1.指令和程序
計算機的硬件系統(tǒng)通常由五大部件構(gòu)成，包括：運算器、控制器、存儲器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。
其中，運算器和控制器放在一起就是我們通常所說的中央處理器，它的功能是執(zhí)行各種運算和控制指令以及處理計算機軟件中的數(shù)據(jù)。
我們通常所說的程序?qū)嶋H上就是指令的集合，我們程序就是將一系列的指令按照某種方式組織到一起，然后通過這些指令去控制計算機做我們想讓它做的事情。
今天我們大多數(shù)時候使用的計算機，雖然它們的元器件做工越來越精密，處理能力越來越強大，但究其本質(zhì)來說仍然屬于[“馮·諾依曼結(jié)構(gòu)”](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%86%AF%C2%B7%E8%AF%BA%E4%BC%8A%E6%9B%BC%E7%BB%93%E6%9E%84)的計算機。“馮·諾依曼結(jié)構(gòu)”有兩個關(guān)鍵點，一是指出要將存儲設(shè)備與中央處理器分開，二是提出了將數(shù)據(jù)以二進制方式編碼。二進制是一種“逢二進一”的計數(shù)法，跟我們?nèi)祟愂褂玫摹胺晔M一”的計數(shù)法沒有實質(zhì)性的區(qū)別，人類因為有十根手指所以使用了十進制（因為在數(shù)數(shù)時十根手指用完之后就只能進位了，當(dāng)然凡事都有例外，瑪雅人可能是因為長年光著腳的原因把腳趾頭也算上了，于是他們使用了二十進制的計數(shù)法，在這種計數(shù)法的指導(dǎo)下瑪雅人的歷法就與我們平常使用的歷法不一樣，而按照瑪雅人的歷法，2012年是上一個所謂的“太陽紀”的最后一年，而2013年則是新的“太陽紀”的開始，后來這件事情被以訛傳訛的方式誤傳為”2012年是瑪雅人預(yù)言的世界末日“這種荒誕的說法，今天我們可以大膽的猜測，瑪雅文明之所以發(fā)展緩慢估計也與使用了二十進制有關(guān)）。
對于計算機來說，二進制在物理器件上來說是最容易實現(xiàn)的（高電壓表示1，低電壓表示0），于是在“馮·諾依曼結(jié)構(gòu)”的計算機都使用了二進制。雖然我們并不需要每個程序員都能夠使用二進制的思維方式來工作，但是了解二進制以及它與我們生活中的十進制之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，以及二進制與八進制和十六進制的轉(zhuǎn)換關(guān)系還是有必要的。如果你對這一點不熟悉，可以自行使用[維基百科](https://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E8%BF%9B%E5%88%B6)或者[百度百科](https://baike.baidu.com)科普一下。
變量和類型
在程序設(shè)計中，變量是一種存儲數(shù)據(jù)的載體。計算機中的變量是實際存在的數(shù)據(jù)或者說是存儲器中存儲數(shù)據(jù)的一塊內(nèi)存空間，變量的值可以被讀取和修改，這是所有計算和控制的基礎(chǔ)。計算機能處理的數(shù)據(jù)有很多種類型，除了數(shù)值之外還可以處理文本、圖形、音頻、視頻等各種各樣的數(shù)據(jù)，那么不同的數(shù)據(jù)就需要定義不同的存儲類型。Python中的數(shù)據(jù)類型很多，而且也允許我們自定義新的數(shù)據(jù)類型（這一點在后面會講到），我們先介紹幾種常用的數(shù)據(jù)類型。
– 整型：Python中可以處理任意大小的整數(shù)（Python 2.x中有int和long兩種類型的整數(shù)，但這種區(qū)分對Python來說意義不大，因此在Python 3.x中整數(shù)只有int這一種了），而且支持二進制（如`0b100`，換算成十進制是4）、八進制（如`0o100`，換算成十進制是64）、十進制（`100`）和十六進制（`0x100`，換算成十進制是256）的表示法。
– 浮點型：浮點數(shù)也就是小數(shù)，之所以稱為浮點數(shù)，是因為按照科學(xué)記數(shù)法表示時，一個浮點數(shù)的小數(shù)點位置是可變的，浮點數(shù)除了數(shù)學(xué)寫法（如`123.456`）之外還支持科學(xué)計數(shù)法（如`1.23456e2`）。
– 字符串型：字符串是以單引號或雙引號括起來的任意文本，比如`’hello’`和`”hello”`,字符串還有原始字符串表示法、字節(jié)字符串表示法、Unicode字符串表示法，而且可以書寫成多行的形式（用三個單引號或三個雙引號開頭，三個單引號或三個雙引號結(jié)尾）。
