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:status: 草稿 ;HuangYi; 20%;
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Python内置数据类型
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.. contents::
数值类型
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运算符总览
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我决定在介绍数值类型之前还是先介绍一下 python 的这些个运算符,大部分都是很常见的,
只有很少的运算符可能在其他语言中不常见到。
由于 python 支持所谓运算符重载,有些类型会改变一些运算符的含义,
这些我们到时候再另行介绍,这里介绍的都是这些运算符最直观最基本的含义。
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| 简单运算 | 加 ``+`` 、减 ``-`` 、乘 ``*`` 、除 ``/`` 、取模 ``%`` 、指数运算 ``**`` 、取相反数 ``-`` 。|
+----------+---------------------------------------------------------------------------------------------+
| 位运算 | 按位取反 ``~`` 、按位与 ``&`` 、按位或 ``|`` 、按位异或 ``^`` ,左移 ``<<`` 、右移 ``>>`` |
+----------+---------------------------------------------------------------------------------------------+
| 比较操作 | ``<`` 、 ``>`` 、 ``==`` 、 ``>=`` 、 ``<=`` 、 ``<>`` 、 ``!=`` 。 |
+----------+---------------------------------------------------------------------------------------------+
| 布尔操作 | ``not`` 、 ``and`` 、 ``or`` |
+----------+---------------------------------------------------------------------------------------------+
.. topic:: 简单运算
加减乘除,小学就学过了,取模(就是做除法取余数)、指数运算、取相反数这些好像是初中学的。
::
>>> 10/3
3
>>> 10%3
1
>>> 2**3
8
>>> a=1
>>> -a
-1
.. topic:: 位运算
大家知道,计算机内部都是以二进制对数值进行存储,所谓位运算就是操作这些二进制位的。
更详细的解释就恕我不能完整介绍,了解的同学自然一看就明白了,不了解的同学一时半会也还用不上。
::
TODO: 一点实例
.. topic:: 比较操作
对两个对象进行比较,返回一个布尔值,倒数第二的符号 ``<>`` 可能奇怪一点,它和最后一个 ``!=`` 一样,
是不等于的意思。
.. topic:: 布尔运算
这个不急,马上就要讲到了 ;-)
布尔
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``True`` 或者 ``False`` ,这就是布尔类型,干脆俐落。
.. sidebar:: 其他对象到布尔对象的转换规则
``None`` 、任何数值类型中的 ``0`` 、空字符串 ``''`` 、空元组 ``()`` 、空列表 ``[]`` 、空字典 ``{}``
都被当作 ``False`` ,还有自定义的类型如果它实现了 ``__nonzero__()`` 或 ``__len__()``
方法且方法返回 ``0`` 或 ``False`` 的,则其实例也被当作 ``False`` ,其他对象均为 ``True`` 。
在 python 中,任何对象都可以隐式地转换为布尔对象,这常常给大家一个错觉,认为布尔类型不存在,但实际上是布尔类型无处不在。
通过构造 ``bool`` 对象,可以看看哪些对象会被转换成 ``True`` ,哪些对象会被转换成 ``False`` :
::
>>> bool(0)
False
>>> bool(1)
True
>>> bool('hello')
True
>>> class FooBar(object):
... def __nonzero__(self):
... return False
...
