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第 2 章 記住記憶體和變數
什麼是程式？嘿，等等，我想我們在第 1 章已經回答過這個問題！我們說過，程式就是下達給電腦的一系列指令。
對，確實是這樣。不過，幾乎所有真正有用或者有意思的程式都還有一些別的特徵：
·
都有輸入（input）；
·
都會處理（process）輸入；
· 都會產生輸出（output）。
2.1 輸入、處理和輸出
你的第一個程式（代碼清單 1-1）並沒有任何輸入或處理。也正是因為這個原因，那個程式沒有太大意思。它的輸出就是程式在螢幕上列印的消息。
你的第二個程式猜數遊戲（代碼清單 1-2）就具備以下這三個基本要素。
· 輸入：玩家鍵入的數，也就是他猜的數。
· 處理：程式檢查玩家猜的數，並統計已經猜過幾次。
· 輸出：程式最後列印的消息。
下面再看一個例子，這個程式也具備所有這三個基本要素：在一個視頻遊戲中，輸入是來自操縱杆或遊戲控制器的信號，處理是程式確定你是否擊中外星人、避開火球、順利過關或者做其他活動，輸出是螢幕上顯示的圖形和揚聲器或耳機傳出的聲音。
輸入、處理和輸出。一定要把這些記住。
那好，這麼說電腦需要輸入。不過它會怎麼處理這些輸入呢？為了處理輸入，電腦必須記住它們，或者把它們保存在某個地方。電腦會把這些內容（包括輸入以及程式本身）保存在它的記憶體中。
到底怎麼回事？
你可能聽說過電腦記憶體，不過這到底是什麼意思呢？
我們說過，電腦只是一大堆開關。不錯，記憶體就像是放在同一個位置上的一組開關。一旦以某種方式設置了這些開關，它們就會一直保持那種狀態，直到你做出改變。也就是說，它們會記住你原先的設置……
哇，記憶體！
你可以寫記憶體（設置開關），或者讀記憶體（查看開關如何設置，不過不做任何改變）。
但是我們怎麼告訴 Python 要把一個東西放在記憶體中的某個位置呢？另外，放在那裡之後，又怎麼再把它找回來呢？
在 Python 中，如果希望程式記住某個東西，以便你以後使用，所要做的就是給這個“東西”起一個名字。Python 會在電腦的記憶體中為這個“東西”留出位置，可能是數位、文本、圖片或者音樂。下次想要引用這個東西時，只需要使用同一個名字。
下面還是在交互模式中使用 Python，對名字多做一些研究吧。
2.2 名字
再回到 Python Shell 窗口。（如果完成第 1 章中的例子後關閉了 IDLE，現在要再打開它。）在提示符後面鍵入：
>>>
Teacher = "Mr. Morton"
>>>
print Teacher
（記住，>>> 是 Python 顯示的提示符。你只需要鍵入它後面的內容，然後按回車。）你會看到下面的結果：
Mr.
Morton
>>>
你剛才創建了一個由字母 "Mr. Morton" 組成的東西，並且給它起了一個名字 Teacher。
這裡的等號（=）告訴 Python 要賦值（assign）或者“讓……等於……”。這裡把字母序列 "Mr.Morton" 賦值給名字 Teacher。
在電腦記憶體中的某個位置，字母序列 "Mr.Morton" 已經存在。你不需要準確地知道它們到底在哪裡。只需要告訴 Python 這個字母序列的名字是 Teacher，從現在開始就要通過這個名字來引用這個字母序列。名字就像標籤或者不乾膠便條，你可以用它來標識一些東西。
在一個東西兩邊加上引號時，Python 會按字面來處理它。它會把引號裡的內容原樣列印出來。如果沒有加引號，Python 就必須明確這個東西到底是什麼。這可能是數字（如 5）、運算式（比如 5 + 3）或者名字（如 Teacher）。由於我們創建了名字 Teacher，所以 Python 會列印這個名字裡的內容，這正是字母序列 "Mr. Morton"。
這就像有人在說，“請寫下你的地址”，你肯定不會這樣寫（如下圖）：
（不過，也許卡特會這麼幹，因為他總是喜歡調皮搗蛋……）
你可能會這樣寫：
