python的类程序的结构_Python程序员学习路径之数据结构篇

原标题：Python程序员学习路径之数据结构篇

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在计算机科学中，数据结构是一门进阶性课程，概念抽象，难度较大。Python语言的语法简单，交互性强。用Python来讲解数据结构等主题，比C语言等实现起来更为容易，更为清晰。

而对于自学Python的朋友往往会遇到数据结构的问题，和所有的现代编程语言一样，Python也有大量的功能和构造。然而，Python是少数的几种基本程序要素相当简单的语言之一。本文将开始介绍使用Python编程的一些基础知识。

1.1.1　程序和模块

Python程序包含一个或多个模块（module）。模块只不过是Python代码的一个文件，其中可以包含语句、函数定义和类定义。简短的Python程序也称为脚本（），可以包含在一个模块之中。而较长的或较为复杂的程序，通常包含一个主模块和一个或多个支持模块。主模块包含了程序执行的起点，支持模块则包含了函数和类的定义。

1.1.2　Python程序示例：猜数字

接下来，我们来看一个完整的Python程序，它是一个和用户玩猜数字的游戏的程序。计算机要求用户输入数值范围的最小值和最大值。计算机随后“思考”出在这个范围之内的一个随机数，并且重复地要求用户猜测这个数，直到用户猜对了。在用户每次进行猜测之后，计算机都会给出一个提示，并且会在这个过程的最后显示出总的猜测次数。这个程序包含了几种类型的Python语句，例如，输入语句、输出语句、赋值语句、循环和条件语句，我们将在本章的后面介绍它们。这个程序还包含了一个函数的定义。

如下是该程序的代码，代码位于文件numberguess.py之中：

"""Author: Ken Lambert Plays a game of guess the number with the user. """import randomdef main(): """Inputs the bounds of the range of numbers and lets the user guess the computer’s number until the guess is correct.""" smaller = int(input("Enter the smaller number: ")) larger = int(input("Enter the larger number: ")) myNumber = random.randint(smaller, larger) count = 0 while True: count += 1 userNumber = int(input("Enter your guess: ")) if userNumber < myNumber: print("Too small") elif userNumber > myNumber: print("Too large") else: print("You’ve got it in", count, "tries!") breakif __name__ == "__main__": main()

如下是一个用户和该程序的交互记录：

Enter the smaller number: 1Enter the larger number: 32Enter your guess: 16Too smallEnter your guess: 24Too largeEnter your guess: 20You’ve got it in 3 tries!

1.1.3　编辑、编译并运行Python程序

你可以在一个终端窗口中输入一条命令，来运行整个Python程序。例如，运行本书中给出的大多数示例。要运行numberguess.py文件中包含的程序，在大多数的终端窗口中，只要输入如下的命令就可以了：

python3 numberguess.py

要创建或编辑Python模块，尝试使用Python的IDLE（Integrated DeveLopment Environment，集成开发环境）。要启动IDLE，在一个终端提示符后输入idle或idle3，或者单击其图标。也可以通过在某个Python源代码文件（以.py为扩展名的任何文件）上单击，或者通过在一个文件上点击鼠标右键并选择“Open or Edit with IDLE”，来启动IDLE。确保将你的系统设置为在加载这种类型的文件的时候会打开IDLE。

IDLE提供了一个shell窗口，可以交互式地运行Python表达式和语句。使用IDLE，可以在编辑器窗口和shell窗口之间来回切换，以开发和运行完整的程序。IDLE还能够格式化代码，并为代码提供颜色区分。

当你用IDLE打开已有的Python文件的时候，文件会出现在编辑器窗口中，并且shell会在一个单独的窗口弹出。要运行一个程序，将光标移动到编辑器窗口中，并且按下F5键。Python会在编辑器窗口中编译代码，并且在shell窗口中运行它。

当运行包含几个Python模块的一个程序的时候，针对每个模块（除了主模块之外）编译后的代码，会被保存到一个二进制代码文件中（以.pyc为扩展名的一个文件）。Python加载这些文件，以便运行随后的程序（如果没有对相应的.py文件做出修改的话）。

