Переменные и вывод информации¶
Настало время приступить к изучению непосредственно Python, ведь по прошествии пары лекций об языке программирования и не говорили вовсе! Начнем со знакомой всем по школьным карандашам формулы \(E=mc^2\) . По ней можно вычислить полную энергию физического объекта \(E\) с помощью известной массы объекта \(m\) и константы \(c\) . Эта постоянная, указывающая на скорость света в вакууме, используется настолько часто, что для нее выделили отдельное обозначение в виде буквы латинского алфавита, как и для многих других аналогичных величин. Если в формуле встречается \(c\) (в известном контексте), то вы всегда уверены, что именно нужно подставить при расчетах.
Этот пример полностью описывает концепцию в языках программирования, и Python не исключение. Запись \(x = 3\) означает, что везде по тексту далее под иксом подразумевается именно тройка, и ничего другого (пока не будет введено новое определение). Этой же логике подчиняется Python. Сначала указывается имя переменной, а затем – ассоциируемое с ней значение.
Пример кода выше иллюстрирует сразу несколько базовых концепций, которые нужно запомнить:
- В объявлении переменной нет ничего сложного. Синтаксис и правила интуитивно понятны: это можно делать как в физике/математике, как в учебниках и статьях.
- # означает комментарий, то есть произвольный текст, который не воспринимается Python (все кода полностью игнорируется). Служит исключительно для создания подсказок в коде, объяснения происходящего, то есть для удобства.
- Числа могут быть . Разряды в целых числах для удобства визуального восприятия можно разделять нижней чертой.
- , то есть являться производной от других переменных (как \(E\) , ведь это результат перемножения). На самом деле значение вычисляется в момент объявления переменной (при сложной формуле расчета процесс может занимать некоторое время).
- Операция возведения в степень реализуется с помощью ** .
- В качестве названия переменных можно использовать и , а также некоторые символы. Однако .
- Переменные можно переопределять (и даже менять тип). Однако . В данном примере после выполнения последней строчки нельзя установить, чему было равно \(m\) до того, как переменной было присвоено значение дюжины.
Если говорить менее строго и более абстрактно, то (или коробка), в котором что-то лежит, и на самой коробке на приклеенном листочке бумаги указано содержимое. Чем понятнее надпись, тем легче найти и использовать объект (поэтому переменные с названием из одной буквы воспринимаются плохо, особенно если таких переменных очень много).
[Объявить переменную — значит положить объект в коробку с подписью](https://stevenpcurtis.medium.com/what-is-a-variable-3447ac1331b9)
Типы переменных¶
В листинге кода выше важно заметить, что существует разница между двумя типами численных переменных: и . При сугубо математических расчетах и арифметических операциях тип переменной не имеет значения. Однако для некоторого функционала нужно быть аккуратным. Поговорим подробно об этом в следующих лекциях, а пока стоит запомнить, что вещи, которые необходимо посчитать – в том числе и чего-то счетного – должны быть целочисленными (как и в жизни: первый, второй, третий . ).
Целочисленный тип называется (от Integer ), вещественный – . Эти типы можно переводить из одного в другой. При переводе вещественного числа в целое теряется часть информации.
– и это относится не только к числам, но и к объекту – можно узнать с помощью функции type . Для вывода информации используется функция print . Что именно представляет собой функция рассмотрим в более поздних лекциях, пока стоит думать об этом как о некотором объекте, который зависит (рассчитывается) от других объектов и выдает некоторый результат. Для передачи аргументов используются круглые скобки (аналогично математике: \(y = F(x)\) ). Давайте скомбинируем эти знания и рассмотрим пример:
Внимательно проанализируйте код выше – в нем продемонстрирован базовый синтаксис и .
Легко увидеть подтверждение высказанных ранее тезисов: second_variable действительно потеряла часть информации (дробную часть числа), которую нельзя вернуть, если преобразовать переменную обратно во float . Преобразование типов в языках программирования называется (типов, то есть привести одно к другому, а не из-за страшилок про духов).