如果寫成“你的地址”，就是在按字面看這句話。除非加上引號，否則 Python 不會按字面來處理。下面來看另一個例子：
>>>
print "53 + 28"
53 +
28
>>>
print 53 + 28
81
有引號時，Python 會直接照你所說顯示輸出：53 + 28。
沒有引號時，Python 把 53 + 28 處理為一個算術運算式，它會計算這個運算式。在這裡，這是一個兩數相加的運算式，所以 Python 會給出它們的和。
術語箱
算術運算式（arithmetic expression）是數位和符號的一個組合，Python 可以算出它的值。
計算（evaluate）就表示“算出……的值”。
Python 要確定需要多少記憶體來存儲這些字母，以及要使用哪一部分記憶體。要獲取資訊（取回資訊），只需要再使用同樣的名字。我們使用 print 關鍵字並提供名字，這會在螢幕上顯示具體的內容（如數位元或文本）。
像程式師一樣思考
把一個值賦給一個名字時（如把值“Mr. Morton”賦給 Teacher），它會存儲在記憶體中，稱為變數（variable）。在大多數程式設計語言中，都把這稱為“把值存儲（store）在變數中”。
不過 Python 與大多數其他電腦語言的做法稍有不同。它並不是把值存儲在變數中，而更像是把名字放在值上。
有些 Python 程式師說，Python 沒有“變數”，而是只有“名字”。不過其實它們的行為基本上是一樣的。這是一本關於程式設計的書（只不過剛好使用了 Python），而不是專門討論 Python 的。所以談到 Python 名時，我們可能會交替使用變數（variable）、名字（name）或變數名（variable name）等不同的術語。實際上，只要你理解變數有什麼表現以及在程式中如何使用變數，怎麼稱呼並不重要。
順便說一句，Guido van Rossum（也就是創建 Python 的那個人）在他的 Python 教程中曾經這樣講：“‘=’符號用來將一個值賦給一個變數。”所以我猜他認為 Python 是有變數的！
一種簡潔的存儲方法
在 Python 中使用名字就像是乾洗店給衣服加標籤。你的衣服掛在晾衣架上，上面附著寫有你的名字的標籤，這些衣服都掛在一個巨大的旋轉吊架上。你回來取衣服時，並不需要知道它們存放在這個大型吊架的具體哪個位置。只需要提供你的名字，乾洗店的人就會把衣服交還給你。實際上，你的衣服可能並不在原先所放的位置。不過乾洗店的人會為你記錄衣服的位置。要取回你的衣服，只需要提供你的名字。
變數也一樣。你不需要準確地知道資訊存儲在記憶體中的哪個位置。只需要記住存儲變數時所用的名字，再使用這個名字就可以了。
除了字母，還可以為其他內容創建變數。可以給數值指定名字。你應該還記得前面的例子：
>>>
5 + 3
8
下面用變數來完成這個例子：
>>>
First = 5
>>>
Second = 3
>>>
print First + Second
8
在這裡，我們創建了兩個名字 First 和 Second。數位 5 賦給 First，數字 3 賦給 Second。然後用 print 把這兩個數的和列印出來。下面是完成這個例子的另一種做法。你可以試試看：
>>>
Third = First + Second
>>>
Third
8
注意這裡的做法。在交互模式中，只需鍵入變數名就可以顯示這個變數的值，而不必使用 print。（不過程式中可不行。）
在這個例子中，並沒有在 print 指令中求和，而是先取 First 的值和 Second 的值，將二者相加，創建一個新的值，名為 Third。Third 是 First 和 Second 的和。
同一個東西可以有多個名字，可以在交互模式中試試這個指令：
>>>
MyTeacher = "Mrs. Goodyear"
>>>
YourTeacher = MyTeacher
>>>
MyTeacher
"Mrs.
Goodyear"
>>>
YourTeacher
"Mrs.
