Python如此神奇，让繁琐工作自动化（文中含Python基础）

“你在2个小时里完成的事，我们3个人要做两天。”21世纪早期，我的大学室友在一个电子产品零售商店工作。商店偶尔会收到一份电子表格，其中包含竞争对手的数千种产品的价格。由3个员工组成的团队，会将这个电子表格打印在一叠厚厚的纸上，然后3个人分一下。针对每个产品价格，他们会查看自己商店的价格，并记录竞争对手价格较低的所有产品。这通常会花几天的时间。

“如果你有打印件的原始文件，我会写一个程序来做这件事。”我的室友告诉他们，当时他看到他们坐在地板上，周围都是散落堆叠的纸张。

几个小时后，他写了一个简短的程序，从文件读取竞争对手的价格，在商店的数据库中找到该产品，并记录竞争对手是否更便宜。他当时还是编程新手，花了许多时间在一本编程书籍中查看文档。实际上程序只花了几秒钟运行。我的室友和他的同事们那天享受了超长的午餐。

这就是计算机编程的威力。计算机就像瑞士军刀，可以用来完成数不清的任务。许多人花上数小时点击鼠标和敲打键盘，执行重复的任务，却没有意识到，如果他们给机器正确的指令，机器就能在几秒钟内完成他们的工作。

软件是我们今天使用的许多工具的核心：几乎每个人都使用社交网络来进行交流，许多人的手机中都有连接因特网的计算机，大多数办公室工作都涉及操作计算机来完成工作。因此，对编程人才的需求暴涨。无数的图书、交互式网络教程和开发者新兵训练营，承诺将有雄心壮志的初学者变成软件工程师，获得6位数的薪水。

这本《Python编程快速上手——让繁琐工作自动化》不是针对这些人的。它是针对所有其他的人。

就它本身来说，这本书不会让你变成一个职业软件开发者，就像几节吉他课程不会让你变成一名摇滚巨星。但如果你是办公室职员、管理者、学术研究者，或使用计算机来工作或娱乐的任何人，你将学到编程的基本知识，这样就能将下面这样一些简单的任务自动化：

移动并重命名几千个文件，将它们分类，放入文件夹；
填写在线表单，不需要打字；
在网站更新时，从网站下载文件或复制文本；
让计算机向客户发出短信通知；
更新或格式化Excel电子表格；
检查电子邮件并发出预先写好的回复。

对人来说，这些任务简单，但很花时间。它们通常很琐碎、很特殊，没有现成的软件可以完成。有一点编程知识，就可以让计算机为你完成这些任务。

关于这本书

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干货分享：Python基础

Python编程语言有许多语法结构、标准库函数和交互式开发环境功能。好在，你可以忽略大多数内容。你只需要学习部分内容，就能编写一些方便的小程序。

但在动手之前，你必须学习一些基本编程概念。就像魔法师培训，你可能认为这些概念既深奥又啰嗦，但有了一些知识和实践，你就能像魔法师一样指挥你的计算机，完成难以置信的事情。

本章有几个例子，我们鼓励你在交互式环境中输入它们。交互式环境让你每次执行一条Python指令，并立即显示结果。使用交互式环境对于了解基本Python指令的行为是很好的，所以你在阅读时要试一下。做过的事比仅仅读过的内容，更令人印象深刻。

1 在交互式环境中输入表达式

启动IDLE就运行了交互式环境，这是和Python一起安装的。在Windows上，打开“开始”菜单，选择“All ProgramsPython 3.3”，然后选择“IDLE（Python GUI）”。在OS X上，选择“ApplicationsMacPython 3.3IDLE”。在Ubuntu上，打开新的终端窗口并输入idle3。

一个窗口会出现，包含>>>提示符，这就是交互式环境。在提示符后输入2 + 2，让Python做一些简单的算术。

>>> 2 + 2
4

IDLE窗口现在应该显示下面这样的文本：

Python 3.3.2 (v3.3.2:d047928ae3f6, May 16 2013, 00:06:53) [MSC v.1600 64 bit
(AMD64)] on win32
Type "copyright", "credits" or "license()" for more information.
>>> 2 + 2
4
>>>

