Python 核心基础语法

Python 语言概述

1. Python 特点

解释型语言：无需编译，直接运行
动态类型：变量类型在运行时确定
面向对象：支持面向对象编程范式
语法简洁：代码可读性强，学习曲线平缓
丰富的标准库：内置大量实用模块

2. Python 应用领域

Web 开发：Django, Flask

数据科学：NumPy, Pandas

机器学习：Scikit-learn, TensorFlow

自动化运维：Ansible

爬虫：Scrapy

桌面应用：PyQt, Tkinter

基础语法与数据类型

1. 变量与赋值

# 变量命名规则 variable_name = "value"
# 小写加下划线 CONSTANT_NAME = 100 # 全大写表示常量
_class_name = None # 前置下划线表示内部使用
# 多重赋值 a, b, c = 1, 2, 3
x = y = z = 0
# 解包赋值 data = [1, 2, 3]
first, second, third = data

2. 基本数据类型

数值类型

# 整数 int_num = 10
binary_num = 0b1010 # 二进制
octal_num = 0o12 # 八进制
hex_num = 0xA # 十六进制
# 浮点数 float_num = 3.14
scientific = 2.5e3 # 2500.0
# 复数 complex_num = 3 + 4j
# 布尔值 bool_true = True
bool_false = False

字符串

# 三种引号 str1 = '单引号'
str2 = "双引号"
str3 = '''三引号 可以跨多行'''
# 字符串操作 text = "Python"
print(len(text)) # 长度 6
print(text[0]) # 索引 P
print(text[1:4]) # 切片 yth
print(text.upper()) # 大写 PYTHON
print(text.lower()) # 小写 python
print(text.replace('P', 'J')) # 替换 Jython
name = "小明"
age = 20
print(f"{name}今年{age}岁")

列表 (List)

# 创建列表 my_list = [1, 2, 3, 'a', 'b']
nested_list = [[1, 2], [3, 4]]
# 列表操作 my_list.append(4) # 添加元素 [1, 2, 3, 'a', 'b', 4]
my_list.insert(1, 'x') # 插入元素 [1, 'x', 2, 3, 'a', 'b', 4]
my_list.remove('a') # 删除元素 [1, 'x', 2, 3, 'b', 4]
popped = my_list.pop() # 弹出最后一个元素 [1, 'x', 2, 3, 'b']
my_list = ['a', 'b', 'c', 'd', 'w', 's']
my_list.sort() # 排序 ['a', 'b', 'c', 'd', 's', 'w']
my_list.reverse() # 反转 ['w', 's', 'd', 'c', 'b', 'a']
new_list = my_list.copy() # 浅拷贝 ['w', 's', 'd', 'c', 'b', 'a']
# 列表推导式 squares = [x**2 for x in range(10)] #[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
filtered = [x for x in range(10) if x % 2 == 0] #[0, 2, 4, 6, 8]

元组 (Tuple)

# 创建元组 my_tuple = (1, 2, 3)
single_tuple = (1,) # 单个元素需要逗号
empty_tuple = () # 元组是不可变的
# my_tuple[0] = 10 # 错误！不能修改
# 解包 x, y, z = my_tuple

字典 (Dictionary)

# 创建字典 my_dict = {'name': '小明', 'age': 20, 'city': '北京'}
empty_dict = {}
# 字典操作 my_dict['gender'] = '男' # 添加/修改
value = my_dict.get('name') # 获取值
value = my_dict['name'] # 另一种获取方式
del my_dict['city'] # 删除键值对
# 遍历字典 for key, value in my_dict.items():
print(f"{key}: {value}")
# 字典推导式 squares = {x: x**2 for x in range(5)} #{0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16}

集合 (Set)

# 创建集合 my_set = {1, 2, 3, 3} # 自动去重，结果为{1, 2, 3}
empty_set = set()
# 集合操作 set1 = {1, 2, 3}
set2 = {2, 3, 4}
union = set1 | set2 # 并集 {1, 2, 3, 4}
intersection = set1 & set2 # 交集 {2, 3}
difference = set1 - set2 # 差集 {1}
symmetric_diff = set1 ^ set2 # 对称差集 {1, 4}
# 集合推导式 even_squares = {x**2 for x in range(10) if x % 2 == 0} #{0, 64, 4, 36, 16}

3. 运算符

1. 算术运算符

a + b # 加法
a - b # 减法
a * b # 乘法
a / b # 除法 (返回浮点数)
a // b # 整除
a % b # 取余
a ** b # 幂运算

