Python基础（下）

作者：Vamei 出处：http://www.cnblogs.com/vamei 欢迎转载，也请保留这段声明。谢谢！

一、循环

1、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：

[code]for 元素 in 序列: 
    statement

举例来说，我们编辑一个叫forDemo.py的文件：

[code]for a in [3,4.4,'life']:
    print a

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。

[code]idx = range(5)
print idx

可以看到idx是[0,1,2,3,4]

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）。

(关于range()，还有丰富用法，有兴趣可以查阅， Python 3中， range()用法有变化)

举例：

[code]for a in range(10):
    print a**2

2、while循环

while的用法是：

[code]while 条件:
    statement

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：

[code]while i < 10:
    print i
    i = i + 1

3、中断循环

continue 在循环的某一次执行中，如果遇到continue, 那么跳过这一次执行，进行下一次的操作

break 停止执行整个循环

[code]for i in range(10):
    if i == 2: 
        continue
    print i

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)。

[code]for i in range(10):
    if i == 2:        
        break
    print i

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。

二、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。

1、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。

[code]def square_sum(a,b):
    c = a**2 + b**2
    return c

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。

c = a2 + b2 # 这一句是函数内部进行的运算

return c # 返回c的值，也就是输出的功能。Python的函数允许不返回值，也就是不用return。

return可以返回多个值，以逗号分隔。相当于返回一个tuple(定值表)。

return a,b,c # 相当于 return (a,b,c) 在python中#代表注释，编译器将跳过#后的内容。

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。

2、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：

[code]print square_sum(3,4)

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：

[code]a = 1

def change_integer(a):
    a = a + 1
    return a

print change_integer(a)      #注意观察结果
print a      #注意观察结果

#===(Python中 "#" 后面跟的内容是注释，不执行 )

b = [1,2,3]

def change_list(b):
    b[0] = b[0] + 1
    return b

print change_list(b)      #注意观察结果
print b      #注意观察结果

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），指针是C/C++语言中的重要概念，有关指针的概念可以到网上搜索相关资料。

三、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。

1、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：

[code]class Bird(object):
    have_feather = True
    way_of_reproduction  = 'egg'

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：

[code]summer = Bird()
print summer.way_of_reproduction

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。

2、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。

[code]class Bird(object):
    have_feather = True
    way_of_reproduction = 'egg'
    def move(self, dx, dy):
        position = [0,0]
        position[0] = position[0] + dx
        position[1] = position[1] + dy
        return position

summer = Bird()
print 'after move:',summer.move(5,8)

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的内容稍后介绍）

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。

3、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。

[code]class Chicken(Bird):
    way_of_move = 'walk'
    possible_in_KFC = True

class Oriole(Bird):
    way_of_move = 'fly'
    possible_in_KFC = False

summer = Chicken()
print summer.have_feather
print summer.move(5,8)

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，括号里为了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））

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。

四、面向对象的进一步拓展

1、调用类的其它信息

刚才提到，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(如果学习过Java 或C++等语言的便会知道，self相当于this)，那么我们可以通过self，调用类属性。

[code]class Human(object):
    laugh = 'hahahaha'
    def show_laugh(self):
        print self.laugh
    def laugh_100th(self):
        for i in range(100):
            self.show_laugh()

li_lei = Human()          
li_lei.laugh_100th()

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。

2、__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。

[code]class happyBird(Bird):
    def __init__(self,more_words):
        print 'We are happy birds.',more_words

summer = happyBird('Happy,Happy!')

这里继承了Bird类。屏幕上打印：

[code]We are happy birds.Happy,Happy!

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：

[code]summer.__init__(more_words)

'Happy,Happy!' 被传递给了__init__() 的参数more_words

3、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。

[code]class Human(object):
    def __init__(self, input_gender):
        self.gender = input_gender
    def printGender(self):
        print self.gender

li_lei = Human('male') # 这里，'male'作为参数传递给__init__()方法的input_gender变量。
print li_lei.gender   #这一行结果与下一行对比
li_lei.printGender()   #这一行结果与上一行对比

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。

五、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：

[code]>>>print dir(list)

help()用来查询的说明文档。你可以尝试一下：

[code]>>>print help(list)

(list是Python内置的一个类，对应于我们之前讲解过的列表)

1、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：

[code]>>>nl = [1,2,5,3,5]

实际上，nl是类list的一个对象。

实验一些list的方法：

[code]>>>print nl.count(5)       # 计数，看总共有多少个5

>>>print nl.index(3)       # 查询 nl 的第一个3的下标

>>>nl.append(6)            # 在 nl 的最后增添一个新元素6

>>>nl.sort()               # 对nl的元素排序

>>>print nl.pop()          # 从nl中去除最后一个元素，并将该元素返回。

>>>nl.remove(2)            # 从nl中去除第一个2

>>>nl.insert(0,9)          # 在下标为0的位置插入9

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。

2、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。

[code]>>>print [1,2,3] + [5,6,9]

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：

[code]>>>print [1,2,3] - [3,4]

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：

[code]class superList(list):
    def __sub__(self, b):
        a = self[:]     # 这里，self是supeList的对象。由于superList继承于list，它可以利用和list[:]相同的引用方法来表示整个对象。
        b = b[:]        
        while len(b) > 0:
            element_b = b.pop()
            if element_b in a:
                a.remove(element_b)
        return a

print superList([1,2,3]) - superList([3,4])

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。

3、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。