Goodyear"
這就像在同一個東西上貼兩個標籤。一個標籤寫著 YourTeacher，另一個標籤寫著 MyTeacher，不過它們都貼在 "Mrs. Goodyear" 上。
卡特，這個問題問得好。答案是：不會。實際上，修改這個名字會創建一個新的值 "Mrs.Tysick"。標籤 MyTeacher 會從 "Mrs.Goodyear" 上撕掉，貼到 "Mrs. Tysick" 上。你仍然有兩個不同的名字（兩個標籤），不過，現在它們分別貼在兩個不同的東西上，而不再貼在同一個東西上了。
2.3 名字裡是什麼
可以給變數取你喜歡的任何名字（嚴格地說，應該是幾乎任何名字）。名字長短由你來定，裡面可以有字母和數位，還可以有底線（_）。
不過對於變數名還有幾條規則。最重要的一點是名字是區分大小寫的，即大寫和小寫是不同的。所以 teacher 和 TEACHER 是兩個完全不同的名字。同樣，first 和 First 也不相同。
另一條規則是變數名必須以字母或底線開頭。不能以數字開頭，所以 4fun 不能作為變數名。
還有一條規則，變數名中不能包含空格。
如果你想知道 Python 中有關變數名的所有規則，可以查看本書後面的附錄 A。
從前的美好時光
在一些較早的程式設計語言中，變數名的長度只能是一個字，而且有些電腦只有大寫字母，這說明變數名只有 26 種選：A ～ Z ！如果程式中需要的變數超過 26 個，那就難辦了！
2.4 數位和字串
目前為止，我們已經為字母（文本）和數位創建了變數。不過，在前面的加法例子中，Python 怎麼知道我們指的是數字 5 和 3，而不是字元“5”和“3”呢？就像前面這句話一樣，正是引號帶來了差別。
字元或字元序列（字母、數位或標點符號）稱為一個字串（string）。要告訴 Python 你在創建一個字串，就要在字元兩邊加上引號。至於使用單引號還是雙引號，Python 並不太挑剔。單引號和雙引號都是可以的：
不過，字串的開頭和結尾必須使用同種類型的引號（要麼都是雙引號，要麼都是單引號）。
如果鍵入一個數字而沒有加引號，Python 就會知道這表示數值，而不是字元。可以試試看二者的區別：
>>>
first = 5
>>>
second = 3
>>>
first + second
8
>>>
first = '5'
>>>
second = '3'
>>>
first + second
'53'
沒有引號時，5 和 3 都處理為數字，所以我們會得到二者的和。有引號時，'5' 和 '3' 處理為字串，所以會得到兩個字元“相加”的結果，也就是 '53'。還可以把由字母構成的字串“加”在一起，第 1 章中已經見過這樣的例子：
>>>
print "cat" + "dog"
catdog
要注意，像這樣將兩個字串相加時，它們之間沒有空格。兩個字串會緊緊地拼接在一起。
注意！這個詞有意思！
拼接
談到字串時我們說把它們“相加”（剛才就這麼說過），不過這並不完全正確。把字元或字串放在一起構成更長的字串時，有一個特殊的稱呼。並不是“相加”（相加只適用於數字），而是稱為拼接（concatenation）。
我們會說拼接兩個字串。
長字串
如果希望得到一個跨多行的字串，必須使用一種特殊的字串，稱為三重引號字串（triple-quoted
string），就像下面這樣：
long_string
= """Sing a song of sixpence, a pocket full of rye,
Four
and twenty blackbirds baked in a pie.
When
the pie was opened the birds began to sing.
Wasn't
that a dainty dish to set before the king?"""
這種字串以 3 個引號開頭和結尾。所用的引號可以是雙引號也可以是單引號，所以也可以寫成下面的形式：
long_string
= '''Sing a song of sixpence, a pocket full of rye,
Four
and twenty blackbirds baked in a pie.
When
the pie was opened the birds began to sing.
Wasn't
that a dainty dish to set before the king?'''
如果希望多行文本顯示在一起，而且你不希望每一行都使用一個單獨的字串， 在這種情況下，三重引號字串就非常有用。
2.5 它們有多“可變”
變數之所以叫做“變數”是有原因的，就是因為它們是……怎麼說呢……是可變的！這是指你可以改變賦給它們的值。在 Python 中，這就要創建一個與原先不同的新東西，並把舊標籤（名字）貼到這個新東西上。上一節中我們就採用這種方式改變了 MyTeacher。我們將標籤 MyTeacher 從 "Mrs.
Goodyear" 上取下來，把它貼到一個新東西 "Mrs.
Tysick" 上。這樣就為 MyTeacher 賦了一個新值。
下面再來試一個例子。還記得之前創建的變數 Teacher 嗎？嗯，如果你還沒有關閉 IDLE，這個變數就還在。可以檢查看看：
>>>
Teacher
'Mr.
Morton'
沒錯，確實還在。不過現在可以把它改成其他內容：
>>>
Teacher = 'Mr. Smith'
>>>
Teacher
'Mr.
Smith'
我們創建了一個新東西 "Mr. Smith"，並把它命名為 Teacher。我們的標籤從原來的值上取下來，貼到了這個新東西上。不過原來的 "Mr.
Morton" 怎麼樣了呢？
應該記得，一個東西可以有多個名字（上面可以貼多個標籤）。如果 "Mr.
Morton" 上還有另一個標籤，那麼它還在電腦的記憶體裡。不過，如果它上面再沒有任何標籤了，標籤被移走 Python 就會發現再沒有人需要它了，所以會把它從記憶體中刪除。
這樣一來，記憶體中就不會塞滿那些沒人用的東西。Python 會自動完成所有這些清理工作，根本不用你操心。
還有一點很重要，這裡並沒有真的把 "Mr.
