Python 快速教程(Part1)
前言
这是对 vamei 前辈的教程的一次翻新。原教程链接如下,
https://www.cnblogs.com/vamei/archive/2012/09/13/2682778.html
vamei 在原教程中写道,
怎么能快速地掌握 Python?这是和朋友闲聊时谈起的问题。
Python 包含的内容很多,加上各种标准库、拓展库,乱花渐欲迷人眼。我一直希望写一个快速的、容易上手的 Python 教程,而且言语简洁,循序渐进,让没有背景的读者也可以从基础开始学习。我将在每一篇中专注于一个小的概念,希望在闲暇时可以很快读完。
事实上,我读完这个系列之后,确实打开了 Python 编程的大门,更重要的是,也踏入了整个编程的世界。希望这个系列的教程对你也有用。无论出于何种目的来学习编程,我都衷心地希望你能够体会到编程的乐趣。
本教程也配备了相应的视频,可以移步 bilibili 观看。
小提醒
- 教程基于 Python3.13,测试环境为 Windows11。
- 标准库的一些包不适用于 Windows 平台。如果文中的程序无法在你的平台上运行,欢迎讨论。
- 我将专注于 Python 的主干,以便读者(观众)能以最快时间对 Python 形成概念。
- 命令行将以
$
开始,比如ls
,python
。 - Python 命令行将以
>>>
开始,比如>>>print('Hello World!')
。 - 注释会以
#
开始。
建议
- 将教程中的命令敲到 Python 中看看效果。
- 看过教程之后,可以进行一些练习。
- 参与文章(视频)评论区的讨论,可以更好的积累经验。
Python 基础
一、Python 基础 01 Hello World!
简单的 Hello World!
。
Python 命令行
假设你已经安装好了 Python, 那么在 Powershell 命令行输入:
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将直接进入 python。然后在命令行提示符 >>>
后面输入:
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可以看到,随后在屏幕上输出:
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print
是一个常用函数,其功能就是输出括号中的字符串。
写一段小程序
另一个使用 Python 的方法,是写一个 Python 程序。用文本编辑器写一个 .py
结尾的文件,比如说 hello.py
。
在 hello.py
中写入如下,并保存:
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退出文本编辑器,然后在命令行输入:
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来运行 hello.py。可以看到 Python 随后输出,
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总结
print
命令行模式:运行 Python,在命令行输入命令并执行。
程序模式:写一段 Python 程序并运行。
二、python 基础 02 基本数据类型
简单的数据类型以及赋值。
变量不需要声明
Python 的变量不需要声明,你可以直接输入:
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那么你的内存里就有了一个变量 a, 它的值是 10,它的类型是 integer (整数)。 在此之前你不需要做什么特别的声明,而数据类型是 Python 自动决定的。
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那么会有如下输出:
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这里,我们学到一个内置函数 type(), 用以查询变量的类型。
回收变量名
如果你想让 a 存储不同的数据,你不需要删除原有变量就可以直接赋值。
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会有如下输出
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我们看到 print 的另一个用法,也就是 print 后跟多个输出,以逗号分隔。
基本数据类型
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以上是最常用的数据类型。此外还有分数,字符,复数等其他类型,有兴趣的可以学习一下。
总结
变量不需要声明,不需要删除,可以直接回收使用。
type()
: 查询数据类型
整数,浮点数,真值,字符串
三、Python 基础 03 序列
sequence 序列
sequence(序列)是一组有顺序的元素的集合
(严格的说,是对象的集合,但鉴于我们还没有引入“对象”概念,暂时说元素)
序列可以包含一个或多个 元素 ,也可以没有任何元素。
我们之前所说的基本数据类型,都可以作为序列的元素。元素还可以是另一个序列,以及我们以后要介绍的其他对象。
序列有两种:tuple( 定值表 ; 也有翻译为 元组 ) 和 list (表)
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tuple 和 list 的主要区别在于,一旦建立, tuple 的各个元素不可再变更,而 list 的各个元素可以再变更 。
一个序列作为另一个序列的元素
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空序列
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元素的引用