Арифметические операции с числами¶
Математика Python максимально близка к естественной: + , — , * и ** (рассмотренное ранее возведение в степень) работают в точности как ожидается. С делением / есть нюанс: .
Обратите внимание, что операции не изменяют переменную саму по себе (то есть операция a + b не меняет ни a , ни b ). Чтобы сохранить получаемое значение, нужно присвоить его некоторой переменной (в примере выше это c ). Если хотите изменить непосредственно саму переменную, то можно переприсвоить ей значение на основе расчета: a = a + b или c = c + 12 .
Даже несмотря на то, что пример с делением числа на само себя очевиден (всегда получается единица, кроме деления на нуль), будет выведено вещественное значение. Сами же вещественные значения можно складывать, вычитать, умножать и возводить в степень как с целыми, так и с вещественными числами (и наоборот). Если в таком выражении используется хотя бы одна float -переменная, то и результат будет не целочисленным. Однако:
Это практически все тонкости, которые необходимо знать, чтобы не совершать базовые ошибки.
Скорее всего, появился вопрос относительно расстановки пробелов в коде. Обязательно ли соблюдать такой синтаксис? Нужно ли ставить пробелы до и после знаков операций? На самом деле нет: это делается исключительно для удобства чтения кода и . Код ниже выполнится без ошибок, однако ухудшается читаемость:
Строковые переменные¶
Разобрались в том, как описывать и хранить числа, как производить арифметические расчеты. Базовый математический язык освоен, но хочется общаться словами! Конечно, Python позволяет это делать. Благодаря можно хранить и соединять текстовую информацию:
В примере рассмотрено три способа создания текстовых переменных. Первые два не отличаются между собой с точки зрения Python , то есть неважно, используются одинарные кавычки ‘ или двойные » . Однако стоит понимать, что если строка содержит в себе такой символ, то кавычка должна быть изменена:
Механизм ошибки таков, что Python неясно: строчка намеренно закончена и дальше идет какая-то команда, или же строчка продолжается. В обоих случаях – и тогда все будет хорошо:
Если необходимо сохранить какой-либо объемный текст или сообщение, можно воспользоваться мультистрочным объявлением переменной, как в первом примере блока.
Строки можно объединять для удобства вывода информации. Склеивание строк называется .
- Обратите внимание на пробел между числом и точкой в первом случае. Они добавлены автоматически функцией print – это сделано для того, чтобы разные объекты при последовательном выводе не «склеивались» друг с другом. Во втором случае этого не происходит, так как напрямую склеиваются строки и только затем передается результат конкатенации на печать в print .
Будьте аккуратны со сложением строк. Объединение строк «3» и «5» даст результат «35» , а не 8 – и тип результирующего значения . : получите ошибку и никакого приведения типов не произойдет. Здесь возникнет двусмысленность – нужно привести число к строке и затем сконкатенировать или же строку к числу (а вдруг это невозможно?), после чего сложить.
Попробуйте в объединить строковые, целочисленные и вещественные переменные в разных комбинациях. Разберитесь, что означает ошибка, которая будет выведена в случае, если не делать приведение типов (то есть без str в str(result) ).
Но на практике это не совсем удобно, поэтому в Python придумали f -строки. Их суть в том, что переменная из кода напрямую подставляется (с автоматическим приведением типа к строке) в саму строку! Вот:
Для объявления f -строки нужно
- использовать одинаковые кавычки на концах текста
- указать литеру f перед самой строкой
- обрамить название конкретной переменной ( result в данном случае) в фигурные скобки.
Когда переменная одна, а также нет текста после её использования, то выгода F -строк не так очевидна (относительно простого print(some_string, some_variable) ). Однако представьте, что нужно вывести координаты точки в трехмерном пространстве, значение времени, параметры системы и значение некоторой функции от всех переменных выше!
