python中一些问题的深入剖析(长期更)

1、变量在计算机内存中的表示:

        当我们在写,  a = 'ABC' 的时候,python解释器做了两件事情:

                a、在内存当中创建一个'ABC'的字符串。

                b、在内存中创建一个名为a的变量,并且将它指向'ABC'。这里的变量a就像一个指针一样。


2、在Python中,除法为什么是精确的???

        先说一下除法的两个分类:

                1、/,它的计算结果是浮点数,即使两个整数恰好整除,结果也是浮点数:

>>> 10 / 3

3.3333333333333335

>>> 9 / 3

3.0

               2、//,称为地板除,两个整数的除法仍然是整数,即使除不尽。

>>> 10 // 3

3

余数运算,可以得到两个整数相除的余数:

>>> 10 % 3

1

无论整数做//除法还是取余数,结果永远是整数,所以,整数运算结果永远是精确的。


3、 Python的整数没有大小限制。

       Python的浮点数也没有大小限制,但是超出一定范围就直接表示为inf(无限大)。


4、字符编码和python中的字符编码:

字符编码:

       计算机只能处理数字,如果要处理文本,就必须先把文本转换为数字才能处理。最早的计算机在设计时采用8个比特(bit)作为一个字节(byte),所以,一个字节能表示的最大的整数就是255(二进制11111111=十进制255),如果要表示更大的整数,就必须用更多的字节。比如两个字节可以表示的最大整数是65535(2的16次方减一),4个字节可以表示的最大整数是4294967295。

        由于计算机是美国人发明的,因此,最早只有127个字符被编码到计算机里,也就是大小写英文字母、数字和一些符号,这个编码表被称为ASCII编码,比如大写字母A的编码是65,小写字母z的编码是122。但是要处理中文显然一个字节是不够的,至少需要两个字节,而且还不能和ASCII编码冲突,所以,中国制定了GB2312编码,用来把中文编进去。 全世界有上百种语言,日本把日文编到Shift_JIS里,韩国把韩文编到Euc-kr里,各国有各国的标准,就会不可避免地出现冲突,结果就是,在多语言混合的文本中,显示出来会有乱码。

       Unicode应运而生。Unicode把所有语言都统一到一套编码里,这样就不会再有乱码问题了。Unicode标准也在不断发展,但最常用的是用两个字节表示一个字符(如果要用到非常偏僻的字符,就需要4个字节)。现代操作系统和大多数编程语言都直接支持Unicode。 

        这边总结一下,ASCII编码和unicode编码的区别:ASCII编码是1个字节,而Unicode编码通常是2个字节。汉字中已经超出了ASCII编码的范围,用Unicode编码是十进制的20013,二进制的01001110 00101101。你可以猜测,如果把ASCII编码的A用Unicode编码,只需要在前面补0就可以,因此,A的Unicode编码是00000000 01000001。如果统一使用unicode编码的话,乱码的问题解决了,可新的问题就又出现了---------当你写的文本全部都是英文的话,使用unicode存储比使用ASCII编码多占据一倍的空间!这样来看,传输上又是十分的不划算。

        本着节约精神,坚韧不拔的计算机编码专家又创造出了UTF-8这种编码格式,它的出现又能改变些什么呢?这就不得不说一说这种编码格式与以往编码格式的不同了,UTF-8编码把一个Unicode字符根据不同的数字大小编码成1-6个字节,常用的英文字母被编码成1个字节,汉字通常是3个字节,只有很生僻的字符才会被编码成4-6个字节。如果你要传输的文本包含大量英文字符,用UTF-8编码就能节省空间:

        从上边的表格可以看出,utf-8包括了ASCII编码,就是ASCII编码实际上可以被看成是UTF-8编码的一部分,所以,大量只支持ASCII编码的历史遗留软件可以在UTF-8编码下继续工作。这个时候我们就可以总结一下计算机通用的编码工作方式:

        在计算机内存中,统一使用Unicode编码,当需要保存到硬盘或者需要传输的时候,就转换为UTF-8编码。用记事本编辑的时候,从文件读取的UTF-8字符被转换为Unicode字符到内存里,编辑完成后,保存的时候再把Unicode转换为UTF-8保存到文件:

浏览网页的时候,服务器会把动态生成的Unicode内容转换为UTF-8再传输到浏览器:

        所以你看到很多网页的源码上会有类似<meta charset="UTF-8" />的信息,表示该网页正是用的UTF-8编码。

python中的编码:

python3中的字符串是Unicode编码的,也就是说,Python的字符串支持多语言,如:

>>> print('包含中文的str')

包含中文的str

对于单个字符的编码,Python提供了ord()函数获取字符的整数表示,chr()函数把编码转换为对应的字符:

>>> ord('A')

65

>>> ord('中')

20013

>>> chr(66)

'B'

>>> chr(25991)

'文'

如果知道字符的整数编码,还可以用十六进制这么写str:

>>> '\u4e2d\u6587'

'中文'

        两种写法完全是等价的。Python的字符串类型是str,在内存中以Unicode表示,一个字符对应若干个字节。如果要在网络上传输,或者保存到磁盘上,就需要把str变为以字节为单位的bytes。

Python对bytes类型的数据用带b前缀的单引号或双引号表示:

x = b'ABC'

        'ABC'和b'ABC',前后的内容一样,但是前者是str,后者的bytes的每个字符都只占用一个字节。以Unicode表示的str通过encode()方法可以编码为指定的bytes,如:

>>> 'ABC'.encode('ascii')

b'ABC'

>>> '中文'.encode('utf-8')

b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'

>>> '中文'.encode('ascii')

Traceback (most recent call last):

  File "<stdin>", line 1, in <module>

UnicodeEncodeError: 'ascii' codec can't encode characters in position 0-1: ordinal not in range(128)

        纯英文的str可以用ASCII编码为bytes,内容是一样的,含有中文的str可以用UTF-8编码为bytes。含有中文的str无法用ASCII编码,因为中文编码的范围超过了ASCII编码的范围,Python会报错。在bytes中,无法显示为ASCII字符的字节,用\x##显示。 如果我们从网络或磁盘上读取了字节流,那么读到的数据就是bytes。要把bytes变为str,就需要用decode()方法:

>>> b'ABC'.decode('ascii')

'ABC'

>>> b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87'.decode('utf-8')

'中文'

 如果bytes中包含无法解码的字节,decode()方法会报错:

>>> b'\xe4\xb8\xad\xff'.decode('utf-8')

Traceback (most recent call last):

  ...

UnicodeDecodeError: 'utf-8' codec can't decode byte 0xff in position 3: invalid start byte

如果bytes中只有一小部分无效的字节,可以传入errors='ignore'忽略错误的字节:

>>> b'\xe4\xb8\xad\xff'.decode('utf-8', errors='ignore')

'中'

要计算str包含多少个字符,可以用len()函数:

>>> len('ABC')

3

>>> len('中文')

2

len()函数计算的是str的字符数,如果换成bytes,len()函数就计算字节数:

>>> len(b'ABC')

3

>>> len(b'\xe4\xb8\xad\xe6\x96\x87')

6

>>> len('中文'.encode('utf-8'))

6

        可见,1个中文字符经过UTF-8编码后通常会占用3个字节,而1个英文字符只占用1个字节。在操作字符串时,我们经常遇到str和bytes的互相转换。为了避免乱码问题,应当始终坚持使用UTF-8编码对str和bytes进行转换。             由于Python源代码也是一个文本文件,所以,当你的源代码中包含中文的时候,在保存源代码时,就需要务必指定保存为UTF-8编码。当Python解释器读取源代码时,为了让它按UTF-8编码读取,我们通常在文件开头写上这两行:

#!/usr/bin/env python3        为了告诉Linux/OS X系统,这是一个Python可执行程序,Windows系统会忽略这个注释;

# -*- coding: utf-8 -*-       为了告诉Python解释器,按照UTF-8编码读取源代码,否则,你在源代码中写的中文输出可能会有乱码。

申明了UTF-8编码并不意味着你的.py文件就是UTF-8编码的,必须并且要确保文本编辑器正在使用UTF-8 without BOM编码:

如果.py文件本身使用UTF-8编码,并且也申明了# -*- coding: utf-8 -*-,打开命令提示符测试就可以正常显示中文:

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