序列元素的 下标 从 0 开始:
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由于 list 的元素可变更,你可以对 list 的某个元素赋值:
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如果你对 tuple 做这样的操作,会得到错误提示。
所以,可以看到,序列的引用通过 s[<int>]
实现, int 为下标
其他引用方式
范围引用: 基本样式 [下限:上限:步长]
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从上面可以看到,在范围引用的时候,如果写明上限,那么这个 上限本身不包括在内 。
尾部元素引用
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同样,如果 s1[0:-1]
, 那么最后一个元素不会被引用 (再一次, 不包括上限元素本身 )
字符串是元组
字符串是一种特殊的元组,因此可以执行元组的相关操作。
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总结
tuple 元素不可变,list 元素可变
序列的引用 s[2]
, s[1:8:2]
字符串是一种 tuple
四、Python 基础 04 运算
Python 的运算符和其他语言类似
(我们暂时只了解这些运算符的基本用法,方便我们展开后面的内容,高级应用暂时不介绍)
数学运算
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判断
判断是真还是假,返回 True/False
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(还有 is
,is not
等,暂时不深入)
逻辑运算
True/False
之间的运算
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可以和上一部分结合做一些练习,比如:
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总结
数学运算: +
, -
, *
, /
, **
, %
判断运算: ==
, !=
, >
, >=
, <
, <=
, in
逻辑运算: and
, or
, not
五、Python 基础 05 缩进和选择
缩进
Python 最具特色的是用缩进来标明成块的代码。我下面以 if 选择结构来举例。if 后面跟随条件,如果条件成立,则执行归属于 if 的一个代码块。
先看 C 语言的表达方式(注意,这是 C,不是 Python! )
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如果 i > 0 的话,我们将进行括号中所包括的两个赋值操作。括号中包含的就是块操作,它隶属于 if。
在 Python 中,同样的目的,这段话是这样的
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在 Python 中, 去掉了 i > 0 周围的括号,去除了每个语句句尾的分号,表示块的花括号也消失了。
多出来了 if …之后的:(冒号), 还有就是 x = 1 和 y =2 前面有四个空格的缩进。通过缩进,Python 识别出这两个语句是隶属于 if。
Python 这样设计的理由纯粹是为了程序好看。
if 语句
写一个完整的程序,命名为 ifDemo.py
。这个程序用于实现 if 结构。
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程序运行到 if 的时候,条件为 True,因此执行 x = x+1
,。
print(x)
语句没有缩进,那么就是 if 之外。
如果将第一句改成 i = -1,那么 if 遇到假值 (False), x = x+1 隶属于 if, 这一句跳过。 print(x) 没有缩进,是 if 之外,不跳过,继续执行。
这种以四个空格的缩进来表示隶属关系的书写方式,以后还会看到。强制缩进增强了程序的可读性。
复杂一些的 if 选择:
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这里有三个块,分别属于 if, elif, else 引领。
Python 检测条件,如果发现 if 的条件为假,那么跳过后面紧跟的块,检测下一个 elif 的条件; 如果还是假,那么执行 else 块。
通过上面的结构将程序分出三个分支。程序根据条件,只执行三个分支中的一个。
整个 if 可以放在另一个 if 语句中,也就是 if 结构的嵌套使用:
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if i > 2 后面的块相对于该 if 缩进了四个空格,以表明其隶属于该 if,而不是外层的 if。
总结
if 语句之后的冒号
以四个空格的缩进来表示隶属关系, Python 中不能随意缩进
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六、Python 基础 06 循环
循环用于重复执行一些程序块。从上一讲的选择结构,我们已经看到了如何用缩进来表示程序块的隶属关系。循环也会用到类似的写法。
for 循环
for 循环需要预先设定好循环的次数(n),然后执行隶属于 for 的语句 n 次。
基本构造是
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举例来说,我们编辑一个叫 forDemo.py 的文件
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这个循环就是每次从表 [3,4.4,'life']
