基本数据类型

所属模块：语法基础
难度等级：⭐️

📌 学习目标

• 掌握Python中四种基本数据类型：整数、浮点数、布尔值和字符串
• 理解每种数据类型的特点和使用场景
• 能够进行基本的数据类型转换
• 学会使用字符串的常用操作
• 避免数据类型使用中的常见错误

📘 核心内容

1. 整数（int）

整数是没有小数部分的数字，可以是正数、负数或零。Python中的整数没有大小限制（仅受限于可用内存）。

# 整数示例
positive_int = 42          # 正整数
negative_int = -7          # 负整数
zero = 0                   # 零
big_int = 123456789012345678901234567890  # 大整数

# 整数类型检查
print(type(positive_int))  # 输出: <class 'int'>

# 整数运算
a = 10
b = 3
print(a + b)  # 加法: 13
print(a - b)  # 减法: 7
print(a * b)  # 乘法: 30
print(a // b) # 整除: 3（向下取整）
print(a % b)  # 取余: 1
print(a **b) # 幂运算: 1000

💡提示：Python 3中，/运算符返回浮点数，//返回整数（向下取整）。对于负数整除，结果会向下取整到更小的负数，例如-10 // 3的结果是-4。

2. 浮点数（float）

浮点数是带有小数部分的数字，用于表示实数。

# 浮点数示例
positive_float = 3.14
negative_float = -0.001
scientific_notation = 2.5e3  # 科学计数法，等于2500.0
another_notation = 5e-2      # 等于0.05

# 浮点数类型检查
print(type(positive_float))  # 输出: <class 'float'>

# 浮点数运算
x = 2.5
y = 1.5
print(x + y)  # 4.0
print(x - y)  # 1.0
print(x * y)  # 3.75
print(x / y)  # 1.6666666666666667

浮点数的精度问题：

# 注意浮点数的精度限制
print(0.1 + 0.2)  # 输出: 0.30000000000000004，而不是0.3

# 处理精度问题的方法
print(round(0.1 + 0.2, 1))  # 四舍五入到1位小数，输出: 0.3

# 或使用decimal模块进行高精度计算
from decimal import Decimal
a = Decimal('0.1')
b = Decimal('0.2')
print(a + b)  # 输出: 0.3

💡提示：由于计算机表示浮点数的方式，会出现精度误差。在需要精确计算的场景（如金融领域），应使用decimal模块或整数运算（如以分为单位计算金额）。

3. 布尔值（bool）

布尔值用于表示真（True）或假（False），主要用于条件判断。

# 布尔值示例
is_true = True
is_false = False

# 布尔类型检查
print(type(is_true))  # 输出: <class 'bool'>

# 布尔值在条件判断中的应用
age = 18
is_adult = age >= 18
print(is_adult)  # 输出: True

if is_adult:
    print("已成年")  # 此语句会执行
else:
    print("未成年")

# 布尔运算
print(True and False)  # 与运算: False
print(True or False)   # 或运算: True
print(not True)        # 非运算: False

其他类型转换为布尔值的规则：

# 以下值转换为bool时为False
print(bool(0))        # False
print(bool(0.0))      # False
print(bool(""))       # False
print(bool(None))     # False

# 其他大多数值转换为bool时为True
print(bool(1))        # True
print(bool(-0.5))     # True
print(bool("hello"))  # True
print(bool([1, 2]))   # True

💡 提示：布尔值实际上是整数的子类，True等价于1，False等价于0。因此可以参与算术运算，但不推荐这样使用，会降低代码可读性。

4. 字符串（str）

字符串是由字符组成的序列，用于表示文本信息。在Python中，字符串可以用单引号'、双引号"或三引号'''/"""包裹。

# 字符串定义
single_quoted = 'Hello, World!'
double_quoted = "Python Programming"
multi_line = '''这是一个
多行字符串
使用三单引号'''
another_multi = """这也是一个
多行字符串
使用三双引号"""

# 字符串类型检查
print(type(single_quoted))  # 输出: <class 'str'>

# 包含引号的字符串
print('He said "Hello"')    # 单引号中包含双引号
print("It's a cat")         # 双引号中包含单引号
print('He said \'Hello\'')  # 使用转义字符

