Python 核心语法详解：变量、流程控制、函数与数据结构

优先级避坑：算术运算符 > 比较运算符 > 逻辑运算符 > 赋值运算符。不确定时加括号，比如 (3+2)*4 比 3+2*4 更清晰。

⚠️ 注意：Python 没有 ++ 和 -- 运算符，如果需要自增 / 自减，用 a += 1 或 a -= 1。

注释：代码的笔记本

Python 支持两种注释风格：

1. 单行注释：#开头。适合简短解释，#后面的内容都会被视为注释。
2. 多行注释：三引号包裹。适合长段解释（比如函数功能、文件说明），用 """ 或 ''' 包裹。

# 这是一行单行注释
num = 10 # 这也是单行注释

"""这是多行注释的第一行
这是多行注释的第二行
常用于函数/文件的开头，说明功能
"""
def calc_sum(a, b):
    '''计算两个数的和
    参数：a -> 第一个数，b -> 第二个数
    返回值：a + b 的结果
    '''
    return a + b

输入输出：程序的交互窗口

程序需要和用户交互：用户输入数据，程序输出结果。Python 中最基础的交互方式是控制台输入输出。

输出：print 函数

print() 是 Python 内置函数，用于把内容输出到控制台。

# 输出单个内容
print("Hello Python") 
print(10 + 20) # 输出表达式结果（30）
print(avg) # 输出变量值

# 输出多个内容：用逗号分隔，默认用空格隔开
name = "张三"
age = 20
print("姓名：", name, "年龄：", age) # 输出 姓名： 张三 年龄： 20

格式化输出：f-string

如果想让输出更美观，可以用 f-string：在字符串前加 f，用 {变量/表达式} 嵌入内容。

name = "张三"
age = 20
score = 89.5
print(f"姓名：{name}，年龄：{age}") # 输出 姓名：张三，年龄：20
print(f"平均分：{score}，总分：{score * 3}") # 输出 平均分：89.5，总分：268.5

输入：input() 函数

input() 函数用于读取用户在控制台输入的内容，返回值永远是字符串类型（即使输入的是数字，也需要手动转换类型）。

# 读取字符串输入
name = input("请输入你的姓名：")
print(f"你好，{name}！") # 输入'张三'，输出'你好，张三！'

# 读取数字输入（需转换类型）
age = input("请输入你的年龄：")
age = int(age) # 转换为 int 类型
print(f"明年你{age + 1}岁") # 输入'20'，输出'明年你 21 岁'

# 简化写法：直接在 input 后转换
score = float(input("请输入你的成绩：")) # 输入'89.5'，直接转为 float

案例：输入 4 个小数，求平均分

score1 = float(input("请输入第 1 个分数："))
score2 = float(input("请输入第 2 个分数："))
score3 = float(input("请输入第 3 个分数："))
score4 = float(input("请输入第 4 个分数："))
avg = (score1 + score2 + score3 + score4) / 4
print(f"4 个分数的平均分为：{avg}")

流程控制：让程序做选择、重复做

默认情况下，程序是顺序执行的。实际场景中，我们需要程序根据条件做选择或重复做一件事，这就需要流程控制语句。

条件语句：根据条件做选择

条件语句用 if、if-else、if-elif-else 表示'如果…就…否则…'的逻辑，缩进是关键（Python 用缩进表示代码块，通常是 4 个空格）。

# if 语句：单条件
if 条件表达式:
    代码块（条件为 True 时执行）

# if-else 语句：二选一
if 条件表达式:
    代码块 1
else:
    代码块 2

# if-elif-else 语句：多条件
if 条件 1:
    代码块 1
elif 条件 2:
    代码块 2
else:
    代码块 n

⚠️ 注意：elif 是'else if'的缩写，不能写成 else if；且条件是互斥的，只要有一个条件成立，后续条件就不再判断。

条件语句嵌套

条件语句内部可以再写条件语句，实现更复杂的逻辑。

year = 2024
if year % 100 == 0:
    if year % 400 == 0:
        print(f"{year}是闰年")
    else:
        print(f"{year}是平年")
else:
    if year % 4 == 0:
        print(f"{year}是闰年")
    else:
        print(f"{year}是平年")