中取出一个元素(回忆:表是一种序列),然后将这个元素赋值给 a,之后执行隶属于 for 的操作(print)。
介绍一个新的 Python 函数 range() ,来帮助你建立表。
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可以看到输出是:
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这个函数的功能是新建一个表。这个表的元素都是整数,从 0 开始,下一个元素比前一个大 1, 直到函数中所写的上限 (不包括该上限本身)
举例
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while 循环
while 的用法是
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while 会不停地循环执行隶属于它的语句,直到条件为假 (False)
举例
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中断循环
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当循环执行到 i = 2 的时候,if 条件成立,触发 continue, 跳过本次执行(不执行 print),继续进行下一次执行(i = 3)。
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当循环执行到 i = 2
的时候,if 条件成立,触发 break, 整个循环停止。
总结
range()
for 元素 in 序列:
while 条件:
continue
break
七、Python 基础 07 函数
函数最重要的目的是方便我们重复使用相同的一段程序。
将一些操作隶属于一个函数,以后你想实现相同的操作的时候,只用调用函数名就可以,而不需要重复敲所有的语句。
函数的定义
首先,我们要定义一个函数, 以说明这个函数的功能。
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这个函数的功能是求两个数的平方和。
首先,def,这个关键字通知 python:我在定义一个函数。square_sum 是函数名。
括号中的 a, b 是函数的 参数,是对函数的 输入。参数可以有多个,也可以完全没有(但括号要保留)。
我们已经在循环和选择中见过 冒号 和 缩进 来表示的隶属关系。
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return 可以 返回多个值 ,以逗号分隔。相当于返回一个 tuple(定值表)。
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在 Python 中,当程序执行到 return 的时候,程序将 停止执行函数内余下的语句 。return 并不是必须的,当没有 return, 或者 return 后面没有返回值时,函数将自动返回 None 。None 是 Python 中的一个特别的数据类型,用来表示 什么都没有 ,相当于 C 中的 NULL。None 多用于关键字参数传递的默认值。
函数调用和参数传递
定义过函数后,就可以在后面程序中使用这一函数
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Python 通过 位置 ,知道 3 对应的是函数定义中的第一个参数 a, 4 对应第二个参数 b,然后把 参数传递 给函数 square_sum。
(Python 有丰富的参数传递方式,还有关键字传递、表传递、字典传递等,基础教程将只涉及位置传递)
函数经过运算,返回值 25, 这个 25 被 print 打印出来。
我们再看下面两个例子
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第一个例子,我们将一个 整数变量传递给函数,函数对它进行操作,但 原整数变量 a 不发生变化。
第二个例子,我们将一个 表传递给函数,函数进行操作,原来的表 b 发生变化。
对于基本数据类型的变量,变量传递给函数后,函数会在内存中复制一个新的变量,从而不影响原来的变量。(我们称此为 值传递)
但是对于表来说,表传递给函数的是一个指针,指针指向序列在内存中的位置,在函数中对表的操作将在原有内存中进行,从而影响原有变量。 (我们称此为 指针传递)
总结
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函数的目的: 提高程序的重复可用性。
return None
通过位置,传递参数。
基本数据类型的参数:值传递
表作为参数:指针传递
练习:
写一个判断闰年的函数,参数为年、月、日。若是是闰年,返回 True
八、Python 基础 08 面向对象的基本概念
Python 使用类(class)和对象(object),进行面向对象(object-oriented programming,简称 OOP)的编程。
面向对象的最主要目的是提高程序的重复使用性。我们这么早切入面向对象编程的原因是,Python 的整个概念是基于对象的。了解 OOP 是进一步学习 Python 的关键。
下面是对面向对象的一种理解,基于分类。
相近对象,归为类
在人类认知中,会根据 属性相近 把东西 归类,并且给类别命名。比如说,鸟类的共同属性是有羽毛,通过产卵生育后代。任何一只特别的鸟都在鸟类的 原型 基础上的。
面向对象就是模拟了以上人类认知过程。在 Python 语言,为了听起来酷,我们把上面说的“东西”称为对象(object)。
先定义鸟类