1. Типы данных¶
Переменная в языке программирования это название для зарезервированного места в памяти компьютера, предназначенное для хранения значений. Это означает, что когда вы создаете переменную, вы на самом деле резервируете определенное место в памяти компьютера. Основываясь на типе данных переменной, интерпретатор выделяет необходимое количество памяти и решает, что может находится в зарезервированной области памяти. Для понимания, можете думать о переменной как о коробке, в которую можно положить любую вещь, но только определенного размера. Размер в данном примере будет типом переменной. Это не совсем верное определение, но оно дает общее представление о картине в целом.
Присвоение значения переменной:
В Python вам не нужно объявлять тип переменной вручную (как, например в С++). Объявление происходит автоматически (это называется динамическая типизация), когда вы присваиваете значение переменной. Знак равенства ( = ) используется для присвоения значения переменной. Операнд по левую сторону от знака равно ( = ) это имя переменной, операнд по правую сторону — значение присвоенное этой переменной.
Типы данных в Python
Тип данных определяет, что может храниться внутри переменной. Например:
Здесь 24 (целое число) присваивается переменной num . Таким образом, тип данных num относится к классу int .
Типы данных в Python
| Тип данных | Класс | Описание |
| Числа | int, float, complex | Содержит числовые значения. |
| Строки | str | Содержит последовательность символов. |
| Списки | list, tuple, range | Содержит последовательность элементов. |
| Словари | dict | Содержит данные в виде пары ключ-значение. |
| Логический | bool | Содержит True или False. |
| Множество | set, frozeenset | Содержит последовательность уникальных элементов. |
Поскольку в Python всё является объектом, типы данных на самом деле являются классами, а переменные — экземплярами (объектами) этих классов.
Числовые типы данных в Python
Числовой тип данных используется для хранения числовых значений. Целые числа, числа типа с плавающей точкой и составные числа попадают в категорию чисел в Python и определяются как int , float и complex .
int — содержит целые числа со знаком неограниченной длины.
float — содержит числа с плавающей десятичной точкой с точностью до 15 знаков после точки.
Мы можем использовать функцию type(), чтобы узнать, к какому классу принадлежит переменная или значение. Например:
Переменные в Python: что это такое и какие они бывают
Как хранить данные в Python, чтобы обращаться к ним было легко и приятно.
Иллюстрация: Оля Ежак для Skillbox Media
Если вы откроете любую программу в Python, то, скорее всего, увидите много таких равенств:
Всё это — переменные. Программисты пользуются переменными, чтобы хранить в памяти компьютера данные и проводить с ними различные операции. О том, как это делается, и пойдёт наш рассказ.
Что такое переменная в Python
Переменная — это область памяти компьютера, у которой есть имя. Структурно она состоит из трёх частей:
- Имя,или идентификатор, — это название, придуманное программистом, чтобы обращаться к переменной. В примерах выше это x, name и coin_flipping_result.
- Значение — это информация, которая хранится в памяти компьютера и с которой работает программа. В примерах выше это 4, ‘Виктория’ и [‘орёл’, ‘решка’, ‘решка’, ‘орёл’]. Они всегда принадлежат к какому-либо типу данных.
- Адрес — это номер ячейки памяти, в которой хранится значение переменной.
Приведём наглядную аналогию. Представьте большой производственный склад, заполненный стеллажами, на которых стоят коробки. Склад — это общая память компьютера. Допустим, на третьем стеллаже, на второй полке, в шестой ячейке стоит какая-нибудь коробка. Если в неё что-нибудь положить и наклеить этикетку с названием — коробка будет переменной. То, что в ней лежит, — это её значение. Третий стеллаж, вторая полка, пятая ячейка — её адрес, а этикетка — её имя.
Как давать имена переменным
Создавая переменную на языке Python, программисты придумывают ей названия по определённым правилам именования:
- первый символ должен быть заглавной или строчной латинской буквой или нижним подчёркиванием _;
- остальные символы могут быть заглавными или строчными латинскими буквами, нижними подчёркиваниями и цифрами;
- нельзя использовать пробелы;
- имя переменной не должно совпадать ни с каким из зарезервированных в Python ключевых слов .