>>> foobar = FooBar() # 创建 FooBar 类的实例,见 n 章 n 节 类与对象。
>>> bool(foobar)
False
>>> 0 or 0L or 0.0 or 0j or '' or () or [] or {} or False
False
如果你拥有基本的逻辑知识的话,应该不难看出,最后一句代码其实就证明了那些对象都是 ``False`` 。
布尔本是逻辑学、数学中的概念,在那里布尔值之间就有三种基本的运算: ``not`` 、 ``and`` 和 ``or`` 。
python 的布尔类型自然也不例外。
不过在这里他们虽然还是叫做布尔运算,但上面也说过了,python 中任何对象都可以隐式地转换为布尔对象,
这使得实际上任何对象之间都可以进行这种所谓“布尔运算”,况且 python 又对三种运算的语义做了细微的调整,一方面
大大增强了他们的灵活性与实际用途,一方面也使得它们开始偏离了其本来的语义。
python 中这三种运算的详细规则如下:
.. sidebar:: and or 组合
通过 and 和 or 的组合你可以获得许多奇妙的效果,
比如 ``condition and a or b`` 实际上就等价于 c 语言中的 ``condition? a:b`` ,
意思就是说如果条件 ``condition`` 满足那么就 ``a`` ,否则就 ``b`` 。
有意思吧 ;-) 至于为什么就当做作业留给聪明的你慢慢思考吧(见练习题1)。
.. topic:: not a
如果 ``a`` 为 ``True`` 则返回 ``False`` ,为 ``False`` 则返回 ``True``
.. topic:: a and b
如果 a 为 ``True`` 则返回 b,否则返回 a
.. topic:: a or b
如果 a 为 ``False`` 则返回 b,否则返回 a
示例:::
>>> not 1
False
TODO:给一些有趣的 and or 实例。
另外,进行数值运算的时候布尔对象还能够隐式地转换成整数, ``True`` 是 ``1`` , ``False`` 是 ``0`` :
::
>>> True+1
2
>>> False+1
1
>>> int(True)
1
>>> int(False)
0
整数
------
我们生活在一个数学的世界里,数字对大家来说当不陌生,而整数便是数字中最基本的一种。
如果你没用过其他语言,那 python 的整数对于你来说应该是非常自然的;
如果你用过其他语言,那你很可能会发现 python 的整数有许多独特之处。
首先 python 整数之间没有什么 short、long 之类的区分,
这还不算什么,python 整数最奇妙的地方莫过于它甚至没有大小的限制:
::
>>> 1
1
>>> 9999999999999999999999
9999999999999999999999L
.. topic:: 长整数
实际上在内部 python 对整数的处理还是会分为普通整数和长整数,
普通整数就是大家在其他语言中常见到整数。
而超过这个范围的整数就自动当作长整数处理,
而长整数可表示的范围就没有限制了。
如果你还想刨根问底,那就只好去看 CPython 的实现了 ;-)
.. topic:: 小整数池
为了提高性能,python 在启动时会对一定范围以内的小整数创建缓存,
这样在后面创建这些小整数对象的时候,就不用重复的去申请内存,
而是直接使用缓存中的小整数对象。
这一点通过 ``id()`` 函数就可以看得出来:
::
>>> a = 10
>>> b = 10
>>> id(a)
11163620
>>> id(b)
11163620
浮点数
--------
所谓浮点数就是小数,如果你有 c 这样的静态语言经验,你完全可以把它当作是 c 语言的 ``double`` 类型。
::
>>> 3/2
1
>>> 3/2.0
1.5
从这段代码看得出来,在数值运算中,整数与浮点数运算的结果是浮点数,这就是所谓的“提升规则”。
也就是“小”类型会被提升为“大”类型参与计算,现在回头去看,就不难理解布尔对象会隐式地转换成整数了。
复数
-------
复数算是数学中比较“高深”一点的概念了,如果你不知复数为何物,你大可跳过这一节,反正你一时半会也用不上。
既然你懂复数,你应该会发现 python 的复数非常直观,和数学中学到的没有什么不同。
::
>>> 1+1j
(1+1j)
>>> 1+1j +3
(4+1j)
>>> 1+1j +3j
(1+4j)
>>> (1+1j)*5
(5+5j)
>>> (1+1j)*(2+2j)
4j
>>> (1+1j)/(2+2j)
(0.5+0j)
>>> (1+1.0j)/(2+2j)
(0.5+0j)
>>> (1+1j)**(2+2j) # 指数运行,见 数值运算_
(-0.26565399884924118+0.31981811385613623j)
字符串
========
.. sidebar:: 字符串缓存
python 虚拟机对所有 python 字符串进行缓存,所以任何两个内容相同的字符串,实际上都是同一个字符串。
::
>>> a = 'python'
>>> b = 'python'
>>> id(a)
11361984
>>> id(b)
11361984
python 字符串既可以用单引号表示也可以用双引号表示,
甚至还可以用三引号——哦不对,是三个引号——来表示。
这样如果字符串里本身包含双引号,你就可以用单引号来表示:
::
>>> 'My name is "python"'
'My name is "python"'
而如果字符串里本身包含单引号呢,你又可以用双引号用表示:
::
>>> "My name is 'python'"
"My name is 'python'"
真是太方便了!