# 字符串连接与重复
first_name = "John"
last_name = "Doe"
full_name = first_name + " " + last_name  # 连接字符串
print(full_name)  # 输出: John Doe

stars = "*" * 10  # 重复字符串
print(stars)      # 输出: **********

字符串索引与切片：

s = "Python"
print(s[0])   # 第一个字符: 'P'
print(s[-1])  # 最后一个字符: 'n'
print(s[2:4]) # 切片: 'th'（从索引2到4，不包含4）
print(s[:3])  # 从开始到索引3: 'Pyt'
print(s[3:])  # 从索引3到结束: 'hon'

常用字符串方法：

text = "Hello, Python World!"

print(text.upper())      # 转换为大写: "HELLO, PYTHON WORLD!"
print(text.lower())      # 转换为小写: "hello, python world!"
print(text.strip())      # 去除首尾空白（本示例无空白）
print(text.split())      # 分割为列表: ['Hello,', 'Python', 'World!']
print(text.replace("Python", "Programming"))  # 替换: "Hello, Programming World!"
print("Python" in text)  # 检查包含: True
print(len(text))         # 长度: 20

格式化字符串：

name = "Alice"
age = 30

# f-string（Python 3.6+，推荐）
print(f"My name is {name} and I'm {age} years old.")

# format()方法
print("My name is {} and I'm {} years old.".format(name, age))

# 旧式格式化（不推荐）
print("My name is %s and I'm %d years old." % (name, age))

💡 提示：Python中的字符串是不可变的，所有字符串方法都返回新的字符串，不会修改原字符串。f-string是最简洁直观的字符串格式化方式，推荐优先使用。

5. 数据类型转换

Python提供了内置函数用于基本数据类型之间的转换：

# 转换为整数
print(int("123"))     # 123
print(int(3.9))       # 3（向下取整）
print(int(True))      # 1
print(int(False))     # 0

# 转换为浮点数
print(float("3.14"))  # 3.14
print(float(42))      # 42.0
print(float(True))    # 1.0

# 转换为布尔值
print(bool(0))        # False
print(bool(1))        # True
print(bool(""))       # False
print(bool("text"))   # True

# 转换为字符串
print(str(123))       # "123"
print(str(3.14))      # "3.14"
print(str(True))      # "True"

转换失败的情况：

# 以下转换会抛出ValueError
try:
    int("hello")  # 字符串不能转换为整数
except ValueError as e:
    print(e)      # 输出: invalid literal for int() with base 10: 'hello'

try:
    float("12.3.4")  # 无效的浮点数格式
except ValueError as e:
    print(e)         # 输出: could not convert string to float: '12.3.4'

💡 提示：进行类型转换时，应确保源数据可以被正确转换，必要时使用try-except块捕获转换错误，避免程序崩溃。

🔍 常见问题（FAQ）

Q：为什么0.1 + 0.2不等于0.3？
A：这是由于浮点数在计算机中的存储方式导致的精度问题。计算机使用二进制表示浮点数，有些十进制小数无法精确表示，导致微小的误差。可以使用round()函数或decimal模块处理这种情况。

Q：单引号和双引号在定义字符串时有什么区别？
A：在Python中，单引号和双引号没有功能上的区别，选择哪种主要取决于个人习惯和字符串内容。当字符串中包含一种引号时，使用另一种引号包裹可以避免转义。

Q：如何判断一个变量的数据类型？
A：可以使用type()函数查看变量类型，如type(42)返回<class 'int'>。也可以使用isinstance()函数检查是否为特定类型，如isinstance(42, int)返回True。

Q：字符串是值类型还是引用类型？
A：Python中的字符串是不可变的序列类型，属于值类型的范畴。当你修改字符串时，实际上是创建了一个新的字符串对象，而不是修改原对象。

Q：为什么"5" + 5会报错，而"5" * 5却可以正常工作？
A：Python不允许字符串和数字直接相加（会导致TypeError），但允许字符串与整数相乘，表示将字符串重复指定次数。这种设计是为了方便创建重复模式的字符串。

🏁 本节总结

• ✅ Python的四种基本数据类型：整数（int）、浮点数（float）、布尔值（bool）和字符串（str）
• ✅ 整数无大小限制，浮点数可能存在精度问题，布尔值表示真/假，字符串用于文本
• ✅ 字符串支持索引、切片和多种方法操作，且是不可变的
• ✅ 可以使用int()、float()、bool()和str()函数进行类型转换
• ✅ 理解并正确使用各种数据类型是编写Python程序的基础
• ✅ 注意处理浮点数精度问题和类型转换可能出现的错误