在Python中，2 + 2称为“表达式”，它是语言中最基本的编程结构。表达式包含“值”（例如2）和“操作符”（例如+），并且总是可以求值（也就是归约）为单个值。这意味着在Python代码中，所有使用表达式的地方，也可以使用一个值。

在前面的例子中，2 + 2被求值为单个值4。没有操作符的单个值也被认为是一个表达式，尽管它求值的结果就是它自己，像下面这样：

>>> 2
2

{错误没关系！!!}

如果程序包含计算机不能理解的代码，就会崩溃，这将导致Python显示错误信息。错误信息并不会破坏你的计算机，所以不要害怕犯错误。“崩溃”只是意味着程序意外地停止执行。

如果你希望对一条错误信息了解更多，可以在网上查找这条信息的准确文本，找到关于这个错误的更多内容。也可以查看http://nostarch.com/automatestuff/，这里有常见的Python错误信息和含义的列表。

Python表达式中也可以使用大量其他操作符。例如，表 1-1 列出了Python的所有数学操作符。

表1-1 数学操作符，优先级从高到低

操作符	操作	例子	求值为
**	指数	2 ** 3	8
%	取模/取余数	22 % 8	6
//	整除/商数取整	22 // 8	2
/	除法	22 / 8	2.75
*	乘法	3 * 5	15
-	减法	5 - 2	3
+	加法	2 + 2	4

数学操作符的操作顺序（也称为“优先级”）与数学中类似。**操作符首先求值，接下来是*、/、//和%操作符，从左到右。+和-操作符最后求值，也是从左到右。如果需要，可以用括号来改变通常的优先级。在交互式环境中输入下列表达式：

>>> 2 + 3 * 6
20
>>> (2 + 3) * 6
30
>>> 48565878 * 578453
28093077826734
>>> 2 ** 8
256
>>> 23 / 7
3.2857142857142856
>>> 23 // 7
3
>>> 23 % 7
2
>>> 2 + 2
4
>>> (5 - 1) * ((7 + 1) / (3 - 1))
16.0

在每个例子中，作为程序员，你必须输入表达式，但Python完成较难的工作，将它求值为单个值。Python将继续求值表达式的各个部分，直到它成为单个值，如图1-1所示。

图1-1 表达式求值将它归约为单个值

将操作符和值放在一起构成表达式的这些规则，是 Python 编程语言的基本部分，就像帮助我们沟通的语法规则一样。下面是例子：

This is a grammatically correct English sentence.

This grammatically is sentence not English correct a.

第二行很难解释，因为它不符合英语的规则。类似地，如果你输入错误的 Python指令，Python也不能理解，就会显示出错误信息，像下面这样：

>>> 5 +File "<stdin>", line 15 +^
SyntaxError: invalid syntax
>>> 42 + 5 + * 2File "<stdin>", line 142 + 5 + * 2^
SyntaxError: invalid syntax

你总是可以在交互式环境中输入一条指令，检查它是否能工作。不要担心会弄坏计算机：最坏的情况就是Python显示出错信息。专业的软件开发者在编写代码时，常常会遇到错误信息。

2 整型、浮点型和字符串数据类型

记住，表达式是值和操作符的组合，它们可以通过求值成为单个值。“数据类型”是一类值，每个值都只属于一种数据类型。表1-2列出了Python中最常见的数据类型。例如，值-2和30属于“整型”值。整型（或int）数据类型表明值是整数。带有小数点的数，如3.14，称为“浮点型”（或float）。请注意，尽管42是一个整型，但42.0是一个浮点型。

表1-2 常见数据类型

数据类型	例子
整型	-2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5
浮点型	-1.25, -1.0, - -0.5, 0.0, 0.5, 1.0, 1.25
字符串	‘a’, ‘aa’, ‘aaa’, ‘Hello!’, ‘11 cats’

Python程序也可以有文本值，称为“字符串”，或strs（发音为“stirs”）。总是用单引号（’）包围住字符串（例如’Hello’或’Goodbye cruel world!’），这样Python就知道字符串的开始和结束。甚至可以有没有字符的字符串，称为“空字符串”。第4章更详细地解释了字符串。