三个引号的字符串就更方便了,中间甚至还可以换行!
::
>>> '''My
... name
... is
... "python"
... !
... '''
'My\nname\nis\n"python"\n!\n'
>>> """My
... name
... is
... 'python'
... !
... """
"My\nname\nis\n'python'\n!\n"
字符串转义
------------
那字符串里要是既有单引号又有双引号怎么办?答案就是字符串转义:
::
>>> 'My \'name\' is "python"!'
'My \'name\' is "python"!'
所谓字符串转义就是 ... TODO: 字符串转义的含义、作用 等。
下面这个表列出所有转义符及其简要说明,要是觉得这点简要的解释不过瘾的话,
直接跑到 python shell 下面去试验一下,马上就清楚了:
::
>>> print '\a'
>>> print 'aa\bbb'
abb
>>> print 'a\tb\nab'
a b
ab
>>> TODO: 更多有趣例子
+-------------+------------------------------------------------+
| 转义符 | 含义 |
+=============+================================================+
| ``\换行`` | 忽略后面的换行符 |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\\`` | 字符 ``\`` |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\'`` | 单引号 ``'`` |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\"`` | 双引号 ``"`` |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\a`` | 发出声音:滴 |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\b`` | 退格符 |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\f`` | |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\n`` | 换行符 |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\r`` | 回车符 |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\t`` | 水平 TAB 符 |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\v`` | 竖直 TAB 符 |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\ooo`` | 输出 8 进制数字(最多3个) ``oo`` 所代表的字符 |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\xhh`` | 输出 16 进制数字(最多2个) ``hh`` 所代表的字符|
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\N{name}``| |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\uxxx`` | |
+-------------+------------------------------------------------+
| ``\Uxxx`` | |
+-------------+------------------------------------------------+
序列操作
--------------
序列类型(Sequence Types)其实是一个抽象接口,
内置类型中实现了这一接口的有字符串、Unicode 对象、元组、列表、
buffer、xrange。既然先讲到字符串,那就在这里就把这个概念说明一下先,
在后面向大家介绍其他序列类型时就直接参考这里了。
所有的序列类型都支持一些共同的操作,这里拿字符串来举例子,其他序列类型大家到时候一看就明白了。
.. topic:: ``in``
::
>>> 'python' in 'I love python!'
True
>>> 'c' not in 'I love python!'
False
.. topic:: 连接 ``+``
将多个序列对象连接起来。
::
>>> 'I '+'love '+'python!'
'I love python!'
.. topic:: ``*``
拷贝 n 份(准确得说是浅拷贝,见第n章第n节)
::
>>> print 'I love python!\n'*3
I love python!
I love python!
I love python!
.. topic:: 索引
第一个是 ``0`` ,正数表示从左向右数第几个,负数是从右向左数,不过第一个的左边没有,就绕到最右边去了。
::
>>> 'python'[0]
'p'
>>> 'python'[3]
'h'
>>> 'python'[-1]
'n'
>>> 'python'[-3]
'h'
.. sidebar:: 惯用法
``sequence[:]`` ,也就是使用 ``start`` 、 ``end`` 和 ``step`` 的默认值对序列对象切片,
