。
- 类方法 : 使用 @classmethod 装饰，第一个参数为 cls，代表类本身。
- 静态方法 : 使用 @staticmethod 装饰，无默认参数，是一个独立于类实例的函数。
私有成员 : 名称以双下划线 __ 开头，在类外部无法直接访问，但可以通过公有方法间接访问。

3. 三大特性

封装: 将数据（属性）和操作数据的方法（行为）捆绑在一起，并隐藏内部细节，通过公共接口访问。
继承 : 子类可以继承父类的公有属性和方法，实现代码复用。
- 单继承 : class Dog(Animal):。
- 多继承 : class Son(Father, Mother):。
- 方法重写 : 子类可以重写父类的方法，使用 super() 可以调用父类被重写的方法。
多态: 同一个方法在不同对象上可以有不同的行为。

python 复制代码

# 单继承与重写示例
class Animal:
    def speak(self):
        print("动物发出声音")

class Dog(Animal):
    # 重写父类方法
    def speak(self):
        print("汪汪汪！")

class Cat(Animal):
    # 重写父类方法
    def speak(self):
        print("喵喵喵！")

def make_animal_speak(animal):
    animal.speak()

# 多态：同一个函数，传入不同对象，行为不同
make_animal_speak(Dog())  # 输出：汪汪汪！
make_animal_speak(Cat())  # 输出：喵喵喵！

第9章：异常处理

1. 异常捕获 (try-except)

使用 try...except 语句捕获并处理异常，防止程序因异常而崩溃。

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try:
    num = int(input("请输入一个整数: "))
    result = 10 / num
    print(f"结果是: {result}")
except ValueError:
    print("错误：请输入一个有效的整数！")
except ZeroDivisionError:
    print("错误：除数不能为0！")
except Exception as e:  # 捕获所有其他异常
    print(f"发生了一个未知错误: {e}")
else:
    # try 块没有异常时执行
    print("运算成功完成。")
finally:
    # 无论是否发生异常，都会执行
    print("感谢使用。")

2. 抛出异常

raise: 主动抛出一个异常。

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def set_age(age):
    if age < 0 or age > 120:
        raise ValueError("年龄必须在0到120之间")
    print(f"年龄设置为: {age}")

try:
    set_age(150)
except ValueError as e:
    print(f"出错了: {e}")  # 输出：出错了: 年龄必须在0到120之间

assert : 断言，条件为 False 时抛出 AssertionError 异常。
自定义异常 : 继承 Exception 类或其子类。

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class ShortPasswordError(Exception):
    """自定义密码长度不足的异常"""
    def __init__(self, length, min_length):
        self.length = length
        self.min_length = min_length

try:
    pwd = input("请输入密码（至少6位）: ")
    if len(pwd) < 6:
        raise ShortPasswordError(len(pwd), 6)
except ShortPasswordError as e:
    print(f"密码长度不足！当前长度为{e.length}，至少需要{e.min_length}位。")