如果你看到错误信息SyntaxError: EOL while scanning string literal，可能是忘记了字符串末尾的单引号，如下面的例子所示：

>>> 'Hello world!
SyntaxError: EOL while scanning string literal

3 字符串连接和复制

根据操作符之后的值的数据类型，操作符的含义可能会改变。例如，在操作两个整型或浮点型值时，+是相加操作符。但是，在用于两个字符串时，它将字符串连接起来，成为“字符串连接”操作符。在交互式环境中输入以下内容：

>>> 'Alice' + 'Bob'
'AliceBob'

该表达式求值为一个新字符串，包含了两个字符串的文本。但是，如果你对一个字符串和一个整型值使用加操作符，Python就不知道如何处理，它将显示一条错误信息。

>>> 'Alice' + 42
Traceback (most recent call last):File "<pyshell#26>", line 1, in <module>'Alice' + 42
TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly

错误信息Can’t convert ‘int’ object to str implicitly表示Python认为，你试图将一个整数连接到字符串’Alice’。代码必须显式地将整数转换为字符串，因为Python不能自动完成转换。（1.6节“程序剖析”在讨论函数时，将解释数据类型转换。）

在用于两个整型或浮点型值时，*操作符表示乘法。但*操作符用于一个字符串值和一个整型值时，它变成了“字符串复制”操作符。在交互式环境中输入一个字符串乘一个数字，看看效果。

>>> 'Alice' * 5
'AliceAliceAliceAliceAlice'

该表达式求值为一个字符串，它将原来的字符串重复若干次，次数就是整型的值。字符串复制是一个有用的技巧，但不像字符串连接那样常用。

*操作符只能用于两个数字（作为乘法），或一个字符串和一个整型（作为字符串复制操作符）。否则，Python将显示错误信息。

>>> 'Alice' * 'Bob'
Traceback (most recent call last):File "<pyshell#32>", line 1, in <module>'Alice' * 'Bob'
TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'str'
>>> 'Alice' * 5.0
Traceback (most recent call last):File "<pyshell#33>", line 1, in <module>'Alice' * 5.0
TypeError: can't multiply sequence by non-int of type 'float'

Python不理解这些表达式是有道理的：你不能把两个单词相乘，也很难将一个任意字符串复制小数次。

4 在变量中保存值

“变量”就像计算机内存中的一个盒子，其中可以存放一个值。如果你的程序稍后将用到一个已求值的表达式的结果，就可以将它保存在一个变量中。

4.1 赋值语句

用“赋值语句”将值保存在变量中。赋值语句包含一个变量名、一个等号（称为赋值操作符），以及要存储的值。如果输入赋值语句spam = 42，那么名为spam的变量将保存一个整型值42。

可以将变量看成一个带标签的盒子，值放在其中，如图1-2所示。

图1-2 spam = 42 就像是告诉程序“变量spam现在有整数42放在里面”

例如，在交互式环境中输入以下内容：

❶ >>> spam = 40>>> spam40>>> eggs = 2
❷ >>> spam + eggs42>>> spam + eggs + spam82
❸ >>> spam = spam + 2>>> spam42

第一次存入一个值，变量就被“初始化”（或创建）❶。此后，可以在表达式中使用它，以及其他变量和值❷。如果变量被赋了一个新值，老值就被忘记了❸。这就是为什么在例子结束时，spam求值为42，而不是40。这称为“覆写”该变量。在交互式环境中输入以下代码，尝试覆写一个字符串：

>>> spam = 'Hello'
>>> spam
'Hello'
>>> spam = 'Goodbye'
>>> spam
'Goodbye'

就像图1-3中的盒子，这个例子中的spam变量保存了’Hello’，直到你用’Goodbye’替代它。

图1-3 如果一个新值赋给变量，老值就被遗忘了

4.2 变量名

表1-3中有一些合法变量名的例子。你可以给变量取任何名字，只要它遵守以下3条规则：

1．只能是一个词。

2．只能包含字母、数字和下划线。

3．不能以数字开头。

表1-3 有效和无效的变量名

有效的变量名	无效的变量名
balance	current-balance（不允许中划线）
currentBalance	current balanc（不允许空格）
current_balance	4account（不允许数字开头）
_spam	42（不允许数字开头）
SPAM	total_[Math Processing Error]这样的特殊字符）
account4	‘hello’（不允许’这样的特殊字符）