实际上就是对序列对象的一个浅拷贝,而这显然比实际的拷贝操作方便多了。
.. topic:: 切片
取序列中一个片段。
原型是 ``sequence[start:end:step]``
``start`` 表示起始位置, ``end`` 表示结束位置, ``step``
表示每经过多少取一个值。
三个值均可忽略。 ``step`` 默认值为 ``1`` ,表示没有间隔;
``start`` 默认值为 ``0`` ,也就是序列最开始的位置,
``end`` 默认为 ``-1`` ,也就是序列最末尾的位置。
::
>>> 'python'[0:6:2] # 完整版本
'pto'
>>> 'python'[0:6] # 忽略 step
'python'
>>> 'python'[:3] # 忽略 start 和 step
'pyt'
>>> 'python'[3:] # 忽略 end 和 step
'hon'
>>> 'python'[:] # 全部忽略
'python'
常用字符串操作
----------------
上面这一节讲的其实已经是属于常用字符串操作了,不过那些是所有序列对象都共同拥有的东西,
而这一节要介绍的是专门为字符串提供的操作。
::
>>> dir(str)
['__add__', '__class__', '__contains__', '__delattr__', '__doc__', '__eq__', '__
ge__', '__getattribute__', '__getitem__', '__getnewargs__', '__getslice__', '__g
t__', '__hash__', '__init__', '__le__', '__len__', '__lt__', '__mod__', '__mul__
', '__ne__', '__new__', '__reduce__', '__reduce_ex__', '__repr__', '__rmod__', '
__rmul__', '__setattr__', '__str__', 'capitalize', 'center', 'count', 'decode',
'encode', 'endswith', 'expandtabs', 'find', 'index', 'isalnum', 'isalpha', 'isdi
git', 'islower', 'isspace', 'istitle', 'isupper', 'join', 'ljust', 'lower', 'lst
rip', 'partition', 'replace', 'rfind', 'rindex', 'rjust', 'rpartition', 'rsplit'
, 'rstrip', 'split', 'splitlines', 'startswith', 'strip', 'swapcase', 'title', '
translate', 'upper', 'zfill']
其实里面许多的方法,都是看到名字就能联想到其功能的。
稍微复杂点的方法,只要在 python shell 里面做点实验也都能猜个八九不离十。
如果还剩下些什么疑问呢,就到这里来找答案吧。
.. topic:: 连接与分割
上面介绍序列类型时,我们已经使用了 ``+`` 号来做字符串的连接操作,
在某些情况下这当然是不错的,然而在多数情况下我们其实都不推荐这种做法,
因为大量的这种连接操作会大大影响效率。比如说这个例子:::
>>> 'I '+'love '+'python!'
'I love python!'
分解开来看就是 ``('I '+'love ') + 'python!'``
,第一次连接操作就会产生一个中间对象 ``'I love '``
,而这个对象从结果来看完全是没有用的。
大量的连接操作,就会产生大量无用的中间对象。
浪费了分配内存所花费的时间也浪费了内存。
所以对于两个以上的字符串的连接,我们推荐下面这个更好的做法:
::
>>> ' '.join(['I', 'love', 'python!'])
'I love python!'
你看,代码还是这么漂亮 ;-)
你还可以试试用其他字符串来连接:
::
>>> '--'.join(['I', 'love', 'python!'])
'I--love--python!'
也许你已经注意到了里面的中括号,中括号是用来构造列表的(参考 列表_ )。
``split`` 是 ``join`` 的逆操作,原型是 ``split( [sep [,maxsplit]])`` ,
可以用它来把字符串分割成列表:
::
>>> 'I love python!'.split(' ')
['I', 'love', 'python!']
>>> 'I--love--python!'.split('--')
['I', 'love', 'python!']
如果你不传递或者传递 ``None`` 给 ``sep`` 参数,那么 ``split`` 会启用
一个比较特殊的字符串分割策略,多说无益,先看代码:
::
>>> 'I love python!'.split(' ') # 使用空格分割
['I', 'love', '', '', '', '', 'python!']
>>> 'I love python!'.split() # 默认分割策略
['I', 'love', 'python!']
看出区别了吧,它会把连续的空白当作分割符,其作用就不用我明说了吧 ;-)
``split`` 方法还接受另一个可选的参数: ``maxsplit`` ,意思就是最大分割次数,
这样分割结果的长度最大就是 ``maxsplit + 1`` 。
::
>>> 'I love python!'.split(' ', 1)
['I', 'love python!']