Morton" 改成 "Mr.
Smith"。我們只是把標籤從一個東西移到另一個東西上（重新指派名字）。Python 中有些東西（如數位和字串）是不能改變的。你可以把它們的名字重新指派到其他東西上（就像我們剛才所做的一樣），但是並不能對原先的東西做任何改變。
Python 中還有一些東西是可以改變的。第 12 章介紹列表（list）時我們會更多地討論這方面的內容。
還可以創建一個等於自己的變數：
>>>
Score = 7
>>>
Score = Score
我敢打賭，你肯定在想：“什麼嘛，這一點兒用都沒有！”你的想法沒錯。這實際上就是在說“我是我”。不過，稍稍做點改變，你就能成為一個全新的你！試試看：
這裡發生了什麼？在第一行中，Score 標籤本來貼在值 7 上。我們創建了一個新東西：Score + 1，也就是 7 + 1。這個新東西是 8。然後把 Score 標籤從原來的東西（7）上取下來，貼到這個新東西（8）上。所以 Score 從 7 重新指派到 8。
要讓變數等於某個東西，這個變數總會出現在等號（=）左邊。巧妙的是，變數也可以出現在等號右邊。這很有用，在很多程式中都會看到。最常見的用法是讓變數自增（increment），也就是讓它增加某個量（就像前面所做的），或者與之相反，也可以讓變數自減（decrement），讓它減少某個量。
· 開始時 Score = 7。
·
讓它增加 1（得到 8），創建一個新東西。
·
把名字 Score 賦給這個新東西。
這樣一來，Score 就從 7 變成了 8。
關於變數，有幾個重要的問題必須記住。
·
程式可以在任何時間對變數重新賦值（把標籤貼在新東西上）。這一點很重要，必須記住，因為程式設計中最常見的 bug 就是改變了不該改變的變數，或者儘管改變的變數無誤，但是時機不合適。
要避免這種情況，有效的方法是使用容易記的變數名。我們可能用過下面這 兩個變數名：
t =
'Mr. Morton'
或
x1796vc47blahblah
= 'Mr. Morton'
不過這樣在程式中會很難記住。如果使用這些變數名，出錯的可能性會更大。應該儘量使用能夠說明用途的名字，可以告訴你變數要用來做什麼。
·
變數名區分大小寫。這說明大寫和小寫是不同的。所以 teacher 和 Teacher 是兩個完全不同的名字。
記住，如果想瞭解 Python 的所有變數命名規則，可以查看附錄 A。
像程式師一樣思考
我們曾經說過，你可以為變數取任何名字（不過前提是要滿足命名規則），這一點不假。你可以把變數叫做 teacher 或者 Teacher，這兩個名字都是可以的。
專業的 Python 程式師給變數命名時幾乎總是以小寫字母開頭，其他電腦語言可能會採用不同風格。是否遵循 Python 風格由你來決定。因為我們使用的是 Python，所以這本書後面都會遵循這種風格。
你學到了什麼
這一章中，你學到了以下內容。
·
如何使用變數在電腦記憶體中“記住”或保存資訊。
·
變數也叫做“名字”或“變數名”。
·
變數可以是不同類型的東西，如數位和字串。
測試題
1. 如何告訴 Python 變數是字串（字元）而不是數位？
2. 一旦創建一個變數，能不能改變賦給這個變數的值？
3. 變數名 TEACHER 與 TEACHEr 相同嗎？
4. 對 Python 來說，'Blah' 與 "Blah" 一樣嗎？
5. 對 Python 來說，'4' 是不是等同於 4 ？
6. 下麵哪個變數名不正確？為什麼？
(a) Teacher2
(b) 2Teacher
(c) teacher_25
(d) TeaCher
7. "10" 是數位還是字串？
動手試一試
1. 創建一個變數，並給它賦一個數值（任何數值都行）。然後使用 print 顯示這個變數。
2. 改變這個變數，可以用一個新值替換原來的值，或者將原來的值增加某個量。使用 print 顯示這個新值。
3. 創建另一個變數，並賦給它一個字串（某個文本）。然後使用 print 顯示這個變數。
4. 像上一章一樣，在交互模式中讓 Python 計算一周有多少分鐘。不過，這一次要使用變數。以 DaysPerWeek（每週天數）、HoursPerDay（每天小時數）和 MinutesPerHour（每小時分鐘數）為名分別創建變數（或者也可以用自己取的變數名），然後將它們相乘。
5. 人們總是說沒有足夠的時間做到盡善盡美。如果一天有 26 個小時，那麼一周會有多少分鐘呢？（提示：改變 HoursPerDay 變數。）
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