数据类型

在编程领域，理解和掌握各种数据类型是任何编程语言的基础，Python 也不例外。Python 3 提供了多种内置数据类型，包括但不限于数字（整型、浮点型、复数）、布尔型、列表、元组、字符串、集合、字典等，还有函数、模块等高级类型。每种数据类型都有其特定的特性和适用场景。

在 Python 中，变量可以被理解为一个标签（tag）或者标记，它是附着在特定对象上的名字。你可以将这个理念理解为在超市里的商品标签，标签告诉你这是什么商品，而商品是具体的物品。同样的，Python 的变量名就像是一个标签，它告诉我们这个变量指向的是什么对象，而对象是存储在内存中的具体数据。

对象与类型 §

**在 Python 中，几乎所有的数据都可以被视为对象，每一个对象都有其相应的类型。**例如：

print(type(123))  # <class 'int'>
print(type(3.14))  # <class 'float'>
print(type('hello'))  # <class 'str'>

**Python 是动态类型语言，我们不需要预先声明变量的类型。**在程序运行过程中，变量的类型可以根据赋值而改变。例如：

x = 123  # x 是一个整数
print(type(x))  # <class 'int'>
 
x = 'hello'  # x 变成了一个字符串
print(type(x))  # <class 'str'>

Python 中有两个内置函数 id 和 type。

• id(obj) 函数：返回对象 obj 的唯一标识符，其实质上是该对象在内存中的地址。
• type(obj) 函数：返回对象 obj 的类型。

引用计数和垃圾收集 §

Python 不依赖存储期（即对象在内存中存在的时间）来管理变量和对象，而是使用引用计数。每个对象都会计算有多少个变量引用了它，当引用计数为 0 时，对象就会被垃圾收集器删除。可以使用内置的 id 函数获取对象的标识（这实际上是该对象的内存地址），使用 type 函数获取对象的类型。

# 引用计数和垃圾收集的例子：
# 在代码中，`sys.getrefcount(a)`可以获得对象`a`的引用计数。
# 当我们创建一个新的引用`b`时，`a`的引用计数增加1。
# 当我们删除`b`时，`a`的引用计数减少1。
 
import sys
 
a = []  # 创建一个空列表
 
print(sys.getrefcount(a))  # 输出：2，一个引用来自 a，一个来自 getrefcount 的参数
 
b = a  # 增加一个引用
 
print(sys.getrefcount(a))  # 输出：3，新增一个引用来自 b
 
b = None  # 删除一个引用
 
print(sys.getrefcount(a))  # 输出：2，b 不再引用

可变类型、不可变类型 §

Python 中的数据类型可以分为两大类：可变类型与不可变类型。

• 可变类型：值可以更改，如列表、字典和集合。
• 不可变类型：值不可更改，如数字、字符串、元组等。

不可变类型的变量如果改变值，实际上是生成了一个新的对象，并使变量引用新的对象。Python 的赋值语句复制的是对象的引用，而不是对象的值。因此，Python 中的“变量”与其他编程语言中的“变量”不完全相同，将其翻译为“引用”可能更加合适。

# 在代码中，`list1`是一个列表，是可变类型。
# 我们可以通过`append`方法修改`list1`，但是`list1`的`id`并未改变，说明`list1`还是同一个对象。
# `x`是一个整数，是不可变类型。当我们改变`x`的值时，`x`的`id`改变了，说明`x`现在是一个新的对象。
 
# 可变类型：列表
list1 = [1, 2, 3]
print(id(list1))  # 输出 list1 的 id
list1.append(4)  # 修改 list1
print(id(list1))  # id 没有改变
 
# 不可变类型：整数
x = 1
print(id(x))  # 输出 x 的 id
x = x + 1  # 修改 x
print(id(x))  # id 改变了

Python3 内置类型 §

Python 3 内置了多种数据类型，同时还内建了许多其他类型，如上下文管理器类型、模块、方法、代码对象、类型对象、内部对象等。

数字类型 §

数字类型主要用于存储和处理数值。这包括整数、浮点数、复数和布尔类型。

类型	描述	示例	可变性
int	整数，无论大小都可以是正数或负数。	123, -456, 0	不可变
float	浮点数，包含小数部分的数字。	3.14, -0.01, 9.0	不可变
complex	复数，包含实部和虚部的数字。	1+2j, 3-4j	不可变

布尔类型 §

类型	描述	示例	可变性
bool	布尔，表示真或假的值。	True, False	不可变

序列类型 §

序列类型是一种有序的元素集合，包括字符串、列表和元组。每个元素都有一个相应的索引，可以通过索引来访问。

类型	描述	示例	可变性
str	字符串，由零个或多个字符组成的文本。	'hello', "world", ''	不可变
list	列表，由一系列按特定顺序排列的元素组成。	[1, 'two', 3.0]	可变
tuple	元组，类似于列表，但元素不可更改。	(1, 'two', 3.0)	不可变