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我们定义了一个类别(class),就是鸟(Bird)。在隶属于这个类比的语句块中,我们定义了两个变量,一个是有羽毛(have_feather),一个是生殖方式(way_of_reproduction),这两个变量对应我们刚才说的属性(attribute)。我们暂时先不说明括号以及其中的内容,记为 问题 1。
假设我养了一只小鸡,叫 summer。它是个对象,且属于鸟类。使用前面定义的类:
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通过第一句创建对象,并说明 summer 是类别鸟中的一个对象,summer 就有了鸟的类属性,对属性的引用是通过 对象.属性(object.attribute) 的形式实现的。
可怜的 summer,你就是个有毛产的蛋货,好不精致。
动作
日常认知中,我们在通过属性识别类别的时候,有时根据这个东西 能做什么事情 来区分类别。比如说,鸟会移动。这样,鸟就和房屋的类别区分开了。这些动作会带来一定的结果,比如移动导致位置的变化。
这样的一些“行为”属性为 方法(method)。Python 中通过在类的内部定义函数,来说明方法。
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我们重新定义了鸟这个类别。鸟新增一个方法属性,就是表示移动的方法 move。(我承认这个方法很傻,你可以在看过下一讲之后定义个有趣些的方法)
(它的参数中有一个 self,它是为了方便我们引用对象自身。 方法的第一个参数必须是 self,无论是否用到。 有关 self 的内容会在下一讲展开)
另外两个参数,dx, dy 表示在 x、y 两个方向移动的距离。move 方法会最终返回运算过的 position。
在最后调用 move 方法的时候,我们只传递了 dx 和 dy 两个参数,不需要传递 self 参数(因为 self 只是为了内部使用)。
我的 summer 可以跑了。
子类
类别本身还可以进一步细分成子类
比如说,鸟类可以进一步分成鸡,大雁,黄鹂。
在 OOP 中,我们通过 继承(inheritance) 来表达上述概念。
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新定义的鸡(Chicken)类的,增加了两个属性:移动方式(way_of_move),可能在 KFC 找到(possible_in_KFC)
在类定义时,括号里为 Bird。这说明,Chicken 是属于鸟类(Bird)的一个 子类,即 Chicken 继承自 Bird。自然而然,Bird 就是 Chicken 的 父类。Chicken 将享有 Bird 的所有属性。尽管我只声明了 summer 是鸡类,它通过继承享有了父类的属性(无论是变量属性 have_feather 还是方法属性 move)
新定义的黄鹂(Oriole)类,同样继承自鸟类。在创建一个黄鹂对象时,该对象自动拥有鸟类的属性。
通过继承制度,我们可以减少程序中的重复信息和重复语句。如果我们分别定义两个类,而不继承自鸟类,就必须把鸟类的属性分别输入到鸡类和黄鹂类的定义中。整个过程会变得繁琐,因此,面向对象提高了程序的 可重复使用性。
(回到 问题 1, 括号中的 object,当括号中为 object 时,说明这个类没有父类(到头了),其实,object 是 Python 中所有类的父类,是最顶层的父类,如果这里不写 object,那么,也会默认隐式继承 object)
将各种各样的东西分类,从而了解世界,从人类祖先开始,我们就在练习了这个认知过程,面向对象是符合人类思维习惯的。所谓面向过程,也就是执行完一个语句再执行下一个,更多的是机器思维。通过面向对象的编程,我们可以更方便的表达思维中的复杂想法。
总结
将东西根据属性归类 ( 将 object 归为 class )
方法是一种属性,表示动作
用继承来说明父类-子类关系。子类自动具有父类的所有属性。
self 代表了根据类定义而创建的对象。
建立对一个对象: 对象名 = 类名()
引用对象的属性: object.attribute
九、Python 基础 09 面向对象的进一步拓展
我们熟悉了对象和类的基本概念。我们将进一步拓展,以便能实际运用对象和类。
调用类的其它信息
上一讲中提到,在定义方法时,必须有 self 这一参数。这个参数表示某个对象。对象拥有类的所有性质,那么我们可以通过 self,调用类属性。
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这里有一个类属性 laugh。在方法 show_laugh()中,通过 self.laugh,调用了该属性的值。
还可以用相同的方式调用其它方法。方法 show_laugh(),在方法 laugh_100th 中()被调用。
通过对象可以修改类属性值。但这是危险的。类属性被所有同一类及其子类的对象共享。类属性值的改变会影响所有的对象。
__init__()
方法
__init__()
是一个特殊方法(special method)。Python 有一些特殊方法。Python 会特殊的对待它们。特殊方法的特点是名字前后有两个下划线。
如果你在类中定义了 __init__()
这个方法,创建对象时,Python 会自动调用这个方法。这个过程也叫初始化。
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这里继承了 Bird 类,它的定义见上一讲。
屏幕上打印:
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我们看到,尽管我们只是创建了 summer 对象,但init()方法被自动调用了。最后一行的语句(summer = happyBird…)先创建了对象,然后执行:
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'Happy,Happy!'