如果一个Python程序挂起了或者没有正常结束的话，可以按下Ctrl+C键或关闭shell窗口来退出。

1.1.4　程序注释

程序注释是Python编译器会忽略的文本，但是，作为文档，它对于程序的阅读者很有价值。Python中的单行注释以一个#符号开头，并且到当前行的末尾结束。它的颜色是红色的（尽管由于本书是黑白印刷的，你并看不出来这一点）。如下所示：

# This is an end-of-line comment.

一个多行注释是用3个单引号或3个双引号括起来的一个字符串。这样的注释也叫作文档字符串（docstring），表明它们可以记录程序中的主要结构。前面给出的猜数字程序就包含了两个文档字符串。第一个文档字符串在程序文件的顶部，充当了整个numberguess模块的注释。第二个文档字符串在主函数的头部之下，描述了这个函数做什么事情。尽管文档字符串看上去很简短，但是它们能在Python shell中为程序员提供帮助，因此扮演了一个重要的角色。

1.1.5　词法元素

语言中的词法元素是用于构造语句一类的单词和符号。和所有的高级编程语言一样，Python的一些基本符号是关键字，例如if、while和def。还包括了其他的一些词法元素，例如标识符（名称）、字面值（数字、字符串和其他内建的数据结构）、运算符和分隔符（引号、逗号、圆括号、方括号和花括号）。

1.1.6　拼写和命名惯例

Python关键字和名称都是区分大小写的。因此，while是一个关键字，而While则是程序员定义的一个名称。Python关键字是以小写字母的方式拼写的，并且在IDLE窗口中以橙色表示。

所有的Python名称，其颜色都是黑色的，除非将其作为函数、类或方法名来引用，在这种情况下，它们显示为蓝色。名称可以以一个字母或一个下划线（‘_’）开头，后面跟着任意多个字母、下划线或者数字。

在本书中，模块、变量、函数和方法的名称，都是以小写字母的形式来拼写的。模块名只有一种例外，就是当一个模块名包含了一个或多个嵌入的名称的时候，嵌入的名称都是大写的。类名也遵从相同的命名惯例，但是，类名的首字母是大写的。当一个变量名是一个常量的时候，其所有的字母都是大写的，并且会有一个下划线用来隔开任何嵌入的名称。表1.1给出了这些命名惯例的示例。

表1.1　　Python命名惯例的示例

名称类型

示例

变量

salary, hoursWorked, isAbsent

常量

ABSOLUTE_ZERO, INTEREST_RATE

函数或方法

printResults, cubeRoot, isEmpty

类

BankAccount, SortedSet

要使用能够描述其在程序中的角色的名称。通常，变量名应该是名词或形容词（如果它们表示布尔值的话，就是形容词），而函数和方法名应该是动词（如果它们表示动作）或者名词或形容词（如果它们表示返回的值）。

1.1.7　语法元素

一种语言的语法元素是由词法元素组成的语句（表达式、语句和其他结构）的类型。和大多数的高级语言不同，Python使用空白（空格、制表符和换行）来标记多种类型的语句的语法。这意味着，在Python代码中，缩进和换行是很重要的。像IDLE这样的智能编辑器，能够帮助正确地缩进。程序员不需要操心用分号隔开句子，或者用花括号来标记语句块。在本书所有的Python代码中，我使用4个空格宽度的缩进。

1.1.8　字面值

数字（整数或浮点数）的写法和在其他编程语言中的写法都是一样的。布尔值True和False都是关键字。一些数据结构，例如字符串、元组、列表和字典，也拥有字面值，稍后我们将会看到这一点。

1.1.9　字符串字面值

可以用单引号、双引号，或者成对的三个双引号或三个单引号将字符串括起来。最后的这种表示方法，对于包含多行文本的字符串来说，是很有用的。字符值是单字符的字符串。\字符用于将非图形化的字符（例如，换行\n和制表符\t，或者\字符本身）进行转义。下面的代码段及其输出，展示了各种可能性：

print("Using double quotes")print(’Using single quotes’)print("Mentioning the word ’Python’ by quoting it")print("Embedding a\nline break with \\n")print("""Embedding a line break with triple quotes""")

