Python資料型別變數與字串操作

Python程式語言的基礎包含資料型別與變數。常見的數值型別有整數和浮點數，用於儲存不同精確度的數值。變數如同容器，用於儲存資料，並可透過指定運算元更改其值。字串則用於表示文字，並支援多種操作，例如連線和重複。理解這些基本概念是Python程式設計的第一步。

# This program says hello and asks for my name.
print('Hello world!')
print('What is your name?')
myName = input()
print('It is good to meet you, ' + myName)

資料型別與變數指定

在程式設計中，每個值都有其特定的資料型別。常見的資料型別包括整數（int）和浮點數（float）。整數是不帶小數點的數字，例如42，而浮點數則是帶有小數點的數字，例如7.5或42.0。

變數指定

程式設計中經常需要儲存運算結果以便後續使用，這可以透過變數來實作。變數就像一個帶有名稱的盒子，可以用來儲存值。在Python中，使用指定運算元（=）將值儲存到變數中。例如：

spam = 15

內容解密：

spam 是變數名稱，可以視為一個盒子的標籤。
= 是指定運算元，用於將右邊的值儲存到左邊的變數中。
15 是被儲存的值，是一個整數（int）。

當你按下Enter鍵後，不會看到任何回應，除非出現錯誤訊息。這表示指令已成功執行。

變數的操作

變數可以用來儲存單一值，而非運算式。例如：

spam = 10 + 5

內容解密：

首先，運算式 10 + 5 被評估為 15。
然後，值 15 被儲存到變數 spam 中。

你可以透過輸入變數名稱來檢視其目前的值：

>>> spam = 15
>>> spam
15

覆寫變數

變數的值可以被改變，只需輸入另一個指定陳述式即可。例如：

>>> spam = 15
>>> spam + 5
20
>>> spam = 3
>>> spam + 5
8

內容解密：

第一次執行 spam + 5 時，spam 的值是 15，所以結果是 20。
當執行 spam = 3 後，spam 的原值 15 被覆寫為 3。
第二次執行 spam + 5 時，結果是 8，因為 spam 現在的值是 3。

使用多個變數

程式可以根據需要使用多個變數。例如：

>>> fizz = 10
>>> eggs = 15
>>> spam = fizz + eggs
>>> spam
25

內容解密：

fizz 和 eggs 是兩個不同的變數，分別儲存了值 10 和 15。
spam = fizz + eggs 將 fizz 和 eggs 的值相加後儲存到 spam 中。
因此，spam 的值為 25。

變數命名

雖然電腦不介意變數的名稱，但良好的命名習慣可以使程式更容易理解。變數名稱應該反映其所儲存的資料型別或用途。Python中的變數名稱是區分大小寫的，也就是說，spam、SPAM、Spam和sPAM被視為四個不同的變數。

此圖示展示了Python中變數名稱的大小寫敏感性質。節點A代表變數名稱，箭頭表示區分大小寫的特性，導致不同的變數名稱（節點B），進而各自儲存獨立的值（節點C）。

字串與程式撰寫基礎

在前一章中，我們學習了Python的基本運算和變數使用。本章將探討字串的操作以及如何撰寫簡單的程式。

字串的基本概念

在Python中，字串是用來表示文字的一系列字元。字串值（或簡稱字串）可以儲存在變數中，就像整數和浮點數一樣。當我們輸入字串時，需要用單引號（’）標示字串的開始和結束。

>>> spam = 'hello'
>>> spam
'hello'

單引號不是字串的一部分，而是用來告訴Python這是一個字串。字串可以包含幾乎任何鍵盤字元，包括字母、數字和符號。

字串的連線與重複

可以使用 + 運算元將兩個字串連線成一個新的字串，這個過程稱為字串連線（string concatenation）。

>>> 'Hello' + 'World!'
'HelloWorld!'
>>> 'Hello ' + 'World!'
'Hello World!'