空语句 pass

如果条件语句的代码块暂时没有内容，需要用 pass 占位。

score = 70
if score >= 60:
    pass # 暂时不写逻辑，用 pass 占位
else:
    print("需要补考")

循环语句：重复执行代码

循环语句用于重复执行一段代码，Python 中常用 while 循环和 for 循环。

while 循环：条件满足就循环

sum_result = 0
num = 1
while num <= 100:
    sum_result += num
    num += 1
print(f"1~100 的和为：{sum_result}") # 输出 5050

⚠️ 注意：如果循环体中没有让条件变为 False 的语句，循环会无限执行（死循环）。

for 循环：遍历可迭代对象

for 循环主要用于遍历可迭代对象（比如列表、元组、字符串，或用 range() 生成的序列）。

for 循环变量 in 可迭代对象:
    循环体

关键：range() 函数

range() 用于生成一个整数序列，常用三种写法：

• range(n)：生成 0 ~ n-1 的序列。
• range(start, end)：生成 start ~ end-1 的序列（前闭后开）。
• range(start, end, step)：生成 start ~ end-1 的序列，步长为 step。

# 示例 1：用 for 循环打印 1~10
for i in range(1, 11):
    print(i)

# 示例 2：计算 1~100 的和（for 循环版）
sum_result = 0
for i in range(1, 101):
    sum_result += i
print(f"1~100 的和为：{sum_result}")

# 示例 3：遍历字符串
s = "Python"
for char in s:
    print(char)

循环控制：break 和 continue

• break：结束整个循环，跳出循环体。
• continue：结束本次循环，直接进入下一次循环。

# break 示例
for i in range(1, 6):
    if i == 3:
        print(f"第{i}个包子有虫，不吃了！")
        break
    print(f"吃完第{i}个包子")

# continue 示例
for i in range(1, 6):
    if i == 3:
        print(f"第{i}个包子有虫，跳过！")
        continue
    print(f"吃完第{i}个包子")

函数：代码的复用神器

如果一段代码需要重复使用，每次都复制粘贴会很麻烦。这时候就需要函数：把重复的代码封装起来，需要时直接调用。

函数的语法：定义与调用

def 函数名 (形参列表):
    函数体（需要执行的代码）
    [return 返回值]

• def：关键字，用于声明函数。
• 函数名：遵循变量名规则，建议用有意义的单词。
• 形参列表：函数的输入，多个参数用逗号分隔，可空。
• 函数体：函数的核心逻辑，需要缩进。
• return：函数的输出，执行到 return 时函数结束，返回值给调用者。

# 定义函数
def add(x, y):
    result = x + y
    return result

# 调用函数
total = add(10, 20)
print(total) # 输出 30

⚠️ 注意：函数必须先定义，后调用；函数定义时，函数体不会执行；只有调用时才会执行。

函数的参数：灵活传递数据

形参与实参的匹配

调用函数时，实参的个数必须和形参一致。

参数默认值

可以给形参设置默认值——调用时如果不传该参数，就用默认值；传了就用实参值。有默认值的参数必须放在无默认值参数的后面。

def add(x, y, debug=False):
    if debug:
        print(f"计算{x} + {y}")
    return x + y

print(add(10, 20)) # 输出 30，不打印调试信息
print(add(10, 20, True)) # 先输出'计算 10 + 20'，再输出 30

关键字参数

默认情况下，实参是按位置传给形参。但可以用关键字参数显式指定实参传给哪个形参，顺序可以任意。

def test(x, y):
    print(f"x={x}, y={y}")

test(10, 20) # 按位置传参
test(y=20, x=10) # 按关键字传参

函数的返回值：输出结果

1. 一个函数可以有多个 return 语句，但执行到第一个 return 时函数就会结束。
2. 一个函数可以返回多个值，用逗号分隔，接收时用多个变量（或元组）接收。
3. 如果没有 return，函数默认返回 None。

