跟哥一起学python（3）- 理解“变量”

我们把前面的程序稍微改一下，来了解python中的变量。

# file: ./4/4_1.py
# 定义变量
hello_str = "hello, world!"
# 字符串打印
print(hello_str)

 建议通过视频来学习本节内容： 查看本节视频

这段代码实现的功能也是在终端打印出“hello,world!”这一字符串。与我们最开始那个程序不同的是，它定义了一个变量“hello_str”用于存储这个字符串，然后再调用print函数输出。

本节我们来学习什么是变量？ 变量，顾名思义就是可以变化的一个数据，与其对应的不能改变的数据，叫做“常量”。

变量和常量，是所有编程语言的一个基本概念。

Python里面没有专门定义常量的语法，通常用变量来替代，所以我们不专门介绍常量。

抽象了看，所有的程序，无论大小，其本质都是在操作一系列的数据按照我们预设的逻辑去运算。这些数据在运算过程中，会被临时存储在内存中，我们可以认为变量就是对这些存储空间的一个命名。我们可以在代码中通过使用变量，来达到操作对应数据的目的，而不需要感知这个数据具体是怎么被计算机存储的。

我们通过pycharm来调试该段代码，看看变量是如何存储数据的：

我们通过id(hello_str)来获取变量hello_str的地址，这个地址是我们看来很奇怪的一串值。其实这个值是一个内存地址，它指向的是一段内存空间的起始位置。“hello,world!”这一串字符就存储在这段内存空间中。 变量的存储空间是堆(heap)和栈(stack)。堆栈是有很大区别的，在C语言里面你需要非常清晰的搞清楚它们，但是python封装得更好，不需要太去深究它们。如果感兴趣，你可以参考下图，或者百度。

总结一下，变量是用来临时存储数据的，它本质上指向的是一段存储空间的起始地址。 Python里面，对于变量的命名有一些约束，如下：

• 变量的第一个字符必须是字母表中字母或下划线 _ 。
• 变量的其他的部分由字母、数字和下划线组成。
• 标识符对大小写敏感。
• 变量不能采用python的保留字命名。

我们可以在windows命令行中采用下面的方法查询保留字：

理论上，python3可以支持采用中文字符命名变量。

 下面我们通过一个有意思的例子来进一步深入理解python的变量。

  # file: ./4/4_2.py

 score1 = 10score2 = 50

 # score1 score2的地址
 print('id(score1): %x, id(score2): %x, ' % (id(score1), id(score2)))
 score2 = score2 - score1

 # 字符串打印
 print('score2: ', score2)

 # score1 score2的地址
 print('id(score1): %x, id(score2): %x, ' % (id(score1), id(score2)))
 score3 = 40
 print('id(score3): %x' % (id(score3)))  

这个例子的输出如下：

id(score1): 7ffc5331d7c0, id(score2): 7ffc5331dcc0,

score2:  40

id(score1): 7ffc5331d7c0, id(score2): 7ffc5331db80,

id(score3): 7ffc5331db80

我们可以看到，在score2的值变为40之后，它指向了一个新的地址7ffc5331db80。而我们定义了一个新变量score3，给它赋值40，它居然也和score2指向了同一块地址空间。写惯了C语言的程序员对此会感到费解，但python就是这样的。

当我们给score1赋值为10时，python会先给10创建一个对象并分配一个存储空间，然后再将score1指向这个对象。

当score2做减法后，python也会先给40分配一个对象空间，然后将score2指向这个新的对象，所以我们看到score2的地址变了。

当我们给score3赋值为40时，由于40对应的对象存在，所以直接将score3指向了这个对象。所以我们看到score2和score3的地址相同。

如下图所示：

那么原来那个值为50的对象怎么处理呢？如果是C语言，需要程序员主动去将其释放，否则就会内存泄露。幸运的是，python为我们提供了自动垃圾回收机制（GC），当它发现这个对象没有被引用后会自动将其释放。关于垃圾回收机制，这是一个很大的话题，我们现在没必要去深究它，有兴趣的同学可以百度。

我们再来看一个有意思的例子：

 # file: ./4/4_3.py

 score1 = 10

 score2 = score1
 score1 = 20

 print('score1: ', score1)
 print('score2: ', score2)

它的输出是：

score1:  20

score2:  10

没有编程经验的同学会对此感到疑惑，不是score2=score1吗，为什么score1改变了，score2却没有改变？我们同样可以把变量的地址打印出来，就很好理解了。

# file: ./4/4_3.py

score1 = 10
print('id(score1): %x' % (id(score1)))

score2 = score1
print('id(score2): %x' % (id(score2)))

score1 = 20
print('id(score1): %x, id(score2): %x, ' % (id(score1), id(score2)))

print('score1: ', score1)
print('score2: ', score2)

它的输出是：

id(score1): 7ffc5331d7c0

id(score2): 7ffc5331d7c0

id(score1): 7ffc5331d900, id(score2): 7ffc5331d7c0,

score1: 20

score2: 10

我们可以看到，在score2 = score1后，score2的确指向了score1的地址。但是我们改变score1的值为20后，score1指向了另外一块地址空间，而score2并没有跟着改变，所以score2依然是10。

如下图所示：

我们最后再看一个例子，这个例子里面我们给变量赋了一个列表数据结构的值，关于数据结构，我们下一节会详细介绍，大家不用太关注。我们看看对于列表结构，它的变量是否也如同上面两个例子那样。

 # file: ./4/4_4.py

 # 列表
 num_list1 = [10, 20, 30, 40]
 num_list2 = [10, 20, 30, 40]

 print('id(num_list1): %x, id(num_list2): %x' % (id(num_list1), id(num_list2)))

 num_list1[0] = 50
 print('num_list1: ', num_list1)

 print('id(num_list1): %x, id(num_list2): %x' % (id(num_list1), id(num_list2)))

它的输出是：

id(num_list1): 292bd87df00, id(num_list2):
292bd9ba880

num_list1: 
[50, 20, 30, 40]

id(num_list1): 292bd87df00, id(num_list2):
292bd9ba880

可以看出，在初始赋值时，虽然num_list1和num_list2的值是相同的，但是它们指向的地址空间并不相同。我们修改了num_list1的值之后，num_list1也并没有重新指向一个新的地址。所以，列表数据类型和我们上面两个例子中的变量处理是不一样的。Python会给列表对应的变量分配独立的地址空间，即便值相同，也不会多个变量复用。

对于不同数据类型的变量，python的处理方式是不一样的。也许你现在会觉得有点乱，没关系，下节我们学习了python的数据类型之后，你就能理解python的解释器为什么要这样区别处理了。

另外，从这些例子我们也能理解变量给我们带来的好处了，试想如果没有变量的话，程序员几乎没法写代码，因为你想要的那个数据一会儿存在A地址，一会儿又存在了B地址。但是有了变量的话，程序员只需要对这个变量进行操作即可，不需要关心它具体指向哪儿。

好了，下节我们学习python的数据类型。