內容解密：

'Hello' + 'World!' 將兩個字串直接連線，因為沒有空格，結果是 'HelloWorld!'。
在 'Hello ' 後面加上一個空格，然後與 'World!' 連線，結果就是 'Hello World!'。
Python 根據資料型別決定 + 運算元的作用：對於字串是連線，對於整數是加法。

字串與整數的混合運算

嘗試將字串和整數一起使用 + 運算元會導致錯誤，因為Python不知道如何將整數隱式轉換為字串。

>>> 'Hello' + 42
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: Can't convert 'int' object to str implicitly
>>> 'Hello' + '42'
'Hello42'

內容解密：

'Hello' + 42 導致錯誤，因為不能直接將整數 42 與字串 'Hello' 連線。
'Hello' + '42' 是合法的，因為兩個都是字串，結果是 'Hello42'。
這個錯誤告訴我們，在混合使用不同資料型別時需要注意相容性。

使用IDLE撰寫原始碼

IDLE是一個Python開發環境，可以用來編寫和執行Python程式。透過IDLE，我們可以儲存和執行我們的程式碼。

列印與輸入函式

print() 函式用於在螢幕上顯示文字。
input() 函式允許使用者輸入文字。

>>> print('Hello World!')
Hello World!
>>> input('What is your name? ')
What is your name?

內容解密：

print('Hello World!') 直接在螢幕上顯示 'Hello World!'。
input('What is your name? ') 顯示提示訊息，並等待使用者輸入。
這些函式是互動式程式設計的基本工具。

程式的註解

註解是用來解釋程式碼的文字，不會被Python執行。註解以 # 符號開始，直到該行結束。

# 這是一個註解
print('Hello')  # 這也是註解

內容解密：

# 符號後面的文字都是註解，用於解釋程式碼。
註解幫助開發者理解程式碼的功能和邏輯。
良好的註解習慣使程式碼更易於維護。

在下一章中，我們將繼續探索更多的Python基礎知識，包括控制流程和函式，這些將使我們能夠編寫更複雜和強大的程式。透過不斷的練習和學習，我們將能夠建立出更具互動性和功能性的程式。

字串操作與程式撰寫基礎

字串複製：使用 `*` 運算元

在 Python 中，* 運算元不僅可以用於數字之間的乘法運算，也可以對字串和整數進行操作，實作字串的複製。這意味著你可以根據整數的值重複某個字串。舉例來說，在互動式命令列中輸入以下內容：

>>> 'Hello' * 3
'HelloHelloHello'
>>> spam = 'Abcdef'
>>> spam = spam * 3
>>> spam
'AbcdefAbcdefAbcdef'
>>> spam = spam * 2
>>> spam
'AbcdefAbcdefAbcdefAbcdefAbcdefAbcdef'

內容解密：

'Hello' * 3 將字串 'Hello' 重複三次，得到 'HelloHelloHello'。
spam = 'Abcdef' 將字串 'Abcdef' 指定給變數 spam。
spam = spam * 3 將 spam 的值重複三次並重新指定給 spam，得到 'AbcdefAbcdefAbcdef'。
spam = spam * 2 將新的 spam 值再次重複兩次，得到最終結果 'AbcdefAbcdefAbcdefAbcdefAbcdefAbcdef'。

這裡需要注意的是，* 運算元可以作用於整數和字串，但不能作用於兩個字串，否則會引發錯誤。

使用 `print()` 函式輸出值

Python 中的 print() 函式用於將值輸出到螢幕上。呼叫 print() 函式時，可以傳遞一個或多個引數給它。例如：

>>> print('Hello!')
Hello!
>>> print(42)
42

內容解密：

print('Hello!') 將字串 'Hello!' 輸出到螢幕。
print(42) 將整數 42 輸出到螢幕。

你也可以傳遞一個運算式給 print() 函式，例如：

>>> spam = 'Al'
>>> print('Hello, ' + spam)
Hello, Al

內容解密：

'Hello, ' + spam 首先計算運算式，將 'Hello, ' 和 spam 的值（即 'Al'）連線起來，得到 'Hello, Al'。
print() 函式輸出最終的字串結果。

跳脫字元

在某些情況下，你可能需要在字串中使用一些特殊的字元，例如單引號。為瞭解決這個問題，Python 提供了跳脫字元。跳脫字元由反斜線 \ 和另一個字元組成，例如 \t、\" 或 \'。例如：

>>> print('Al\'s cat is named Zophie.')
Al's cat is named Zophie.