# 返回多个值
def get_point():
    x = 10
    y = 20
    return x, y

x, y = get_point()
print(x, y) # 输出 10 20

变量作用域：变量的有效范围

• 局部变量：函数内部定义的变量，只能在函数内部使用，出了函数就失效。
• 全局变量：函数外部定义的变量，可以在所有函数外部使用。函数内部要修改全局变量，需要用 global 关键字声明。

num = 10 # 全局变量
def test():
    global num
    num = 20 # 修改全局变量

test()
print(num) # 输出 20

⚠️ 注意：if、for、while 等语句块不会产生作用域——在这些语句块中定义的变量，外部也能使用。

函数的设计原则

1. 单一职责：一个函数只做一件事。
2. 逻辑与交互分离：函数内部尽量不做控制台输入输出。
3. 注释清晰：用文档字符串说明函数功能、参数、返回值。

def calc_sum(a, b):
    """计算区间[a, b]内所有整数的和（包含 a 和 b）
    参数：
        a: int，区间的起始整数
        b: int，区间的结束整数（需大于等于 a）
    返回值：int，区间[a, b]的和
    """
    if b < a:
        raise ValueError("结束值 b 不能小于起始值 a")
    sum_result = 0
    for i in range(a, b+1):
        sum_result += i
    return sum_result

列表和元组：批量存储数据的容器

列表和元组是 Python 中用于批量表示序列型数据的核心结构，二者功能相似但存在'可变/不可变'的关键差异。

列表（List）：可变的容器

列表是一种可修改的序列结构，用于批量保存任意类型的数据。

创建列表

alist = [1, 'hello', True] # 带初始值
alist = [] # 空列表
alist = list() # 使用 list() 函数

列表的核心操作

1. 访问与修改：下标从 0 开始计数，也支持负数下标。用 len() 获取长度。
2. 切片操作：通过 [start:end:step] 获取连续的子列表，规则为前闭后开区间。
3. 遍历列表：提供 while 循环、按下标遍历、直接遍历元素三种方式。
4. 增删操作：
   • append(元素)：在列表末尾添加。
   • extend(列表)：将另一个列表的元素追加到当前列表。
   • remove(值)：按元素值删除。
   • pop()：删除并返回列表末尾元素。
   • insert(下标，元素)：在指定下标位置插入。
5. 查找元素：index(值) 返回下标；in 判断元素是否在列表中。

alist = [1, 2, 3, 4]
alist.append('hello')
alist.extend([5, 6])
alist.remove(2)
print(alist.index(3)) # 输出 2
print(2 in alist) # 输出 True

元组（Tuple）：不可变的容器

元组与列表结构相似，但创建后不可修改。当数据集需要'只读保护'时，优先使用元组。

atuple = (1, 'hello', True) # 多元素元组
single_tuple = (1,) # 单个元素元组（必须加逗号）
atuple = () # 空元组

元组不支持修改操作（如 append、item assignment），但支持读取、遍历、切片等操作。元组可作为字典的 key，因为它是不可变可哈希的。

字典：键值对映射的查询表

字典是 Python 中用于存储键值对（key-value）的结构，类似于 Java 的哈希，核心作用是'通过 key 快速查找 value'。

1. key 是唯一的，value 可重复且支持任意类型。
2. 创建字典：用 {} 表示，key 与 value 之间用 : 分隔。

student = {
    'id': 1,
    'name': 'zhangsan',
    'score': 80
}

3. 核心操作：
   • 查找 value：用 [key] 获取，key 不存在则报错（KeyError）；用 in 判断 key 是否存在。
   • 新增/修改：通过 [key] = value 实现。
   • 删除：用 pop(key) 删除指定 key 的键值对。
   • 遍历：遍历 key，或通过 keys()、values()、items() 方法。

student['score'] = 90 # 新增或修改
student.pop('score') # 删除
for key, value in student.items():
    print(f"{key}: {value}")