– 布爾型：布爾值只有`True`、`False`兩種值，要么是`True`，要么是`False`，在Python中，可以直接用`True`、`False`表示布爾值（請注意大小寫），也可以通過布爾運算計算出來（例如`3 < 5`會產(chǎn)生布爾值`True`，而`2 == 1`會產(chǎn)生布爾值`False`）。
– 復(fù)數(shù)型：形如`3+5j`，跟數(shù)學(xué)上的復(fù)數(shù)表示一樣，唯一不同的是虛部的`i`換成了`j`。實際上，這個類型并不能算作常用類型，大家了解下就可以了。
變量命名
對于每個變量我們需要給它取一個名字，就如同我們每個人都有屬于自己的響亮的名字一樣。在Python中，變量命名需要遵循以下這些必須遵守硬性規(guī)則和強烈建議遵守的非硬性規(guī)則。
– 硬性規(guī)則：
– 變量名由字母（廣義的Unicode字符，不包括特殊字符）、數(shù)字和下劃線構(gòu)成，數(shù)字不能開頭。
– 大小寫敏感（大寫的`a`和小寫的`A`是兩個不同的變量）。
– 不要跟關(guān)鍵字（有特殊含義的單詞，后面會講到）和系統(tǒng)保留字（如函數(shù)、模塊等的名字）沖突。
– PEP 8要求：
– 用小寫字母拼寫，多個單詞用下劃線連接。
– 受保護的實例屬性用單個下劃線開頭（后面會講到）。
– 私有的實例屬性用兩個下劃線開頭（后面會講到）。
當(dāng)然，作為一個專業(yè)的程序員，給變量（事實上應(yīng)該是所有的標(biāo)識符）命名時做到見名知意也是非常重要的。
變量的使用
下面通過幾個例子來說明Python變量的類型和變量使用。
使用變量保存數(shù)據(jù)并進行算術(shù)運算
a = 321
b = 123
print(a + b)
print(a – b)
print(a * b)
print(a / b)
print(a // b)
print(a % b)
print(a ** b)
在Python中可以使用`type`函數(shù)對變量的類型進行檢查。程序設(shè)計中函數(shù)的概念跟數(shù)學(xué)上函數(shù)的概念是一致的，數(shù)學(xué)上的函數(shù)相信大家并不陌生，它包括了函數(shù)名、自變量和因變量。如果暫時不理解這個概念也不要緊，我們會在后續(xù)的章節(jié)中專門講解函數(shù)的定義和使用。
a = 100
b = 12.345
c = 1 + 5j
d = ‘hello, world’
e = True
print(type(a)) #
print(type(b)) #
print(type(c)) #
print(type(d)) #
print(type(e)) #
可以使用Python中內(nèi)置的函數(shù)對變量類型進行轉(zhuǎn)換。
– `int()`：將一個數(shù)值或字符串轉(zhuǎn)換成整數(shù)，可以指定進制。
– `float()`：將一個字符串轉(zhuǎn)換成浮點數(shù)。
– `str()`：將指定的對象轉(zhuǎn)換成字符串形式，可以指定編碼。
– `chr()`：將整數(shù)轉(zhuǎn)換成該編碼對應(yīng)的字符串（一個字符）。
– `ord()`：將字符串（一個字符）轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的編碼（整數(shù)）。
下面的代碼通過鍵盤輸入兩個整數(shù)來實現(xiàn)對兩個整數(shù)的算術(shù)運算。
“””
使用input()函數(shù)獲取鍵盤輸入(字符串)
使用int()函數(shù)將輸入的字符串轉(zhuǎn)換成整數(shù)
使用print()函數(shù)輸出帶占位符的字符串
“””
a = int(input(‘a(chǎn) = ‘))
b = int(input(‘b = ‘))
print(‘%d + %d = %d’ % (a, b, a + b))
print(‘%d – %d = %d’ % (a, b, a – b))
print(‘%d * %d = %d’ % (a, b, a * b))
print(‘%d / %d = %f’ % (a, b, a / b))
print(‘%d // %d = %d’ % (a, b, a // b))
print(‘%d %% %d = %d’ % (a, b, a % b))