內容解密：

在字串中使用單引號時，為避免與起始引號混淆，使用跳脫字元 \' 表示單引號本身。
反斜線 \ 用於指示後面的字元具有特殊含義。

常見的跳脫字元包括：

\\：反斜線本身
\'：單引號
\"：雙引號
\n：換行符號
\t：水平定位符號（相當於按 Tab 鍵）

索引：取得字串中的單一字元

在 Python 中，可以使用索引來取得字串中的某個特定字元。索引是透過在字串後面加上方括號 []，並在括號內填入索引值來實作的。索引值從 0 開始，表示第一個字元。例如：

>>> spam = 'Hello'
>>> spam[0]
'H'
>>> spam[1]
'e'

內容解密：

spam[0] 表示取得 spam 字串的第一個字元，即 'H'。
spam[1] 表示取得第二個字元，即 'e'。

這種索引機制使得我們能夠精確地控制和操作字串中的每個字元。

字串的參照與雙引號使用規範

在 Python 中，字串可以用單引號或雙引號表示。兩種方式在本質上是相同的，但在使用時需要注意匹配。例如：

>>> print('Hello world')
Hello world
>>> print("Hello world")
Hello world

但不能混合使用不同型別的引號：

>>> print('Hello world")
SyntaxError: EOL while scanning single-quoted string

內容解密：

在使用單引號或雙引號時，應保持起始和結束引號的一致性。
為了避免跳脫字元的使用，可以根據需要選擇合適的引號型別。例如，在單引號內可以直接使用雙引號，而無需轉義。

字串與程式編寫

在 Python 中，字串是一種基本且重要的資料型態。字串可以用來表示文字訊息，並且可以進行各種操作，如索引、切片等。

索引

索引是一種用來存取字串中特定字元的方法。在 Python 中，索引從 0 開始，也就是說第一個字元的索引是 0，第二個字元的索引是 1，以此類別推。

索引範例

>>> spam = 'Hello'
>>> spam[0]
'H'
>>> spam[1]
'e'
>>> spam[2]
'l'

負索引

負索引則是從字串的末尾開始計算，第一個字元的索引是 -1，第二個字元的索引是 -2，以此類別推。

>>> 'Hello'[-1]
'o'
>>> 'Hello'[-2]
'l'
>>> 'Hello'[-3]
'l'

索引錯誤

如果嘗試存取超出字串範圍的索引，Python 會丟擲 IndexError 例外。

>>> 'Hello'[10]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: string index out of range

切片

切片是一種用來取得字串中一部分的方法。切片使用兩個索引，中間以冒號隔開，表示要取得的字串範圍。

切片範例

>>> 'Howdy'[0:3]
'How'
>>> 'Hello world!'[0:5]
'Hello'
>>> 'Hello world!'[6:12]
'world!'

省略索引

如果省略第一個索引，Python 會預設為 0。如果省略第二個索引，Python 會預設為字串的末尾。

>>> 'Howdy'[:3]
'How'
>>> 'Howdy'[2:]
'wdy'

切片應用

切片可以用來取得字串中的特定部分，例如取得檔案副檔名。

>>> myName = 'Zophie the Fat Cat'
>>> myName[-7:]
'Fat Cat'
>>> myName[:10]
'Zophie the'

使用 IDLE 編寫程式

IDLE 是 Python 的整合開發環境（IDE），提供了互動式 Shell 和檔案編輯器。我們可以使用 IDLE 編寫和執行 Python 程式。

建立新檔案

在 IDLE 中，可以透過點選 File > New Window 建立新的檔案編輯器視窗。

輸入程式碼

在檔案編輯器視窗中，可以輸入 Python 程式碼。例如，以下是一個簡單的 Hello World 程式：

# This program says hello and asks for my name.
print('Hello world!')
print('What is your name?')
myName = input()
print('It is good to meet you, ' + myName)

儲存程式

輸入完程式碼後，可以透過點選 File > Save As 儲存程式。建議定期儲存程式，以避免程式碼遺失。

儲存範例

儲存檔案時，可以選擇適當的檔案名稱和位置。例如，將上述程式儲存為 hello.py。

執行程式

儲存程式後，可以透過點選 Run > Run Module 或按下 F5 鍵執行程式。程式將在互動式 Shell 中執行，並輸出結果。

使用Python撰寫第一個程式：Hello World

撰寫程式的第一步是瞭解如何執行簡單的指令，而「Hello World」是最經典的入門程式。本章將介紹如何使用Python建立並執行第一個程式，同時解析程式碼的工作原理。

執行你的程式

完成程式碼的撰寫後，點選「Run」選單中的「Run Module」或直接按下F5鍵來執行程式。程式將在IDLE的Shell視窗中執行。當程式要求輸入名字時，請依照指示輸入，如圖4-5所示。