4. 合法的 key 类型：必须是可哈希对象（如 int、str、bool、tuple），不支持 list、dict 等可变类型。

文件：数据持久化的硬盘容器

变量存储的数据在程序重启后会丢失，而文件能将数据持久化存储到硬盘。

文件路径

• 绝对路径：从盘符开始的完整路径，如 D:/test.txt。
• 相对路径：以当前程序所在目录为基准的路径。

文件操作流程：打开 → 读写 → 关闭

打开文件：open() 函数

# 以只读模式打开 D 盘的 test.txt，编码为 utf-8
f = open('D:/test.txt', 'r', encoding='utf-8')

• 核心参数：
  1. 文件路径：字符串，绝对路径或相对路径。
  2. 打开方式：r（只读）、w（只写，清空原有内容）、a（追加）。
  3. encoding：指定文件编码（处理中文必须设置）。

读写文件

• 写文件：用 write(内容) 方法写入，内容必须是字符串。
• 读文件：
  • read(n)：读取 n 个字符。
  • for 循环读行：逐行读取。
  • readlines()：读取所有行，返回列表。

关闭文件：close() 方法

必须用 close() 方法关闭文件，否则会导致文件句柄泄漏或数据未写入硬盘。

上下文管理器：with 语句

推荐用 with 语句打开文件，无需手动调用 close()，with 块执行完毕后会自动关闭文件。

with open('D:/test.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    content = f.read()
    print(content)

标准库：Python 自带的工具箱

标准库是 Python 安装后默认自带的库，无需额外安装即可直接使用。其覆盖场景极广，涵盖内置函数、文本处理、时间日期、数学计算、文件目录、数据存储、加密解密、操作系统相关、并发编程、网络编程、多媒体/图形化界面等。

标准库的使用：import 导入模块

标准库的模块本质是独立的 .py 文件，需通过 import [模块名] 导入当前代码文件后使用。

案例 1：日期计算（datetime 模块）

import datetime
# 构造两个日期对象（参数格式：年，月，日）
date1 = datetime.datetime(2012, 2, 14)
date2 = datetime.datetime(2022, 7, 12)
# 日期对象相减，输出间隔
print(date2 - date1) # 输出：3801 days, 0:00:00

案例 2：字符串操作（内置 str 类型）

字符串是 Python 内置类型，其方法无需导入额外模块，可直接使用。常用方法包括 replace、strip、split、join、lower、upper 等。

案例 3：文件查找工具（os 模块）

需求：指定路径和关键词，查找路径下所有文件名含关键词的文件。

import os
inputPath = input('请输入待搜索路径：')
pattern = input('请输入待搜索关键词：')
# 递归遍历目录
for dirpath, dirnames, filenames in os.walk(inputPath):
    for f in filenames:
        if pattern in f:
            print(f'{dirpath}/{f}')

第三方库：Python 生态的扩展包

第三方库是开发者或组织编写并发布的库，需额外安装才能使用。其覆盖场景远超标准库，是 Python 生态强大的核心原因。

第三方库的核心使用流程

使用第三方库需遵循'找库 → 安装 → 导入使用'三步流程。

1. 找库：确定合适的第三方库。
2. 安装：用 pip 管理库。基本命令：pip install [库名]。
3. 导入使用：与标准库用法一致，通过 import [库名] 导入模块。

第三方库实战案例

案例 1：生成二维码（qrcode 库）

import qrcode
# 生成二维码（内容为字符串）
img = qrcode.make('请关注中草药')
# 保存二维码图片（格式为 png）
img.save('qrcode.png')

案例 2：操作 Excel（xlrd 库）

需求：读取 Excel 文件，计算某班级学生的平均分。

import xlrd
xlsx = xlrd.open_workbook('d:/test.xlsx')
table = xlsx.sheet_by_index(0)
nrows = table.nrows
count = 0
total = 0
for i in range(1, nrows):
    classId = table.cell_value(i, 1)
    if classId == 101:
        score = table.cell_value(i, 2)
        total += score
        count += 1
print(f'101 班平均分：{total / count}')

案例 3：键盘监听（pynput + playsound 库）

需求：监听键盘按键，每按 10 次自动播放音频，鼓励开发者。

# 需安装：pip install pynput==1.6.8 pip install playsound==1.2.2
import pynput
from playsound import playsound

注：本文不涉及 Python 及 PyCharm 安装教程，请自行查阅官网资料。