2. 比较运算符

a == b # 等于
a != b # 不等于
a > b # 大于
a < b # 小于
a >= b # 大于等于
a <= b # 小于等于

3. 逻辑运算符

a and b # 与
a or b # 或
not a # 非

4. 成员运算符

x in collection # 在序列中
x not in collection # 不在序列中

5. 身份运算符

x is y # 是同一个对象
x is not y # 不是同一个对象

4. 控制流

1. 条件语句

# if-elif-else score = 85
if score >= 90:
    grade = 'A'
elif score >= 80:
    grade = 'B'
elif score >= 70:
    grade = 'C'
else:
    grade = 'D'
# 三元表达式 result = "及格" if score >= 60 else "不及格"

2. 循环语句

for 循环

# 遍历序列 fruits = ['apple', 'banana', 'cherry']
for fruit in fruits:
    print(fruit)
# 遍历字典 person = {'name': '小明', 'age': 20}
for key, value in person.items():
    print(f"{key}: {value}")
# range 函数 for i in range(5): # 0 到 4
print(i)
for i in range(1, 10, 2): # 1 到 9，步长为 2
print(i)
# enumerate 获取索引 for index, value in enumerate(['a', 'b', 'c']):
print(index, value)

while 循环

count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1
# 带 else 的 while 循环 count = 0
while count < 5:
    print(count)
    count += 1
else:
    print("循环结束")

循环控制

# break - 跳出整个循环 for i in range(10):
if i == 5:
    break
print(i)
# continue - 跳过当前迭代 for i in range(10):
if i % 2 == 0:
    continue
print(i) # 只打印奇数
# pass - 占位符，什么都不做 for i in range(5):
pass # 暂时不写实现

5. 函数

1. 函数定义

def function_name(parameters):
    """函数文档字符串"""
    # 函数体
    return result

2. 函数参数

# 位置参数 def greet(name, message):
return f"{message}, {name}!"
# 默认参数 def greet(name, message="你好"):
return f"{message}, {name}!"
# 关键字参数 greet(name="小明", message="Hello")
# 可变位置参数 (*args) def sum_all(*numbers):
return sum(numbers)
sum_all(1, 2, 3, 4, 5)
# 可变关键字参数 (**kwargs) def print_info(**info):
for key, value in info.items():
    print(f"{key}: {value}")
print_info(name="小明", age=20, city="北京")
# 参数组合 def complex_func(a, b, *args, c=10, **kwargs):
    pass

3. 返回值

# 返回单个值 def square(x):
return x ** 2
# 返回多个值 (实际上是返回元组) def min_max(numbers):
return min(numbers), max(numbers)
min_val, max_val = min_max([1, 5, 3, 9, 2])
# 返回 None (隐式) def do_nothing():
    pass
result = do_nothing() # result 为 None

4. 作用域

# 局部变量 def my_func():
local_var = 10 # 局部变量
print(local_var)
# 全局变量 global_var = 100
def access_global():
    global global_var # 声明使用全局变量
    global_var = 200
    print(global_var)
# 嵌套函数 def outer():
    x = 10
    def inner():
        nonlocal x # 声明使用外层函数的变量
        x = 20
        print(x)
    inner()
    print(x)

5. 匿名函数 (Lambda)

# 基本语法 lambda arguments: expression
# 示例 square = lambda x: x ** 2
print(square(5)) # 25
# 与内置函数结合使用 numbers = [1, 5, 3, 8, 2]
sorted_numbers = sorted(numbers, key=lambda x: x % 3) #[3, 1, 5, 8, 2]

6. 高阶函数

# map - 对每个元素应用函数 numbers = [1, 2, 3, 4]
squared = list(map(lambda x: x**2, numbers)) #[1, 4, 9, 16]
# filter - 过滤元素 even_numbers = list(filter(lambda x: x % 2 == 0, numbers)) #[2, 4]
# reduce - 累积计算 from functools import reduce
product = reduce(lambda x, y: x * y, numbers) #24

6. 文件相关操作

文件操作是 Python 核心实用技能，用于读取/写入文本、配置、日志等数据。核心流程：打开文件 → 操作文件（读/写）→ 关闭文件，推荐使用 with 语句自动管理文件生命周期（无需手动关闭）。

1. 核心基础：文件打开与关闭

关键函数：`open()`

语法：open(file, mode='r', encoding=None)

file：文件路径（绝对路径/相对路径）
mode：打开模式（核心参数，见下表）
encoding：编码格式（推荐 utf-8，避免中文乱码）

常用打开模式

模式	作用	读写权限	若文件不存在	指针位置
r	只读（默认）	仅读	报错 `FileNotFoundError`	文件开头
w	写入（覆盖）	仅写	创建文件	文件开头（清空原有内容）
a	追加写入	仅写	创建文件	文件末尾
r+	读写	读写	报错	文件开头
w+	读写（覆盖）	读写	创建文件	文件开头（清空原有内容）
a+	读写（追加）	读写	创建文件	文件末尾
rb/wb	二进制读写（如图片/视频）	对应权限	创建文件	文件末尾

