p1-2-structure-1 第二章 程序的基本结构（一）：值与变量

[xuzhengfu]

1. 了解 如何编程

• [x] 到底应该怎么编程？

我们前面说过，编程就像教孩子，更具体地说，就像给孩子讲故事。编故事和讲故事是有套路的，最基本的离不开“角色”和“情节”，角色要生动独特，情节要跌宕起伏一波三折，就比较吸引人，最后完成了一个主旨的表述。

以计算机为目标对象写故事，就要用编程语言的语法规则，在语法规则的体系内写清楚角色和情节，写出来的故事就是源代码（source code），然后通过编程语言的编译器或解释器让计算机运行源代码，得到我们想要的结果。

2. 理解 程序的结构的意义

• [x] 为什么要理解程序的结构？

理解程序的结构，就是理解编程语言提供给我们的“表达方式”有哪些，我们可以怎么去讲我们的故事。好的编程语言有很强的表达能力，用适合自己的编程语言书写代码经常会产生愉悦感，就来源于编程语言的表达力。

• [x] 程序员是怎么看待编程语言这个东西的？

  编程语言这个东西，在程序员的世界里就好像时尚品牌，有喜欢这个牌子也有喜欢那个牌子的，程序员之间的闲聊多半都会导向“哪个编程语言最好”的话题，当然一般是得不出结果的。

• [x] 李骏老师认为好的编程语言应该具备哪些特征？

  我个人认为好的编程语言应该具备几个特征：

  • 强表达能力：能够用简练的语法完成对各种逻辑的表达；
  • 有助于抽象：能够帮助程序员更好地进行问题的抽象；
  • 易于理解和学习：语法自然和流畅，容易为人所理解；
  • 有独特性：至少在某个特定领域有独特的优势，而不是面面俱到但处处平淡。

• [x] Python 语言怎么样？

  对我们目前阶段来说，Python 是一种非常好的教学语言，基本上满足上面列出的特征，大家可以在学习过程中自行体会。下面我们就以 Python 为例来理解程序的一般结构，也就是程序的表达方式。

3. 了解 程序的基本结构之一 —— 值与变量

• [x] “值和变量” 在源代码中是一种什么样的存在？

如果源代码是我们写出来的故事，那么“值和变量”就是故事的角色，是源代码中的“主语”和“宾语”。

• [x] 在程序的世界里有哪些角色？

在程序的世界里出现的角色无非是各种数据，最基本的数据包括：

• 逻辑上的真和假，大名叫布尔值（boolean）；
• 各种数字，包括整数和小数（在计算机里叫浮点数 float）；
• 表示文本的字符和字符串（string）。

除了这些最基本的数据，还有几类“高级”一点的：

• 对象：是我们可以自由定义的数据类型，一个对象可以有各种各样的属性（attribute）和方法（method）；在这一部分的后面会专门介绍对象；
• 数据容器：可以容纳数据的数据，比如一列数字；我们会在第四部分专门学习数据容器；
• 函数：函数是完成特定工作的一段源代码，函数是程序本身的组成部分，但函数也是数据，我们会在第四部分专门学习函数。

• [x] 数据在程序里的存在有哪些形式？

数据在程序里的存在有两种形式，一种是“值（value）”，一种是“变量（variable）”。下面是一些值的例子：

42
3.14
'a'
'abracadabra'
True
False

• [x] "值" 有类型之分吗？

值是有类型的，Python 提供了一个函数叫做 type()，可以告诉我们某个值是什么类型，我们可以试一下：

在学习用书的 jupyter lab 中依次运行如下命令：

type(42)
type(3.14)
type('abracadabra')
type(False)

结果分别如下：

int
float
str
bool

上面的运行结果告诉我们：

• 42 类型是 int，这是 integer 的简写，即整数；
• 3.14 类型是 float，即浮点数，我们可以理解为就是小数；
• 'abracadabra' 类型是 str，这是 string 的简写，即字符串；
• False 类型是 bool，这是 boolean 的简写，即布尔值，布尔值在计算机中代表逻辑上的真和假，只有两个布尔值，True 和 False。

• [x] 数据之间可以进行运算吗？

一般来说，同样类型的数据之间是可以发生一些“运算”的，比如数字之间可以加减乘除，字符串之间可以串接起来，布尔值之间可以进行逻辑运算，而不同类型的数据之间就好像不同物种一样，没法交互。所以搞清楚数据的类型是很重要的事情。

• [x] 为什么要用 “变量”？什么是 “变量”？

有了值，我们就可以做计算，但是写不出真正的程序，为什么呢？因为程序写出来是希望能被很多人反复使用的——这些人叫做用户（user）——这样才比较划算，每次使用，用户输入一些数据，程序进行处理，然后给出用户想要的结果，尽管每次的输入可能是同一类型，但具体的值是多少在我们写程序时是不知道的，所以我们需要一种东西能够来代替值写在程序中，而在程序运行时这些东西才根据用户的输入变成实际的“值”，这些“东西”就是变量。

变量使得我们可以编写一个程序来处理一类值，而不管具体值是多少。我们学习代数的时候用 a + b = b + a 就表达了“加法交换律”这样高度抽象的普适规律，而不管 a 和 b 到底是多少，程序里的变量也一样，让我们能够进行“数据的抽象”，这个概念很重要，后面我们还会不断深化它。

• [x] 什么是 “赋值（assignment）？

所有编程语言都支持值和变量，也支持把特定的值赋予某个变量，这样的操作叫做“赋值（assignment）”。赋值之后变量就具有了相应的值，同时也具有了该值对应的类型，所以变量一经赋值就有了类型。

在学习用书的 jupyter lab 中运行如下命令：

a = 12
b = 30
f = 3.14
s = 'abracadabra'
l = [1, 2, 3]
t = True
f = False

type(a)
type(s)
type(t)
type(l)

结果分别如下：

int
str
bool
list

• [x] 最后的这个 l 是什么？

最后的这个 l 是新东西，叫做列表（list），是一种数据容器，我们以后会详细介绍。

• [x] 如何消灭一个不再使用的变量？

如果我们想消灭一个变量不再使用，可以用 del 命令：

在学习用书的 jupyter lab 中运行如下命令：

del b

这之后变量 b 就变成没有赋值的状态了，既没有值也没有类型，实际上无法使用——在哪儿用都会报错。

在学习用书的 jupyter lab 中运行如下命令：

type(b)

结果如下：

---------------------------------------------------------------------------
NameError                                 Traceback (most recent call last)
<ipython-input-12-6fac7a639ca6> in <module>
----> 1 type(b)

NameError: name 'b' is not defined

• [x] 能一次给多个变量赋值吗？

Python 还支持 “多重赋值”，就是一次给多个变量赋值，比如这样：

a, b = 12, 30

之后 a 的值就是 12，而 b 的值就是 30。

• [x] 赋值语句的右边只能是值吗？

赋值语句的右边不仅可以是值，也可以是变量，当一个变量写在赋值语句右边时，可以把它看做是“值的名字”，Python 解释器会把它替换成它的值（这个过程叫“求值”），比如：

g = f

先把 f 替换为它的值，也就是 False，上面的语句就变成了 g = False，这样变量 g 就得到 False 这个值，以及 bool 类型。

总结

• [x] 这一章讲了哪些东西？

• 值和变量是程序的基本组成，是程序里操作的对象，就像故事中的主角配角；
• 值具有类型，了解值的类型很重要；
• 变量是值的抽象，可以帮助我们处理用户输入的任何值；
• 赋值语句是值与变量、变量与变量之间的桥梁。

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2020-02-14 13:58:55 initialize