Приведём несколько примеров.
- Какие имена можно давать переменным: x, X, xyz, _x_y_z, XYZ, xyz_123, _123, x1Y2z2.
- Как нельзя называть переменные: 1, 1x, x y z, x&y.
Python чувствителен к регистру. Таким образом, name и Name будут считаться разными переменными.
Хотя переменные можно называть именами стандартных библиотечных функций, делать так не стоит — это закроет доступ к функции:
Чуть позже мы объясним, почему так происходит.
Стили именования переменных
Синтаксис Python позволяет использовать разные стили для именования переменных:
- lowercase — все буквы строчные;
- lower_case_with_underscores — все буквы строчные, между словами нижние подчёркивания;
- UPPERCASE — все буквы заглавные;
- UPPER_CASE_WITH_UNDERSCORES — все буквы заглавные, между словами нижние подчёркивания;
- CamelCase — каждое слово начинается с заглавной буквы;
- mixedCase — каждое слово, кроме первого, начинается с заглавной буквы;
- Camel_Case_With_Underscores — каждое слово начинается с заглавной буквы, между словами нижние подчёркивания (это некрасиво, никогда так не делайте).
Тем не менее среди Python-разработчиков принят стандарт PEP 8 — это руководство, в котором собраны рекомендации по оформлению кода. То есть сообщество само для себя устанавливает дополнительные ограничения при именовании переменных:
- использовать lowercase, при необходимости разбивая слова нижними подчёркиваниями, если это нужно для улучшения читаемости;
- если в готовом проекте преобладает mixedCase, то писать стоит в этом стиле — чтобы сохранялась обратная совместимость;
- не давать имена l (строчная L), O (заглавная o) и I (заглавная i) — в некоторых шрифтах они неотличимы от нуля и единицы.
Следуйте советам PEP 8, чтобы ваш код был понятным и легко поддерживаемым.
Как объявить переменную и присвоить ей значение в Python
Python — язык с динамической типизацией. То есть значения присваиваются переменным не при компиляции, а построчно во время выполнения программы.
Поэтому в Python объявлять переменную отдельно не нужно — достаточно сразу её инициализировать, то есть присвоить значение. Для этого используют знак равно =.
Более того, потом ей же можно присвоить значение другого типа:
В языках со статической типизацией, таких как C++ и Java, подобный трюк не пройдёт: компилятор сообщит об ошибке — ведь переменная изначально хранила целое число, а не строку. А в Python это возможно, потому что переменные ссылаются не на сами данные, а на их адрес в памяти.
Как работает инициализация переменных
В Python все данные представлены в виде объектов. У каждого из них есть свой идентификатор — адрес области памяти, в которой он находится.
Этот идентификатор можно узнать с помощью функции id():
Когда мы инициализировали x, программа создала объект с числом 4, принадлежащий к классу (типу данных) int.
При этом внутри переменной содержится не сам объект, а его адрес. Это легко проверить, создав ещё одну переменную, в которой будет находиться та же самая четвёрка.
Выглядит это так:
В любой момент мы можем присвоить переменной новое значение. Тогда она станет ссылаться на другой объект:
Теперь x и y ссылаются на другие объекты с другими адресами. И так как больше ни одна переменная не ссылается на объект по адресу 2056817043856, то его автоматически удалит сборщик мусора.
Множественное присваивание значений
Если нескольким переменным нужно присвоить одно и то же значение, это можно сделать в одну строку с помощью следующей конструкции:
Для присвоения разных значений тоже есть способ:
Импорт переменных
Если переменную нужно импортировать из другого файла, то используют конструкцию from <имя файла> import <имя переменной>.