.. topic:: 大小写转换
``upper`` 将字符串转换为大写, ``lower`` 转换成小写。
比较奇妙的是 ``title`` ,它将每个单词的首字母转成大写,其他转成小写。
::
>>> 'Python'.upper()
'PYTHON'
>>> 'Python'.lower()
'python'
>>> 'the python book'.title()
'The Python Book'
.. topic:: 字符串测试
::
>>> 'python'.islower() # 是否都是小写
True
>>> 'PYTHON'.isupper() # 是否都是大写
True
>>> 'The Python Book'.istitle() # 是否 ... (参考上面对 title 方法的解释)
True
>>> 'python'.isalpha() # 是否都是字母, isalnum 方法作用相同
True
>>> '42'.isdigit() # 是否都是数字
True
>>> ' '.isspace() # 是否都是空格
True
>>> ''.islower() or ''.isupper() or ''.istitle() or ''.isalpha() or ''.isdigit() or ''.isspace()
False
最后一句证明了这些测试对空字符串都不成立。
.. topic:: 查找
``find`` 方法返回子串在字符串中出现的位置,原型是 ``find( sub[, start[, end]])`` ,
可选的 ``start`` 、 ``end`` 参数用来限制查找范围,如果找不到则返回 ``-1`` 。
``index`` 方法和 ``find`` 方法一样,唯一区别就是找不到的时候会抛出
``ValueError`` 异常(见某章某节 异常)而不是返回 ``-1`` 。
``find`` 和 ``index`` 方法都可以在前面加个 ``r`` ,也就是 ``rfind`` 和 ``rindex`` ,功能类似,
只不过查找的方向变成从右向左。
::
>>> 'I love python!'.find('love')
2
>>> 'I love python!'.find('c')
-1
>>> 'I love python!'.index('c')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?
ValueError: substring not found
>>> 'python is pythonic!'.find('python')
0
>>> 'python is pythonic!'.rfind('python')
10
.. topic:: TODO 更多字符串操作
TODO 更多字符串操作
字符串与字节流
----------------
Unicode 字符串
----------------
话说老美刚整出计算机的那会,老美还在说英文(当然,现在也还在说英文),大家知道,英文 abc 总共也没几个字符,
就算加上一些稀奇古怪的!@#$%^&这样的字符,
也就那么些了,最后把各种奇怪字符都加在一起算了一下,大概 127 个,
而一个字节能表达 256 种字符呢,用一个字节表示一个字符都还绰绰有余。
当时谁都觉得用一个字节表示一个字符真好。这种编码方式叫做 ASCII 。
后来计算机就传入了中国和许多其他国家,然后就遇到了一个大问题,汉语言文字博大精深,又岂是小小一个字节能表达得了的?
于是有人发明了用两个字节表达汉字的编码方法,叫做 gbk 。这种现象同样也在其他非英语国家上演着。
大家都用着各自不同的互相冲突的编码方式,这给交流带来极大不便,此时的世界亟需一个统一的标准。
于是 Unicode 便应运而生了!Unicode 定义了一个大表,里面包含了全世界所有已知的字符,然后给这些字符编号,每个字符对应一个数字,
也就是所谓的代码点(code-point)。
需要注意的是 Unicode 本身是不在乎字符在计算机上是如何存储的,一个字节还是两个字节还是三个字节与 Unicode 无关,
你可以直接用字符的编码——也就是代码点——来存储字符,也可以用任意的其它方式存储,
而规定如何存储 Unicode 字符的规范就叫做编码。
现在世界上的编码成百上千,以前的 gbk 在现在 Unicode 新环境下也仍然存在,不过它只能处理 Unicode 字符的一部分了。
如果希望自己的程序能够跨越国界的话,最好还是使用一种能够处理所有 Unicode 字符的全能编码。
最流行的全能编码应该是 utf-8 了,它使用一种变长的存储方式,对传统的 ASCII 字符还是使用一个字节来存储,
这样那些英文国家的程序可以完全不受影响。当然这样的话它就要使用更多的字节来存储其他非英文字符了。
在 python 中定义一个 Unicode 字符串非常简单,在普通字符串前面加一个 ``u`` 即可,
还可以使用转义符 ``\u`` 直接使用代码点来定义 Unicode 字符串:
::
>>> u'派松'
u'\u6d3e\u677e'
>>> print u'\u4e2d\u56fd'
中国
>>> print u'派松\u4e2d\u56fd'
派松中国
使用普通字符串和Unicode字符串的 ``encode`` (编码) ``decode`` (解码) 方法,就可以使用不同的编码在普通字符串和 Unicode 字符串之间自由转换,
两个方法的原型分别为: ``encode( [encoding[,errors]])`` 和 ``decode( [encoding[,errors]])``
``encode`` 和 ``decode`` 两个方法都接受两个可选参数,第一个是编码名称,默认是当前默认编码,
第二个参数是个字符串,用来指定错误处理方式,可以使用的值有:
+-------------------------+----------------------------------------------------------------------------+
| 取值 | 错误处理方式。 |
