循序渐进学Python之数值类型


本文将介绍Python语言的一种基本数据类型:数值类型。首先,我们会详细介绍Python语言各种数值类型以及相应的算术运算和它们的优先级、结合性。然后,我们还会对整型的位运算做深入的解释。

一、 数值类型

Python语言的数值类型有四种,分别是:整型、长整型、浮点型和复数类型。下面我们首先介绍整型数据。

1.整型

Python语言的整型相当于C语言中的long型,在32位机器上,整型的位宽为32位,取值范围为-231~231-1,即-2147483648~2147483647;在64位系统上,整型的位宽通常为64位,取值范围为-263~263-1,即-9223372036854775808~9223372036854775807。
Python中的整数不仅可以用十进制表示,也可以用八进制和十六进制表示。当用八进制表示整数时,数值前面要加上一个前缀“0”;当用十六进制表示整数时,数字前面要加上前缀0X或0x。例如,我们这里将整数15分别以八进制和十六进制的形式赋给整型变量a和b,然后再以十进制的形式输出它们:

# -*- coding: cp936 -*-

a = 017
b = 0xf

print '变量a的值的十进制形式为%d'  %a
print '变量b的值的十进制形式为%d'  %a

当我们在IDEL中运行该程序时,结果如下所示:

图1:以不同的数制输入、输出整数

我们这里对打印语句 print '变量a的值的十进制形式为%d'  %a
 
做一个简单的解释。这个语句的含义是将变量a以有符号整数的形式输出。这里的百分号%是Python语言中的格式化运算符,它可以在字符串中插入一个变量值。格式化运算符左边是一个字符串,即下面用蓝色字体表示的部分:
print '变量a的值的十进制形式为%d'  %a

格式化运算符左边的字符串中可以含有一个或多个转换指示符,本例中只有一个转换指示符,即%d。就像这里看到的一样,转换指示符通常以百分号打头,后面紧跟一个字符串格式化字符,需要注意的是,转换指示符中的百分号是作为字符串格式化字符的前导符使用,而非格式化运算符。字符串格式化字符d表示将在当前字符串的指定位置放上一个整数。打印输出时,字符串中的转换指示符将被指定的值替换掉,所以转换指示符还起到占位符的作用。格式化运算符的右边,即上面用红色字体表示的部分,规定用谁来替换字符串中的占位符。就本例而言,我们要用变量a来替换字符串中的占位符%d。

与数值有关的字符串格式化字符及其作用如下所示:

? d:   有符号十进制整数
? u:   无符号十进制整数
? o:   无符号八进制整数
? x:   无符号十六进制整数,a~f采用小写形式
? X:   无符号十六进制整数,A~F采用大写形式
? f:    浮点数
? e,E: 浮点数,使用科学计数法
? g,G: 浮点数,使用最低有效数位

2.长整型

跟C语言不同,Python的长整型没有指定位宽,也就是说Python没有限制长整型数值的大小,但是实际上由于机器内存有限,所以我们使用的长整型数值不可能无限大。
在使用过程中,我们如何区分长整型和整型数值呢?通常的做法是在数字尾部加上一个大写字母L或小写字母l以表示该整数是长整型的,例如:

a = 6812347598L
b = 6812347598l

读者可能已经发现,小写字母l和数字1看上去很难区分,所以一般推荐使用大写字母L。

注意,自从Python2.2起,如果发生溢出,Python会自动将整型数据转换为长整型,所以如今在长整型数据后面不加字母L也不会导致严重后果了。

3.浮点型

浮点型用来处理实数,即带有小数的数字。Python的浮点型相当于C语言的双精度浮点型。实数有两种表示形式,一种是十进制数形式,它由数字和小数点组成,并且这里的小数点是不可或缺的,如1.23,123.0,0.0等;另一种是指数形式,比如789e3或789E3表示的都是789×103,字母e(或E)之前必须有数字,字母e(或E)之后可以有正负号,表示指数的符号,如果没有则表示正号;此外,指数必须为整数。

4.复数类型

复数由实数部分和虚数部分组成,一般形式为x+yj,其中的x是复数的实数部分,y是复数的虚数部分,这里的x和y都是实数。注意,虚数部分的字母j大小写都可以,如5.6+3.1j,5.6+3.1J是等价的。
对于复数类型变量n,我们还可以用n.real来提取其实数部分,用n.imag来提取其虚数部分,用n.conjugate返回复数n的共轭复数,如下图所示:

图2:获取复数的实数部分、虚数部分和共轭复数

二、算术运算符

对于数值型数据,常见的算术运算有加法、减法、乘法、除法,以及求幂和取模等,这些运算所对应的运算符分别为:

? 加法运算符:+,例如代数表达式2+3的Python表达式为2 + 3;
? 减法运算符:-,例如代数表达式2-3的Python表达式为2 - 3;
? 乘法运算符:*,例如代数表达式2×3的Python表达式为2 * 3;
? 除法运算符:/和//,例如代数表达式2÷3的Python表达式为2 / 3或2 // 3;
? 求幂运算符:**,例如代数表达式23的Python表达式为2 ** 3;
? 取模运算符:%,例如代数表达式2mod3的Python表达式为2 % 3;

在早期的版本中,Python只有一个除法运算符即/,该运算符既用于整除法,又用于真除法,这由参与运算的操作数的类型决定。具体而言,如果操作数皆为整数,那么就进行整除法运算,即两数相除后之后,只取其商的整数部分,并丢弃小数部分,不进行进位处理;此外,如果操作数中只要有一个为浮点数,那么就进行真除法运算,即得到的结果是一个精确的浮点数,包括小数点之后的数字。

从Python2.2开始,除法运算符除了/之外,又引入了一个除法运算符://,后一种运算符只用于进行整除法。对于除法运算符/,默认时的行为跟Python2.2之前的一样,它视操作数而定,既可以进行整除,也可以进行真除法。如果想让这两个运算符有一个明确的分工,即/只用于真除法,而//仅用于整除法的话,需要作以下声明:

from __future__ import division

下图显示了两种除法运算符在作以上声明前后的区别:

图3:两种除法运算符的用法举例

如上图所示,在声明之前,对表达式2/3进行计算时,结果为0,这是因为参加运算的两个操作数都是整数,所以运算符/进行的是整除法,但是表达式2.0/3的结果却是0.66666666666666663,这是因为操作数中的2.0是浮点数,所以运算符/进行的是真除法。表达式2//3和2.0//3进行求值时,进行的都是整除法,只不过返回值一个是整型,一个是浮点型而已。当我们用import语句进行相应的声明后,除法运算符/只能用于真除法,所以此时2/3和2.0//3的返回值都是0.66666666666666663。

 

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