变量名是区分大小写的。这意味着，spam、 SPAM、Spam和sPaM是4个不同的变量。变量用小写字母开头是Python的惯例。

本书的变量名使用了驼峰形式，没有用下划线。也就是说，变量名用lookLikeThis，而不是looking_like_this。一些有经验的程序员可能会指出，官方的Python代码风格PEP 8，即应该使用下划线。我喜欢驼峰式，这没有错，并认为PEP 8本身“愚蠢的一致性是头脑狭隘人士的心魔”：

“一致地满足风格指南是重要的。但最重要的是，知道何时要不一致，因为有时候风格指南就是不适用。如果有怀疑，请相信自己的最佳判断。”

好的变量名描述了它包含的数据。设想你搬到一间新屋子，搬家纸箱上标的都是“东西”。你永远找不到任何东西！本书的例子和许多Python的文档，使用spam、eggs和bacon等变量名作为一般名称（受到Monty Python的“Spam”短剧的影响），但在你的程序中，具有描述性的名字有助于提高代码可读性。

5 第一个程序

虽然交互式环境对于一次运行一条 Python指令很好，但要编写完整的Python程序，就需要在文件编辑器中输入指令。“文件编辑器”类似于Notepad或TextMate这样的文本编辑器，它有一些针对输入源代码的特殊功能。要在IDLE中打开文件编辑器，请选择FileNew ▶Window。

出现的窗口中应该包含一个光标，等待你输入，但它与交互式环境不同。在交互式环境中，按下回车，就会执行Python指令。文件编辑器允许输入许多指令，保存为文件，并运行该程序。下面是区别这两者的方法：

交互式环境窗口总是有>>>提示符。
文件编辑器窗口没有>>>提示符。

现在是创建第一个程序的时候了！在文件编辑器窗口打开后，输入以下内容：

❶ # This program says hello and asks for my name.❷ print('Hello world!')print('What is your name?') # ask for their name
❸ myName = input()
❹ print('It is good to meet you, ' + myName)
❺ print('The length of your name is:')print(len(myName))
❻ print('What is your age?') # ask for their agemyAge = input()print('You will be ' + str(int(myAge) + 1) + ' in a year.')

在输入完源代码后保存它，这样就不必在每次启动IDLE时重新输入。从文件编辑器窗口顶部的菜单，选择File▶Save As。在“Save As”窗口中，在输入框输入hello.py，然后点击“Save”。

在输入程序时，应该过一段时间就保存你的程序。这样，如果计算机崩溃，或者不小心退出了IDLE，也不会丢失代码。作为快捷键，可以在Windows和Linux上按Ctrl-S，在OS X上按⌘-S，来保存文件。

在保存文件后，让我们来运行程序。选择Run▶Run Module，或按下F5键。程序将在交互式环境窗口中运行，该窗口是首次启动IDLE时出现的。记住，必须在文件编辑器窗口中按F5，而不是在交互式环境窗口中。在程序要求输入时，输入你的名字。在交互式环境中，程序输出应该看起来像这样：

Python 3.3.2 (v3.3.2:d047928ae3f6, May 16 2013, 00:06:53) [MSC v.1600 64 bit
(AMD64)] on win32
Type "copyright", "credits" or "license()" for more information.
>>> ================================ RESTART ================================
>>>
Hello world!
What is your name?
Al
It is good to meet you, Al
The length of your name is:
2
What is your age?
4
You will be 5 in a year.
>>>

如果没有更多代码行要执行，Python程序就会“中止”。也就是说，它停止运行。（也可以说Python程序“退出”了。）

可以通过点击窗口上部的X，关闭文件编辑器。要重新加载一个保存了的程序，就在菜单中选择File▶Open。现在请这样做，在出现的窗口中选择hello.py，并点击“Open”按钮。前面保存的程序hello.py应该在文件编辑器窗口中打开。

6 程序剖析

新程序在文件编辑器中打开后，让我们快速看一看它用到的Python指令，逐一查看每行代码。

6.1 注释

下面这行称为“注释”。

❶ # This program says hello and asks for my name.