+=========================+============================================================================+
| ``'strict'`` | 抛出异常 ``UnicodeError`` ,这是默认行为。 |
+-------------------------+----------------------------------------------------------------------------+
| ``'ignore'`` | 忽略错误字符,继续处理其他文本。 |
+-------------------------+----------------------------------------------------------------------------+
| ``'replace'`` | 用一个合适的字符替代出错字符,解码时使用标准 Unicode 替代字符 ``'\uFFFD'`` |
| | ,编码时使用 ``'?'`` 。 |
+-------------------------+----------------------------------------------------------------------------+
| ``'xmlcharrefreplace'`` | 使用合适的 XML character reference ?? 替代出错字符,仅在编码时有用 |
+-------------------------+----------------------------------------------------------------------------+
| ``'backslashreplace'`` | 使用转义字符串替代出错字符,仅在编码时有用。 |
+-------------------------+----------------------------------------------------------------------------+
::
>>> print u'派\uffff松'.encode('gbk', 'strict')
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?
UnicodeEncodeError: 'gbk' codec can't encode character u'\uffff' in position 1:
illegal multibyte sequence
>>> print u'派\uffff松'.encode('gbk', 'ignore')
派松
>>> print u'派\uffff松'.encode('gbk', 'replace')
派?松
>>> '派\xff\xff松'.decode('gbk', 'replace')
u'\u6d3e\ufffd\u677e'
>>> print u'派\uffff松'.encode('gbk', 'xmlcharrefreplace')
派松
>>> print u'派\uffff松'.encode('gbk', 'backslashreplace')
派\uffff松
直接在普通字符串中使用中文,在中文平台上实际上使用的编码方式便是 gbk ,下面我们来体验几种不同编码的差异:
::
>>> u'派松' # 无编码
u'\u6d3e\u677e'
>>> '派松' # 默认的 gbk 编码
'\xc5\xc9\xcb\xc9'
>>> u'派松'.encode('utf-8') # 使用 encode 从 Unicode 字符串转换成 普通字符串
'\xe6\xb4\xbe\xe6\x9d\xbe'
>>> '派松'.decode('gbk') # 使用 decode 从普通字符串转换成 Unicode 字符串
u'\u6d3e\u677e'
>>> len(u'派松')
2
>>> len('派松')
4
>>> len(u'派松'.encode('utf-8'))
6
.. sidebar:: 默认编码
::
>>> import sys
>>> sys.getdefaultencoding()
'ascii'
我们说过 Unicode 本身不定义字符在计算机中的表现方式,所以当我们需要将 Unicode 字符串保存到文件,
或是在网络中传输,或是从 console 中 ``print`` 出来时,都需要以某种方式编码 Unicode 字符串先。
不过很多操作面对 Unicode 字符串时都能够智能地选择某种默认编码进行处理,
比如在一般的中文平台上, ``print`` 默认便使用 gbk 来进行输出:
::
>>> print u'\uFFFF'
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in ?
UnicodeEncodeError: 'gbk' codec can't encode character u'\uffff' in position 0:
illegal multibyte sequence
TODO: Unicode 还有什么没说到的吗?
字符串模板
--------------
容器类型
============
元组
----------
列表
----------
字典
----------
集合
----------
数组(array)
--------------
TODO: 是否该加上 array 类型?
练习
======
* 解释 ``condition and a or b`` 与 ``condition?a:b`` 的等价关系。
* 还没学过 c 语言?OK,可以告诉你, ``condition?a:b`` 的意思就是:
::
if condition:
return a
else:
return b
* 使用 ``range`` 快速构造等差数列。
.. macro:: [[PageComment2(nosmiley=1, notify=1)]]