print(‘%d ** %d = %d’ % (a, b, a ** b))
“`
**說明**：上面的print函數(shù)中輸出的字符串使用了占位符語法，其中`%d`是整數(shù)的占位符，`%f`是小數(shù)的占位符，`%%`表示百分號（因為百分號代表了占位符，所以帶占位符的字符串中要表示百分號必須寫成`%%`），字符串之后的`%`后面跟的變量值會替換掉占位符然后輸出到終端中，運行上面的程序，看看程序執(zhí)行結(jié)果就明白啦。
運算符
Python支持多種運算符，下表大致按照優(yōu)先級從高到低的順序列出了所有的運算符，運算符的優(yōu)先級指的是多個運算符同時出現(xiàn)時，先做什么運算然后再做什么運算。除了我們之前已經(jīng)用過的賦值運算符和算術(shù)運算符，我們稍后會陸續(xù)講到其他運算符的使用。
| 運算符 | 描述 |
| ———————————————————— | —————————— |
| `[]` `[:]` | 下標(biāo)，切片 |
| `**` | 指數(shù) |
| `~` `+` `-` | 按位取反, 正負號 |
| `*` `/` `%` `//` | 乘，除，模，整除 |
| `+` `-` | 加，減 |
| `>>` `<<` | 右移，左移 |
| `&` | 按位與 |
| `^` `\|` | 按位異或，按位或 |
| `<=` `<` `>` `>=` | 小于等于，小于，大于，大于等于 |
| `==` `!=` | 等于，不等于 |
| `is` `is not` | 身份運算符 |
| `in` `not in` | 成員運算符 |
| `not` `or` `and` | 邏輯運算符 |
| `=` `+=` `-=` `*=` `/=` `%=` `//=` `**=` `&=` `|=` `^=` `>>=` `<<=` | （復(fù)合）賦值運算符 |
>**說明：** 在實際開發(fā)中，如果搞不清楚運算符的優(yōu)先級，可以使用括號來確保運算的執(zhí)行順序。
下面的例子演示了賦值運算符和復(fù)合賦值運算符的使用。
“””
賦值運算符和復(fù)合賦值運算符
“””
a = 10
b = 3
a += b # 相當(dāng)于：a = a + b
a *= a + 2 # 相當(dāng)于：a = a * (a + 2)
print(a) # 想想這里會輸出什么
下面的例子演示了比較運算符（關(guān)系運算符）、邏輯運算符和身份運算符的使用。
“””
比較、邏輯和算身份運算符的使用
“””
flag0 = 1 == 1
flag1 = 3 > 2
flag2 = 2 < 1
flag3 = flag1 and flag2
flag4 = flag1 or flag2
flag5 = not (1 != 2)
print(‘flag0 =’, flag0) # flag0 = True
print(‘flag1 =’, flag1) # flag1 = True
print(‘flag2 =’, flag2) # flag2 = False
print(‘flag3 =’, flag3) # flag3 = False
print(‘flag4 =’, flag4) # flag4 = True
print(‘flag5 =’, flag5) # flag5 = False
print(flag1 is True) # True
print(flag2 is not False) # False
附：繪畫小豬佩奇
“””
繪制小豬佩奇
“””
from turtle import *
def nose(x,y):
“””畫鼻子”””
penup()
# 移動到指定的坐標(biāo)
goto(x,y)
pendown()
# 設(shè)置方向（0-東、90-北、180-西、270-南）
setheading(-30)
begin_fill()
a = 0.4
for i in range(120):
if 0 <= i < 30 or 60 <= i <90:
a = a + 0.08
# 向左轉(zhuǎn)3度
left(3)
# 向前走
forward(a)
else:
a = a – 0.08
left(3)
forward(a)
end_fill()
penup()
setheading(90)
forward(25)
setheading(0)
forward(10)
pendown()
# 設(shè)置畫筆的顏色(紅, 綠, 藍)
pencolor(255, 155, 192)
setheading(10)
begin_fill()
circle(5)