Python会忽略注释，你可以用它们来写程序注解，或提醒自己代码试图完成的事。这一行中，#标志之后的所有文本都是注释。

有时候，程序员在测试代码时，会在一行代码前面加上#，临时删除它。这称为“注释掉”代码。在你想搞清楚为什么程序不工作时，这样做可能有用。稍后，如果你准备还原这一行代码，可以去掉#。

Python也会忽略注释之后的空行。在程序中，想加入空行时就可以加入。这会让你的代码更容易阅读，就像书中的段落一样。

6.2 print()函数

print()函数将括号内的字符串显示在屏幕上。

❷ print('Hello world!')print('What is your name?') # ask for their name

代码行print(‘Hello world!’)表示“打印出字符串’Hello world!’的文本”。Python执行到这行时，你告诉Python调用print()函数，并将字符串“传递”给函数。传递给函数的值称为“参数”。请注意，引号没有打印在屏幕上。它们只是表示字符串的起止，不是字符串的一部分。

也可以用这个函数在屏幕上打印出空行，只要调用print()就可以了，括号内没有任何东西。

在写函数名时，末尾的左右括号表明它是一个函数的名字。这就是为什么在本书中你会看到print()，而不是print。第2章更详细地探讨了函数。

6.3 input()函数

函数等待用户在键盘上输入一些文本，并按下回车键。

❸ myName = input()

这个函数求值为一个字符串，即用户输入的文本。前面的代码行将这个字符串赋给变量myName。

你可以认为input()函数调用是一个表达式，它求值为用户输入的任何字符串。如果用户输入’Al’，那么该表达式就求值为myName = ‘Al’。

6.4 打印用户的名字

接下来的print()调用，在括号间包含表达式’It is good to meet you, ’ + myName。

❹ print('It is good to meet you, ' + myName)

要记住，表达式总是可以求值为一个值。如果’Al’是上一行代码保存在myName中的值，那么这个表达式就求值为’It is good to meet you, Al’。这个字符串传给print()，它将输出到屏幕上。

6.5 len()函数

你可以向len()函数传递一个字符串（或包含字符串的变量），然后该函数求值为一个整型值，即字符串中字符的个数。

❺ print('The length of your name is:')print(len(myName))

在交互式环境中输入以下内容试一试：

>>> len('hello')
5
>>> len('My very energetic monster just scarfed nachos.')
46
>>> len('')
0

就像这些例子，len(myName)求值为一个整数。然后它被传递给print()，在屏幕上显示。请注意，print()允许传入一个整型值或字符串。但如果在交互式环境中输入以下内容，就会报错：

 >>> print('I am ' + 29 + ' years old.')
Traceback (most recent call last):File "<pyshell#6>", line 1, in <module>print('I am ' + 29 + ' years old.')
TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly

导致错误的原因不是print()函数，而是你试图传递给print()的表达式。如果在交互式环境中单独输入这个表达式，也会得到同样的错误。

>>> 'I am ' + 29 + ' years old.'
Traceback (most recent call last):File "<pyshell#7>", line 1, in <module>'I am ' + 29 + ' years old.'
TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly

报错是因为，只能用+操作符加两个整数，或连接两个字符串。不能让一个整数和一个字符串相加，因为这不符合Python的语法。可以使用字符串版本的整数，修复这个错误。这在下一节中解释。

6.6 str()、int()和float()函数

如果想要连接一个整数（如29）和一个字符串，再传递给print()，就需要获得值’29’。它是29的字符串形式。str()函数可以传入一个整型值，并求值为它的字符串形式，像下面这样：

>>> str(29)
'29'
>>> print('I am ' + str(29) + ' years old.')
I am 29 years old.