两种打开方式（推荐第二种）

方式 1：手动打开 + 关闭（需 try-except 保证关闭）

# 手动管理文件（不推荐，容易遗漏 close()） file = None
try:
    # 打开文件（utf-8 编码避免中文乱码） file = open("test.txt", mode="w", encoding="utf-8")
    file.write("手动打开文件测试") # 写入内容
finally:
    if file:
        file.close() # 必须关闭，释放资源

方式 2：`with` 语句（自动关闭，推荐）

with 会在代码块结束后自动关闭文件，即使出现异常也能保证资源释放：

# 自动管理文件（推荐） with open("test.txt", mode="w", encoding="utf-8") as file:
    file.write("with 语句自动关闭文件") # 代码块结束后自动 close()

3. 核心操作：读文件（`r/r+/a+` 模式）

常用读方法：read()、readline()、readlines()、逐行遍历（推荐大文件）

1. `read(size)`：读取指定字节数（默认读全部）

with open("test.txt", mode="r", encoding="utf-8") as file:
    content = file.read() # 读全部内容
    # content = file.read(10) # 读前 10 个字节（中文占 3 个字节，需注意）
print("读取结果：", content)

2. `readline()`：逐行读取（每次读 1 行，含换行符 `

`）

with open("test.txt", mode="r", encoding="utf-8") as file:
    line1 = file.readline() # 读第 1 行
    line2 = file.readline() # 读第 2 行
print("第 1 行：", line1.strip()) # strip() 去除换行符/空格
print("第 2 行：", line2.strip())

3. `readlines()`：读取所有行（返回列表，每行是元素）

with open("test.txt", mode="r", encoding="utf-8") as file:
    lines = file.readlines() # 返回列表：["行 1\n", "行 2\n", ...]
    # 遍历列表处理每行 for line in lines:
    print("行内容：", line.strip())

4. 逐行遍历（处理大文件不占内存）

直接用 for 循环遍历文件对象，一行一行读，适合 GB 级大文件：

# 大文件读取（最优方案） with open("large_file.txt", mode="r", encoding="utf-8") as file:
    for line in file: # 逐行读取，不加载全部内容到内存
        print("处理行：", line.strip())

4. 核心操作：写文件（`w/a/r+/w+` 模式）

常用写方法：write()、writelines()

1. `write(str)`：写入字符串（需手动加换行符 `

`）

# 1. w 模式：覆盖写入（清空原有内容） with open("write_test.txt", mode="w", encoding="utf-8") as file:
    file.write("第一行内容\n") # \n 表示换行
    file.write("第二行内容（w 模式覆盖原有）\n")
# 2. a 模式：追加写入（在文件末尾添加，不覆盖） with open("write_test.txt", mode="a", encoding="utf-8") as file:
    file.write("第三行内容（a 模式追加）\n")

2. `writelines(iterable)`：写入可迭代对象（列表/元组等）

需确保元素是字符串，且手动加换行符：

lines = [
    "Python 文件操作\n",
    "writelines 写入列表\n",
    "每个元素是字符串\n"
]
with open("write_lines.txt", mode="w", encoding="utf-8") as file:
    file.writelines(lines) # 批量写入列表内容

5. 进阶操作：文件指针与定位

文件指针：记录当前读写位置（类似文本编辑器的光标）

tell()：获取当前指针位置（字节数）
seek(offset, whence)：移动指针
- offset：偏移量（正数向右移，负数向左移）
- whence：基准位置（0 = 文件开头，1 = 当前位置，2 = 文件末尾）

with open("pointer_test.txt", mode="r+", encoding="utf-8") as file:
    # 1. 初始指针在开头（0 字节） print("初始指针位置：", file.tell()) # 输出：0
    # 2. 读 5 个字符（每个中文 3 字节，英文 1 字节） content = file.read(5)
    print("读取内容：", content)
    print("读后指针位置：", file.tell()) # 输出：5（假设是英文）
    # 3. 指针移回文件开头（offset=0，whence=0） file.seek(0, 0)
    print("移回开头后指针：", file.tell()) # 输出：0
    # 4. 指针移到文件末尾（offset=0，whence=2） file.seek(0, 2)
    print("移到末尾后指针：", file.tell()) # 输出：文件总字节数