Например, у нас есть файл variables1.py:
Используем переменную name в файле variables2.py:
При этом доступа к другим переменным из variables1.py в таком случае нет:
Чтобы импортировать несколько переменных, их можно перечислить через запятую:
Для импорта всех объектов после import ставят звёздочку *:
Удаление переменных
Чтобы удалить переменную, используют ключевое слово del:
Типы переменных в Python
Все переменные существуют внутри определённой области видимости. В Python их три:
- локальная — внутри одной функции;
- глобальная — внутри целой программы (py-файла);
- нелокальная — внутри двух смежных функций (внутренней и внешней).
Переменные, которые принадлежат к той или иной области видимости, образуют её пространство имён.
Локальные переменные
Любые переменные, которые объявлены внутри функции, остаются только в этой функции. Например:
Мы можем, как обычно, распоряжаться x: изменять значение, проводить операции, возвращать — но только до тех пор, пока мы делаем это внутри функции local_namespace().
Если мы решим обратиться к x где-то в другой части программы, то интерпретатор её просто не увидит:
И наоборот: функция может распоряжаться только теми переменными, которые находятся внутри неё:
При этом функция может считывать переменные из глобальной области видимости — просто не имеет права изменять их.
В итоге внутри одной программы может быть сразу несколько переменных с одним и тем же именем. Для этого они должны находиться в разных пространствах имён:
Глобальные переменные
Любая переменная, которую объявляют вне функций, является глобальной. Она существует в пространстве имён всего py-файла.
Как мы показали выше, к ней можно обратиться внутри функции, но нельзя изменять. Чтобы исправить это, существует ключевое слово global:
Если мы создаём новую переменную внутри функции, то тем же ключевым словом global можем сделать её глобальной:
Нелокальные переменные
Нелокальные переменные используются, когда одна функция вложена в другую, и охватывают пространство имён только этих двух функций.
Их создают с помощью ключевого слова nonlocal.
При этом в глобальной области видимости к нелокальной переменной мы обратиться не можем:
Проверка существования переменной
В Python есть функции globals() и locals(). Они возвращают словарь с таблицей глобальных и локальных символов соответственно. В них, помимо прочего, хранятся данные о переменных.
Ключом в этих словарях является строка с именем переменной — так можно проверить её существование:
Также из этого словаря по имени переменной можно достать её значение:
Точно так же можно делать и в локальной области видимости:
Максимально возможное значение переменной
В Python, в отличие от многих других языков программирования, нет особого типа данных для хранения больших чисел. Все целые числа относятся к классу int, все числа с плавающей запятой — к классу float.
При этом никаких ограничений эти классы не предусматривают. Любая переменная любого типа данных может содержать в себе сколь угодно большое значение, пока хватает памяти компьютера.
Печать одиноких и множественных переменных
Для печати в Python используется функция print(). С её помощью можно вывести как одиночную переменную, так и несколько, перечислив их через запятую:
Также в Python можно форматировать печать переменных. Для этого предусмотрено несколько способов, но самый удобный из них — f-строки. Нужно передать функции print() строку c буквой f перед ней. Сами переменные указываются в фигурных скобках: .
Итоги
- Переменные в Python состоят из имени и значения. При этом они хранят в себе не само значение, а ссылку на его адрес в памяти.
- Для их именования используют цифры (не могут быть первым символом в имени), латинские буквы и нижние подчёркивания.
- В Python не надо отдельно объявлять переменную — ей сразу присваивают значение. В одной строке можно создать сразу несколько переменных.
- Они существуют внутри определённой области видимости. Переменные бывают глобальные (внутри всей программы), локальные (внутри одной функции) и нелокальные (внутри двух вложенных друг в друга функций).
- У переменных в Python нет ограничения по размеру — они могут быть настолько большими, насколько хватит памяти устройства.
- Их можно импортировать из других файлов, удалять, проверять их существование в текущей области видимости, печатать в форматированной строке.
Читайте также:
Вот их список: and, as, assert, async, await, break, class, continue, def, del, elif, else, except, False, finally, for, from, global, if, import, in, is, lambda, None, nonlocal, not, or, pass, raise, return, True, try, while, with, yield.
Целое число, число с плавающей запятой, строка, список, словарь и так далее.