被传递给了 __init__()
的参数 more_words
对象的性质
我们讲到了许多属性,但这些属性是 类的属性。所有属于该类的对象会共享这些属性。比如说,鸟都有羽毛,鸡都不会飞。
在一些情况下,我们定义对象的性质,用于记录该对象的特别信息。比如说,人这个类。性别是某个人的一个性质,不是所有的人类都是男,或者都是女。这个 性质的值随着对象的不同而不同。李雷是人类的一个对象,性别是男;韩美美也是人类的一个对象,性别是女。
当定义类的方法时,必须要传递一个 self 的参数。这个参数指代的就是类的一个对象。我们可以通过操纵 self,来修改某个对象的性质。比如用类来新建一个对象,即下面例子中的 li_lei, 那么 li_lei 就被 self 表示。我们通过赋值给 self.attribute,给 li_lei 这一对象增加一些 性质,比如说性别的男女。self 会传递给各个方法。在方法内部,可以通过引用 self.attribute,查询或修改对象的性质。
这样,在 类属性 的之外,又给每个对象增添了 各自特色的性质,从而能描述多样的世界。
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在初始化中,将参数 input_gender,赋值给对象的性质,即 self.gender。
li_lei 拥有了对象性质 gender。gender 不是一个类属性。Python 在建立了 li_lei 这一对象之后,使用 li_lei.gender 这一对象性质,专门储存属于对象 li_lei 的特有信息。
对象的性质也可以被其它方法调用,调用方法与类属性的调用相似,正如在 printGender()方法中的调用。
总结
通过 self 调用类属性
__init__()
: 在建立对象时自动执行
类属性和对象的性质的区别
十、Python 基础 10 反过头来看看
从最初的“Hello World”,走到面向对象。该回过头来看看,教程中是否遗漏了什么。
我们之前提到一句话,”Everything is Object”. 那么我们就深入体验一下这句话。
需要先要介绍两个内置函数,dir()
和 help()
dir()
用来查询一个类或者对象所有属性。你可以尝试一下
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help()
用来查询的说明文档。你可以尝试一下
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(list 是 Python 内置的一个类,对应于我们之前讲解过的列表)
list 是一个类
在上面以及看到,表是 Python 已经定义好的一个类。当我们新建一个表时,比如:
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实际上,nl 是类 list 的一个对象。
实验一些 list 的方法:
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总之,list 是一个类。每个列表都属于该类。
Python 补充中有 list 常用方法的附录。
运算符是特殊方法
使用 dir(list)的时候,能看到一个属性,是add()。从形式上看是 特殊方法(下划线,下划线)。它特殊在哪呢?
这个方法定义了”+”运算符对于 list 对象的意义,两个 list 的对象相加时,会进行的操作。
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运算符,比如+, -, >, <, 以及下标引用[start:end]等等,从根本上都是定义在类内部的 方法。
尝试一下
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会有错误信息,说明该运算符“-”没有定义。现在我们继承 list 类,添加对”-“的定义
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内置函数 len()
用来返回 list 所包含的元素的总数。内置函数sub()定义了“-”的操作:从第一个表中去掉第二个表中出现的元素。如果sub()已经在父类中定义,你又在子类中定义了,那么子类的对象会参考子类的定义,而不会载入父类的定义。任何其他的属性也是这样。
(教程最后也会给出一个 特殊方法 的清单)
定义运算符对于复杂的对象非常有用。举例来说,人类有多个属性,比如姓名,年龄和身高。我们可以把人类的比较(>, <, =)定义成只看年龄。这样就可以根据自己的目的,将原本不存在的运算增加在对象上了。
下一步
希望你已经对 Python 有了一个基本了解。你可能跃跃欲试,要写一些程序练习一下。这会对你很有好处。
但是,Python 的强大很大一部分原因在于,它提供有很多 已经写好的,可以现成用的对象。我们已经看到了内置的比如说 list,还有 tuple 等等。它们用起来很方便。在 Python 的标准库里,还有大量可以用于操作系统互动,Internet 开发,多线程,文本处理的对象。而在所有的这些的这些的基础上,又有很多外部的库包,定义了更丰富的对象,比如 numpy, tkinter, django 等用于科学计算,GUI 开发,web 开发的库,定义了各种各样的对象。对于一般用户来说,使用这些库,要比自己去从头开始容易得多。我们要开始攀登巨人的肩膀了。
谢谢你的关注,
欢迎来到 Python 的世界。
总结
len() dir() help()
数据结构 list(列表)是一个类。
运算符是方法