输出：

Using double quotesUsing single quotesMentioning the word ’Python’ by quoting itEmbedding a line break with \nEmbedding a line break with triple quotes

1.1.10　运算符和表达式

算术表达式使用标准的运算符（+、–、*和/）和中缀表示法。/运算符对于任何数字运算数，都会生成一个浮点数的结果，而//运算符则会产生一个整数的商。当+运算符用于集合（例如，字符串和列表）的时候，它表示连接。**运算符用于指数运算。

比较运算符（<、<=、>、>=、==和!=）用于数字和字符串。==运算符比较数据结构内部的内容（例如，两个列表）在结构上的相等性。is运算符比较对象实体的两个值。比较会返回True或False。

逻辑运算符and、or和not会将几个值（例如0、None、空字符串和空列表）作为False对待。相反，它们会将大多数其他的Python值当作True对待。

下标运算符[]和集合一起使用，稍后将会介绍它。

选择器运算符.用于引用一个模块、类或对象中的一个具名的项。

运算符都有标准的优先级（依次是选择器运算符、函数调用、下标运算符、算术运算符、比较运算符、逻辑运算符、赋值运算符）。括号通常用于将一个子表达式括起来，方便更早地运算它。**和=运算符是右结合性的，而其他的运算符是左结合性的。

1.1.11　函数调用

函数调用的通常形式是函数名后面跟着用括号括起来的参数列表。例如：

min(5, 2) # Returns 2

Python包含了一些标准的函数，例如abs和round。很多其他的函数，可以通过导入模块的方式而变得可用，稍后你将会看到这一点。

1.1.12　print函数

标准输出函数print会将其参数显示到控制台。这个函数允许不同个数的参数。Python自动在每个参数上运行str函数，以获取其字符串表示，并且在输出之前用一个空格将每一个字符串隔开。默认情况下，输出结束的时候会使用一个换行。

1.1.13　input函数

标准输入函数input会等待用户通过键盘输入文本。当用户按下回车键的时候，该函数返回了包含所输入的字符的一个字符串。这个函数接受一个可选的字符串作为其参数，并且会不换行地打印出这个字符串，以提示用户进行输入。

1.1.14　类型转换函数和混合模式运算

可以将一些数据类型名称当作类型转换函数来使用。例如，当用户输入一个数字的时候，input函数返回数字组成的一个字符串，而不是一个数字值。程序必须先把这个字符串转换为int类型或float类型，然后才能够进行数字处理。下面的代码段输入了一个圆的半径，将这个字符串转换为float型，然后计算并输出了这个圆形的面积：

radius = float(input("Radius: "))print("The area is", 3.14 * radius ** 2)

和大多数其他的编程语言一样，Python允许算术表达式中的运算数具有不同的数值类型。在这种情况下，结果的类型和最为通用的运算数的类型相同。例如，int型和float型相加，将会得到float型的结果。

1.1.15　可选的和关键字函数参数

函数允许可选的参数，可选的参数在函数调用的时候是通过关键字来指定的。例如，print函数默认地会在其要显示的参数后面输出一个换行。为了阻止这种情况发生，可以给可选的参数end一个空字符串的值，如下所示：

print("The cursor will stay on this line, at the end", end = "")

必需的参数是没有默认值的。可选的参数有默认值，并且当使用其关键字的时候，它们可以按照任意的顺序出现，只要都放在必需的参数之后就可以了。

例如，标准函数round期望一个必需的参数，这是一个舍入的值。还有一个可选的参数，表示精度的位数。当省略第2个参数的时候，该函数返回最近的整数值（int型）。当包含第2个参数的时候，该函数返回float型。