6. 总结

最佳实践：优先用 with open(...) 语句，自动管理文件关闭；
编码统一：读写文本文件时指定 encoding="utf-8"，避免中文乱码；
模式选择：
1. 读文件：r（仅读）、r+（读写）；
2. 写文件：w（覆盖）、a（追加）；
3. 二进制文件：rb/wb（图片/视频等）；
大文件处理：用 for line in file 逐行读取，不占内存；
异常处理：捕获 FileNotFoundError、PermissionError 等常见错误，提升程序健壮性。

7. 异常处理

1. 基本语法

try:
    # 可能引发异常的代码 result = 10 / 0
except ZeroDivisionError: # 处理特定异常
    print("不能除以零")
except (TypeError, ValueError) as e: # 处理多个异常
    print(f"类型或值错误：{e}")
except Exception as e: # 处理所有其他异常
    print(f"发生错误：{e}")
else: # 没有异常时执行
    print("操作成功")
finally: # 无论是否发生异常都会执行
    print("清理资源")

2. 常见内置异常

# 基础异常类 BaseException
# ├─ SystemExit
# ├─ KeyboardInterrupt
# ├─ GeneratorExit
# └─ Exception
#     ├─ ArithmeticError
#     │   ├─ ZeroDivisionError
#     │   └─ OverflowError
#     ├─ LookupError
#     │   ├─ IndexError
#     │   └─ KeyError
#     ├─ TypeError
#     ├─ ValueError
#     ├─ FileNotFoundError
#     └─ ...

3. 抛出异常

def validate_age(age):
    if age < 0:
        raise ValueError("年龄不能为负数")
    if age > 150:
        raise ValueError("年龄不合理")
    return True
# 自定义异常 class MyCustomError(Exception):
    def __init__(self, message):
        super().__init__(message)
        self.custom_data = "额外的数据"
try:
    raise MyCustomError("自定义错误")
except MyCustomError as e:
    print(e)
    print(e.custom_data)

8. 模块与包

1. 创建模块

# mymodule.py def greet(name):
return f"Hello, {name}!"

def add(a, b):
    return a + b

# 当模块直接运行时执行的代码 if __name__ == "__main__":
    print("模块测试")
    print(greet("World"))

2. 导入模块

# 导入整个模块 import math
print(math.sqrt(16))
# 导入特定函数 from math import sqrt, pi
print(sqrt(16), pi)
# 导入并重命名 import numpy as np
from math import sqrt as square_root
# 导入所有 (不推荐) from math import *

3. 创建包

mypackage/
__init__.py
module1.py
module2.py
subpackage/
__init__.py
module3.py

4. 常用标准库

# os - 操作系统接口 import os
os.getcwd() # 当前工作目录
os.listdir() # 列出目录内容
# sys - 系统相关参数和函数 import sys
sys.argv # 命令行参数
sys.path # Python 路径
# datetime - 日期时间处理 from datetime import datetime, date, timedelta
now = datetime.now()
today = date.today()
# json - JSON 处理 import json
data = {'name': '小明', 'age': 20}
json_str = json.dumps(data) # 序列化
data2 = json.loads(json_str) # 反序列化
# re - 正则表达式 import re
pattern = r'\d+' # 匹配数字
result = re.findall(pattern, "abc123def456")
# collections - 容器数据类型 from collections import Counter, defaultdict, deque
counter = Counter(['a', 'b', 'a', 'c'])
print(counter) # Counter({'a': 2, 'b': 1, 'c': 1})

9. 高级特性

1. 迭代器与生成器

# 迭代器 class CountDown:
    def __init__(self, start):
        self.current = start
    def __iter__(self):
        return self
    def __next__(self):
        if self.current <= 0:
            raise StopIteration
        num = self.current
        self.current -= 1
        return num

for num in CountDown(5):
    print(num)
# 生成器函数 def count_down(n):
    while n > 0:
        yield n
        n -= 1

for num in count_down(5):
    print(num)
# 生成器表达式 squares = (x**2 for x in range(10))

2. 装饰器

# 简单装饰器 def my_decorator(func):
    def wrapper(*args, **kwargs):
        print("函数执行前")
        result = func(*args, **kwargs)
        print("函数执行后")
        return result
    return wrapper

@my_decorator
def say_hello(name):
    return f"Hello, {name}!"

print(say_hello("小明"))
''' 函数执行前
函数执行后
Hello, 小明! '''
# 带参数的装饰器 def repeat(times):
    def decorator(func):
        def wrapper(*args, **kwargs):
            for _ in range(times):
                result = func(*args, **kwargs)
            return result
        return wrapper
    return decorator

@repeat(3)
def greet(name):
    print(f"Hello, {name}!")

greet("世界")
''' Hello, 世界!
Hello, 世界!
Hello, 世界! '''