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Python语言基础知识详解：数据类型及运算
一、Python的数据类型体系
Python是强类型动态语言，所有数据均以对象形式存在。数据类型分为 不可变类型（值不可修改）和 可变类型（值可修改）。
| 分类 | 数据类型 | 示例 | 特性 |
|---|---|---|---|
| 不可变类型 | int, float, bool, str, tuple, frozenset, bytes | 10, 3.14, "hello", (1,2) | 创建后不可修改，操作生成新对象 |
| 可变类型 | list, dict, set, bytearray | [1,2], {"a":1}, {1,2} | 支持原地修改，内存地址不变 |
二、基础数据类型详解
1. 数值类型（Numeric Types）
-
整型（
int）
支持任意大整数（无溢出），可表示不同进制：a = 100 # 十进制 b = 0b1101 # 二进制（13） c = 0o755 # 八进制（493） d = 0x1F # 十六进制（31） -
浮点型（
float）
支持科学计数法，存在精度问题（需注意计算误差）：f1 = 3.1415 f2 = 2e3 # 2000.0 f3 = 0.1 + 0.2 # 0.30000000000000004（精度问题） -
布尔型（
bool）
继承自int，True为1，False为0：is_valid = True print(int(is_valid)) # 输出 1 -
复数（
complex）
用于科学计算：c = 3 + 4j print(c.real) # 3.0 print(c.imag) # 4.0
2. 字符串（str）
-
定义与操作
s1 = 'Hello' # 单引号 s2 = "World" # 双引号 s3 = '''多行 字符串''' # 三引号（保留换行） s4 = f"{s1} {s2}" # f-string（Python 3.6+）# 常用操作 print(s1[1]) # 'e'（索引） print(s1 + s2) # 'HelloWorld'（拼接） print(s1 * 3) # 'HelloHelloHello'（重复） -
字符串方法
s = " Python " s.strip() # "Python"（去空格） s.upper() # " PYTHON "（转大写） "py" in s.lower() # True（成员检测） s.split('t') # [' Py', 'hon ']（分割）
3. 序列类型（Sequence Types）
-
列表（
list）
有序、可变，支持混合类型：lst = [1, "a", [2,3]] lst.append(4) # [1, "a", [2,3], 4] lst[1] = "b" # 修改元素 -
元组（
tuple）
有序、不可变，适合固定数据：t = (1, "a", [2,3]) # t[1] = "b" # 错误！元组不可修改 t[2].append(4) # 合法（内部列表可变）
4. 映射类型（dict）
键值对集合，键必须为不可变类型：
d = {"name": "Alice", "age": 20}
d["age"] = 21 # 修改值
d["city"] = "NY" # 新增键值对
keys = d.keys() # 获取所有键（视图对象）
5. 集合类型（set, frozenset）
-
set：无序、元素唯一、可变s = {1, 2, 3} s.add(4) # {1,2,3,4} s.remove(1) # {2,3,4} -
frozenset：不可变集合fs = frozenset({1,2,3})
6. 其他类型
-
NoneType：表示空值x = None # 常用于初始化变量 -
二进制类型：
b = b"hello" # bytes（不可变） ba = bytearray(b) # bytearray（可变）
三、运算符详解
1. 算术运算符
| 运算符 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
+ | 加 | 3 + 2 → 5 |
- | 减 | 5 - 3 → 2 |
* | 乘 | 2 * 3 → 6 |
/ | 浮点除 | 7 / 2 → 3.5 |
// | 整数除 | 7 // 2 → 3 |
% | 取模 | 7 % 2 → 1 |
** | 幂运算 | 2 ** 3 → 8 |
2. 比较运算符
返回布尔值（True/False）：
a, b = 5, 3
print(a > b) # True
print(a == b) # False
print(a != b) # True
3. 逻辑运算符
| 运算符 | 描述 | 示例 |
|---|---|---|
and | 逻辑与 | True and False → False |
or | 逻辑或 | True or False → True |
not | 逻辑非 | not True → False |
4. 位运算符
处理整数的二进制形式：
a = 0b1010 # 10
b = 0b1100 # 12
print(bin(a & b)) # 0b1000（按位与）
print(bin(a | b)) # 0b1110（按位或）
print(bin(a ^ b)) # 0b0110（按位异或）
5. 成员运算符
检查元素是否在容器中：
lst = [1, 2, 3]
print(2 in lst) # True
print(4 not in lst) # True
6. 身份运算符
比较对象的内存地址（is vs ==）：
a = [1,2]
b = [1,2]
c = aprint(a == b) # True（值相等）
print(a is b) # False（不同对象）
print(a is c) # True（同一对象）
四、类型转换与内存管理
1. 显式类型转换
int("100") # 100（字符串→整数）
float(10) # 10.0（整数→浮点）
str(3.14) # "3.14"
list("abc") # ['a', 'b', 'c']
tuple([1,2,3]) # (1,2,3)
2. 内存管理机制
- 引用计数：自动回收无引用对象。
- 深浅拷贝：
import copy lst1 = [1, [2,3]] lst2 = copy.copy(lst1) # 浅拷贝（内部列表共享） lst3 = copy.deepcopy(lst1) # 深拷贝（完全独立）
五、常见问题与解决方案
-
浮点数精度问题
# 使用decimal模块精确计算 from decimal import Decimal print(Decimal('0.1') + Decimal('0.2')) # 0.3 -
可变类型作为函数默认参数
# 错误示例：默认参数在函数定义时创建一次 def append_to(item, lst=[]):lst.append(item)return lst# 正确做法：使用None作为默认值 def append_to(item, lst=None):if lst is None:lst = []lst.append(item)return lst -
is与==的误用a = 256 b = 256 print(a is b) # True（小整数池优化）c = 257 d = 257 print(c is d) # False（超出缓存范围）
六、总结
| 核心概念 | 关键要点 |
|---|---|
| 数据类型分类 | 不可变类型（安全但效率低） vs 可变类型（高效但需注意副作用） |
| 运算符优先级 | 括号 > 算术 > 比较 > 逻辑 > 赋值 |
| 类型转换 | 显式转换确保数据兼容性，注意信息丢失风险 |
| 内存管理 | 理解深浅拷贝区别，避免共享可变对象导致的意外修改 |
| 常见陷阱 | 浮点精度、默认参数陷阱、is与==的区别 |
掌握数据类型与运算是构建复杂程序的基石。通过合理选择数据类型和运算符，可以显著提升代码性能和可维护性。