通常，调用函数的时候传递给它的参数的个数，至少要和它的必需参数的个数相同。

在调用标准函数和Python的库函数时，它们会检查其参数的类型。程序员定义的函数可以接受任意类型的参数，包括函数和类型自身。

1.1.16　变量和赋值语句

一个Python变量是通过一条赋值语句来引入的。例如：

PI = 3.1416

将PI的值设为3.1416。一条简单的赋值语句的语法是：

在同一条赋值语句中可以引入多个变量，如下所示：

minValue, maxValue = 1, 100

要交换变量a和变量b的值，可以像下面这样编写代码：

a, b=b,a

赋值语句必须出现在单个的一行代码之中，除非这一行是在一个逗号、圆括号、花括号或方括号之后换行。当不具备这些选择的时候，在一条语句中换行的另一种方式是，用一个转义字符\来结束一行。通常将这个符号放在一个表达式中的运算符之前或之后。如下是一些显然不太符合实际情况的例子：

minValue = min(100, 200) product = max(100, 200) \ *30

当你在一个逗号或转义符号之后按下回车键的时候，IDLE会自动缩进下一行的代码。

1.1.17　Python数据类型

在Python中，任何变量都可以指定任何类型的一个值。变量不会声明为某一个类型，这和很多其他语言中的情况不同，变量会被直接赋一个值。

因此，数据类型名称不会出现在Python程序中。然而，所有的值和对象都是有类型的。表达式中的运算数的类型会在运行时检查，因此，类型错误一定会进行检查；然而，在编写代码的时候，程序员不必关心数据类型。

1.1.18　import语句

import语句使得另一个模块中的标识符可以被一个程序所见到。这些标识符可能是对象名、函数名或类名。有几种方式可以表示一条import语句。最简单的方式是，导入一个模块名称，例如：

import math

这使得在math模块中定义的任何名称，在当前的模块中都可以通过math.形式的语法而变得可用。因此，math.sqrt(2)将会返回2的平方根。

另一种导入的形式是，只导入要使用的名称自身，这样一来，就可以不带有模块名作为前缀而直接使用该名称了：

from math import sqrtprint(sqrt(2))

可以通过列出几个单独的名称来导入它们：

from math import pi, sqrtprint(sqrt(2) * pi)

可以使用*运算符导入一个模块中所有的名称，但是，我们并不认为这是好的做法。

1.1.19　获取关于程序组件的帮助

尽管Python的Web站点www.python.org拥有Python语言的完整文档，但是在Python shell中也可以快速获取和语言大部分组成部分相关的帮助信息。要访问这样的帮助信息，只需要在shell提示符中输入名为help( )的函数，其中的是模块、数据类型、函数或方法的名称。例如，调用help(abs)和(math.sqrt)分别会显示abs和math.sqrt函数的文档。调用help(int)和help(math)将会分别显示int类型和math模块中的所有操作的文档。

注意，如果一个模块并非是在shell启动的时候Python将要加载的内建模块，程序员必须先导入模块，然后才能请求关于它的帮助信息。例如，shell中的如下会话，将会显示本章前面所介绍的numberguess程序的文档：

>>> import numberguess>>> help(numberguess)Help on module numberguess: NAME numberguess DEION Author: Ken Lambert Plays a game of guess the number with the user. FUNCTIONS main() Inputs the bounds of the range of numbers, andletstheuserguessthecomputer’snumberuntil the guess is correct. FILE /Users/ken/Documents/CS2Python/Chapters/Chapter1/numberguess.py

1.2　控制语句

Python包含了针对序列、条件式执行和迭代等情况的、常见的各种控制语句。语句的序列是一条接着一条编写的一组语句。一个序列中的每一条语句，都必须以相同的缩进开始。本节将会介绍条件式执行和迭代的控制语句。

本书摘自《数据结构（python描述）》

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在计算机科学中，数据结构是一门进阶性课程，概念抽象，难度较大。Python语言的语法简单，交互性强。用Python来讲解数据结构等主题，比C语言等实现起来更为容易，更为清晰。本书第1章简单介绍了Python语言的基础知识和特性。第2章到第4章对抽象数据类型、数据结构、复杂度分析、数组和线性链表结构进行了详细介绍，第5章和第6章重点介绍了面向对象设计的相关知识、第5章包括接口和实现之间的重点差异、多态以及信息隐藏等内容，第6章主要讲解继承的相关知识，第7章到第9章以栈、队列和列表为代表，介绍了线性集合的相关知识。第10章介绍了各种树结构，第11章讲解了集和字典的相关内容，第12章介绍了图和图处理算法。每章最后，还给出了复习题和案例学习，帮助读者巩固和思考。返回搜狐，查看更多

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