因为str(29)求值为’29’，所以表达式’I am ’ + str(29) + ’ years old.’求值为’I am ’ + ‘29’ + ’ years old.’，它又求值为’I am 29 years old.’。这就是传递给print()函数的值。

str()、int()和float()函数将分别求值为传入值的字符串、整数和浮点数形式。请尝试用这些函数在交互式环境中转换一些值，看看会发生什么。

>>> str(0)
'0'
>>> str(-3.14)
'-3.14'
>>> int('42')
42
>>> int('-99')
-99
>>> int(1.25)
1
>>> int(1.99)
1
>>> float('3.14')
3.14
>>> float(10)
10.0

前面的例子调用了str()、int()和float()函数，向它们传入其他数据类型的值，得到了字符串、整型或浮点型的值。

如果想要将一个整数或浮点数与一个字符串连接，str()函数就很方便。如果你有一些字符串值，希望将它们用于数学运算，int()函数也很有用。例如，input()函数总是返回一个字符串，即便用户输入的是一个数字。在交互式环境中输入spam = input()，在它等待文本时输入101。

>>> spam = input()
101
>>> spam
'101'

保存在spam中的值不是整数101，而是字符串’101’。如果想要用spam中的值进行数学运算，那就用int()函数取得spam的整数形式，然后将这个新值存在spam中。

>>> spam = int(spam)
>>> spam
101

现在你应该能将spam变量作为整数，而不是字符串使用。

>>> spam * 10 / 5
202.0

请注意，如果你将一个不能求值为整数的值传递给int()，Python将显示出错信息。

>>> int('99.99')
Traceback (most recent call last):File "<pyshell#18>", line 1, in <module>int('99.99')
ValueError: invalid literal for int() with base 10: '99.99'
>>> int('twelve')
Traceback (most recent call last):File "<pyshell#19>", line 1, in <module>int('twelve')
ValueError: invalid literal for int() with base 10: 'twelve'

如果需要对浮点数进行取整运算，也可以用int()函数。

>>> int(7.7)
7
>>> int(7.7) + 1
8

在你的程序中，最后3行使用了函数int()和str()，取得适当数据类型的值。

❻ print('What is your age?') # ask for their agemyAge = input()print('You will be ' + str(int(myAge) + 1) + ' in a year.')

myAge变量包含了input()函数返回的值。因为input()函数总是返回一个字符串（即使用户输入的是数字），所以你可以使用int(myAge)返回字符串的整型值。这个整型值随后在表达式int(myAge) + 1中与1相加。

相加的结果传递给str()函数：str(int(myAge) + 1)。然后，返回的字符串与字符串’You will be ‘和’ in a year.’连接，求值为一个更长的字符串。这个更长的字符串最终传递给print()，在屏幕上显示。

假定用户输入字符串’4’，保存在myAge中。字符串’4’被转换为一个整型，所以你可以对它加1。结果是5。str()函数将这个结果转化为字符串，这样你就可以将它与第二个字符串’in a year.’连接，创建最终的消息。这些求值步骤如图1-4所示。

{文本和数字相等判断!!}

虽然数字的字符串值被认为与整型值和浮点型值完全不同，但整型值可以与浮点值相等。
>>> 42 == '42'False>>> 42 == 42.0True>>> 42.0 == 0042.000True
Python进行这种区分，因为字符串是文本，而整型值和浮点型都是数字。

图1-4 如果4保存在myAge中，求值的步骤

7 小结

你可以用一个计算器来计算表达式，或在文本处理器中输入字符串连接。甚至可以通过复制粘贴文本，很容易地实现字符串复制。但是表达式以及组成它们的值（操作符、变量和函数调用），才是构成程序的基本构建块。一旦你知道如何处理这些元素，就能够用Python操作大量的数据。

最好是记住本章中介绍的不同类型的操作符（+、-、*、/、//、%和**是数学操作符，+和*是字符串操作符），以及3种数据类型（整型、浮点型和字符串）。

我们还介绍了几个不同的函数。print()和input()函数处理简单的文本输出（到屏幕）和输入（通过键盘）。len()函数接受一个字符串，并求值为该字符串中字符的数目。

在下一章中，你将学习如何告诉Python根据它拥有的值，明智地决定什么代码要运行，什么代码要跳过，什么代码要重复。这称为“控制流”，它让你编写程序来做出明智的决定。