color(160, 82, 45)
end_fill()
penup()
setheading(0)
forward(20)
pendown()
pencolor(255, 155, 192)
setheading(10)
begin_fill()
circle(5)
color(160, 82, 45)
end_fill()
def head(x, y):
“””畫頭”””
color((255, 155, 192), “pink”)
penup()
goto(x,y)
setheading(0)
pendown()
begin_fill()
setheading(180)
circle(300, -30)
circle(100, -60)
circle(80, -100)
circle(150, -20)
circle(60, -95)
setheading(161)
circle(-300, 15)
penup()
goto(-100, 100)
pendown()
setheading(-30)
a = 0.4
for i in range(60):
if 0<= i < 30 or 60 <= i < 90:
a = a + 0.08
lt(3) #向左轉(zhuǎn)3度
fd(a) #向前走a的步長
else:
a = a – 0.08
lt(3)
fd(a)
end_fill()
def ears(x,y):
“””畫耳朵”””
color((255, 155, 192), “pink”)
penup()
goto(x, y)
pendown()
begin_fill()
setheading(100)
circle(-50, 50)
circle(-10, 120)
circle(-50, 54)
end_fill()
penup()
setheading(90)
forward(-12)
setheading(0)
forward(30)
pendown()
begin_fill()
setheading(100)
circle(-50, 50)
circle(-10, 120)
circle(-50, 56)
end_fill()
def eyes(x,y):
“””畫眼睛”””
color((255, 155, 192), “white”)
penup()
setheading(90)
forward(-20)
setheading(0)
forward(-95)
pendown()
begin_fill()
circle(15)
end_fill()
color(“black”)
penup()
setheading(90)
forward(12)
setheading(0)
forward(-3)
pendown()
begin_fill()
circle(3)
end_fill()
color((255, 155, 192), “white”)
penup()
seth(90)
forward(-25)
seth(0)
forward(40)
pendown()
begin_fill()
circle(15)
end_fill()
color(“black”)
penup()
setheading(90)
forward(12)
setheading(0)
forward(-3)
pendown()
begin_fill()
circle(3)
end_fill()
def cheek(x,y):
“””畫臉頰”””
color((255, 155, 192))
penup()
goto(x,y)
pendown()
setheading(0)
begin_fill()
circle(30)
end_fill()
def mouth(x,y):
“””畫嘴巴”””
color(239, 69, 19)
penup()
goto(x, y)
pendown()
setheading(-80)
circle(30, 40)
circle(40, 80)
def setting():
“””設(shè)置參數(shù)”””
pensize(4)
# 隱藏海龜
hideturtle()
colormode(255)
color((255, 155, 192), “pink”)
setup(840, 500)
speed(10)
def main():
“””主函數(shù)”””
setting()
nose(-100, 100)
head(-69, 167)
ears(0, 160)
eyes(0, 140)
cheek(80, 10)
mouth(-20, 30)
done()
if __name__ == ‘__main__’:
main()