圖4-5：執行「Hello World」程式時的互動式Shell畫面

輸入名字後按下Enter鍵，程式將會以名字稱呼使用者。恭喜你！你已經成功撰寫並執行了第一個程式，正式邁入程式設計的世界。

常見錯誤排除

如果執行時出現類別似以下的錯誤訊息：

Traceback (most recent call last):
  File "C:/Python27/hello.py", line 4, in <module>
    myName = input()
  File "<string>", line 1, in <module>
NameError: name 'Albert' is not defined

這表示你正在使用Python 2而非Python 3。為避免此問題，請至http://python.org/getit下載並安裝Python 3。

開啟已儲存的程式

關閉檔案編輯器後，可以透過「File」選單中的「Open」來重新載入已儲存的程式。選擇hello.py並按下「Open」按鈕，程式將再次出現在檔案編輯器視窗中。

「Hello World」程式解析

每行程式碼都是一條指令，告訴Python該做什麼。程式就像食譜一樣，按照順序一步步執行。

註解（Comments）

# This program says hello and asks for my name.

此行是註解，用於提醒程式設計師程式的功能。註解以#符號開頭，電腦會忽略這些內容。

函式（Functions）

函式是程式中的小型子程式，用於執行特定任務。Python內建多個函式，例如print()函式用於在螢幕上顯示文字。

print('Hello world!')
print('What is your name?')

上述兩行呼叫了print()函式，分別顯示「Hello world!」和「What is your name?」。

`input()`函式

myName = input()

此行使用input()函式等待使用者輸入文字並按下Enter鍵。輸入的文字將儲存於變數myName中。

函式呼叫與回傳值

函式呼叫會回傳一個值。在myName = input()中，input()函式的回傳值（使用者輸入的文字）被賦予變數myName。

重點整理

註解：用於解釋程式碼，不被電腦執行。
函式：用於執行特定任務，例如print()和input()。
函式呼叫：用於執行函式內的程式碼，並可回傳特定值。

藉由理解「Hello World」程式的工作原理，我們能夠更深入地掌握Python程式設計的基礎概念。接下來，我們將進一步探索更多Python的進階功能與應用。

Plantuml 圖表說明

@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam componentStyle rectangle

title Python資料型別變數與字串操作

package "Python 應用架構" {
    package "應用層" {
        component [主程式] as main
        component [模組/套件] as modules
        component [設定檔] as config
    }

    package "框架層" {
        component [Web 框架] as web
        component [ORM] as orm
        component [非同步處理] as async
    }

    package "資料層" {
        database [資料庫] as db
        component [快取] as cache
        component [檔案系統] as fs
    }
}

main --> modules : 匯入模組
main --> config : 載入設定
modules --> web : HTTP 處理
web --> orm : 資料操作
orm --> db : 持久化
web --> cache : 快取查詢
web --> async : 背景任務
async --> fs : 檔案處理

note right of web
  Flask / FastAPI / Django
end note

@enduml

此圖示展示了「Hello World」程式的執行流程，從開始到結束的每一步驟都清晰地標示出來。

玄貓 BlackCat

技術愛好者，專注於分享程式開發、雲端技術與 AI 應用的心得體會。

Python資料型別變數與字串操作

資料型別與變數指定

變數指定

內容解密：

變數的操作

內容解密：

覆寫變數

內容解密：

使用多個變數

內容解密：

變數命名

字串與程式撰寫基礎

字串的基本概念

字串的連線與重複

內容解密：

字串與整數的混合運算

內容解密：

使用IDLE撰寫原始碼

列印與輸入函式

內容解密：

程式的註解

內容解密：

字串操作與程式撰寫基礎

字串複製：使用 * 運算元

內容解密：

使用 print() 函式輸出值

內容解密：

內容解密：

跳脫字元

內容解密：

索引：取得字串中的單一字元

內容解密：

字串的參照與雙引號使用規範

內容解密：

字串與程式編寫

索引

索引範例

負索引

索引錯誤

切片

切片範例

省略索引

切片應用

使用 IDLE 編寫程式

建立新檔案

輸入程式碼

儲存程式

儲存範例

執行程式

使用Python撰寫第一個程式：Hello World

執行你的程式

圖4-5：執行「Hello World」程式時的互動式Shell畫面

常見錯誤排除

開啟已儲存的程式

「Hello World」程式解析

註解（Comments）

函式（Functions）

input()函式

函式呼叫與回傳值

重點整理

Plantuml 圖表說明

玄貓 BlackCat

字串複製：使用 `*` 運算元

使用 `print()` 函式輸出值

`input()`函式