集合类型 §

集合类型是一个无序的元素集合，其中的元素都是唯一的。这包括集合和冻结集合。

类型	描述	示例	可变性
set	集合，一组无序的、不重复的元素。	{1, 'two', 3.0}	可变
frozenset	不可变集合，类似于集合，但元素不可更改。	frozenset({1, 'two', 3.0})	不可变

映射类型 §

映射类型是一个存储键值对的元素集合，其中的键是唯一的。字典就是一个映射类型。

类型	描述	示例	可变性
dict	字典，包含键值对的数据结构。	{'name': 'John', 'age': 25}	可变

特殊类型 §

类型	描述	示例	可变性
NoneType	表示 None 的特殊类型。	None	不可变
EllipsisType	表示省略的特殊类型，主要在切片和 NumPy 库中使用。	Ellipsis 或 ...	不可变
NotImplementedType	表示未实现方法的特殊类型，主要在自定义比较方法中使用。	NotImplemented	不可变

二进制类型 §

类型	描述	示例	可变性
bytes	字节，包含零个或多个范围为 0<=x<256 的整数的不可变序列。	b'hello', b'\x01\x02'	不可变
bytearray	字节数组，包含零个或多个范围为 0<=x<256 的整数的可变序列。	bytearray(b'hello')	可变
memoryview	内存查看，用于访问其他二进制序列、打包的数组和缓冲区的内部数据。	memoryview(b'hello')	依据所查看对象

类、实例和异常 §

类型	描述	示例	可变性
object	对象，所有类的基类。	obj = object()	依据具体类
exception	异常，程序运行时的错误。	raise Exception('Error!')	不可变

其他内置类型 §

类型	描述	示例	可变性
function	函数，包含一系列指令的代码块。	def greet(): print('Hello!')	不可变
type	类型，表示对象的类型。	type(123)	不可变
generator	生成器，一种可迭代的对象，由函数定义并使用 yield 产生值。	(x**2 for x in range(10))	不可变

类型转换 §

Python 提供了多种函数，用于在不同类型之间进行转换：

x = "123"  # 这是一个字符串
print(type(x))  # <class 'str'>

x = int(x)  # 将字符串转为整数
print(type(x))  # <class 'int'>

x = float(x)  # 将整数转为浮点数
print(type(x))  # <class 'float'>

函数	描述
int(x [,base])	将 x 转换为一个整数
float(x)	将 x 转换到一个浮点数
complex(real [,imag])	创建一个复数
str(x)	将对象 x 转换为字符串
repr(x)	将对象 x 转换为表达式字符串
eval(str)	用来计算在字符串中的有效 Python 表达式,并返回一个对象
tuple(s)	将序列 s 转换为一个元组
list(s)	将序列 s 转换为一个列表
set(s)	转换为可变集合
dict(d)	创建一个字典。d 必须是一个 (key, value) 元组序列
frozenset(s)	转换为不可变集合
chr(x)	将一个整数转换为一个字符
ord(x)	将一个字符转换为它的整数值
hex(x)	将一个整数转换为一个十六进制字符串
oct(x)	将一个整数转换为一个八进制字符串

运算符 §

在实际开发中，如果搞不清楚运算符的优先级，可以使用括号来确保运算的执行顺序。

# 运算符
a = 10
b = 20
 
print(a + b)  # 加法，输出: 30
print(a - b)  # 减法，输出: -10
print(a * b)  # 乘法，输出: 200
print(a / b)  # 除法，输出: 0.5
print(a ** 2)  # 幂运算，输出: 100
print(a % 3)  # 取模，输出: 1
 
# 逻辑运算符
print(a > b)  # 大于，输出: False
print(a < b)  # 小于，输出: True
print(a == b)  # 等于，输出: False
print(a != b)  # 不等于，输出: True
 
# 成员运算符
s = 'Hello World'
print('World' in s)  # 输出: True
print('Python' not in s)  # 输出: True

运算符	描述
[] [:]	下标，切片
**	指数
~ + -	按位取反, 正负号
* / % //	乘，除，模，整除
+ -	加，减
>> <<	右移，左移
&	按位与
^ `	`
<= < > >=	小于等于，小于，大于，大于等于
== !=	等于，不等于
is is not	身份运算符
in not in	成员运算符
not or and	逻辑运算符
= += -= *= /= %= //= **= &= `	=^=>>=“<<=`