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前言

Python 的内置函数是直接可用的工具，无需导入任何模块。它们覆盖了基础数据类型转换、数学运算、文件操作、迭代器处理等核心功能

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一、数据类型转换

1.1 隐式类型转换（自动转换）

Python 会自动转换某些类型，无需手动干预

# 整数 + 浮点数 → 浮点数
result = 5 + 3.2  # 8.2（整数 5 被自动转为浮点数）

# 布尔值 + 整数 → 整数
result = True + 10  # 11（True 被转为 1）

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1.2 显式类型转换（强制转换）

1.2.1 数值类型转换

函数	功能	示例
int(x)	将 x 转换为整数	int(3.14) → 3 int(“123”) → 123 int(“0b101”, 2) → 5（二进制转十进制）
float(x)	将 x 转换为浮点数	float(5) → 5.0 float(“3.14”) → 3.14
complex(real[, imag])	创建复数	complex(3, 2) → (3+2j)
bin(i)	整数 → 二进制字符串	bin(5) → ‘0b101’
oct(i)	整数 → 八进制字符串	oct(8) → ‘0o10’
hex(i)	整数 → 十六进制字符串	hex(255) → ‘0xff’
int(s, base)	字符串 → 指定进制的整数	int(“101”, 2) → 5（二进制 int(“FF”, 16) → 255（十六进制）

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1.2.2 序列类型转换

函数	功能	示例
list(x)	将 x 转换为列表	list(“abc”) → [‘a’, ‘b’, ‘c’] list((1, 2)) → [1, 2]
tuple(x)	将 x 转换为元组	tuple([1, 2]) → (1, 2) tuple(“abc”) → (‘a’, ‘b’, ‘c’)
set(x)	将 x 转换为集合	set([1, 1, 2]) → {1, 2}（去重） set(“hello”) → {‘h’, ‘e’, ‘l’, ‘o’}
frozenset(x)	将 x 转换为不可变集合	frozenset([1, 2]) → frozenset({1, 2})

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1.2.3 字符串与字节转换

函数	功能	示例
str(x)	将 x 转换为字符串	str(123) → “123” str([1, 2]) → “[1, 2]”
bytes(x[, encoding[, errors]])	将 x 转换为字节对象	bytes(“hello”, “utf-8”) → b’hello’ bytes([65, 66]) → b’AB’
bytearray(x[, encoding[, errors]])	将 x 转换为可变字节数组	bytearray(b"abc") → bytearray(b’abc’)

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1.2.4 特殊字符转换

函数	功能	示例
ord(c)	字符 → Unicode 码点（整数）	ord(‘A’) → 65 ord(‘中’) → 20013
chr(i)	Unicode 码点 → 字符	chr(65) → ‘A’ chr(20013) → ‘中’
ascii(object)	返回对象的 ASCII 表示（非 ASCII 字符会被转义）	ascii(“你好”) → “‘\u4f60\u597d’”

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1.2.5 其他类型转换

函数	功能	示例
bool(x)	将 x 转换为布尔值	bool(0) → False bool(“”) → False bool([]) → False bool(None) → False bool(1) → True
dict(x)	将 x 转换为字典	dict([(‘a’, 1)]) → {‘a’: 1} dict(a=1, b=2) → {‘a’: 1, ‘b’: 2}

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二、数学运算

2.1 运算符

2.1.1 算术运算符

算术运算符	功能	示例
+	加法	5 + 3 → 8
-	减法	5 - 3 → 2
*	乘法	5 * 3 → 15
/	除法（返回浮点数）	5 / 2 → 2.5
//	整除（向下取整）	5 // 2 → 2 -5 // 2 → -3
%	取余	5 % 2 → 1
**	幂运算	2 ** 3 → 8

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2.1.2 赋值运算符

用于将值赋给变量，或在赋值的同时进行运算

• =
• +=      a += b => a = a + b
• -=
• *=
• /=
• %=

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2.1.3 比较运算符

用于比较两个值的关系，返回布尔值（True 或 False）
通常出现在if表达式，while表达式

• ==
• !=
• >
• <
• <=
• >=

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2.1.4 位运算符

运算符	名称	功能	示例（以 a=60（二进制 0011 1100）和 b=13（二进制 0000 1101）为例）
&	按位与	对应位都为 1 时，结果位为 1，否则为 0	a & b = 0000 1100（十进制 12）
|	按位或	对应位只要有一个为 1，结果位为 1，否则为 0	a | b = 0011 1101（十进制 61）
^	按位异或	对应位不同时为 1，相同时为 0	a ^ b = 0011 0001（十进制 49）
~	按位取反	对二进制位取反（0 变 1，1 变 0），结果为补码表示的整数（需注意符号位）	~a = -61（二进制补码为 1100 0011，十进制 -61）
<<	左移	左移 n 位，低位补 0，高位丢弃。相当于乘以 (2n)。	a << 2 = 240（二进制 1111 0000，相当于 60 × 22）
>>	右移	右移 n 位，高位补符号位（保持正负号不变），低位丢弃。相当于除以 (2n) 取整	a >> 2 = 15（二进制 0000 1115，相当于 60 ÷ 4 = 15）

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2.1.5 逻辑运算符

• and（逻辑与）
• or（逻辑或）
• not（逻辑非）

and, or从左往右运算
and 仅当两个条件为真，结果为真

# 如果第一个表达式为假，返回该表达式的值   =>False
# 如果第一个表达式为真，继续向后运算
# 返回最后计算的表达式的值
print(4 and 3)		   # 3
print(0.0 and 3)       # 0.0
print(4 and 0.0 and 5) # 0.0

or 任意一个表达式为真，结果为真

# 如果第一个表达式为真，返回表达式的值    =>True
# 如果第一个表达式为假，继续往后运算
print(4 or 3)				  # 4
print(0.0 or 3)  		   	  # 3
print(None or 0.0 or 5 or 6)  # 5

not 取反，返回值只有两种状态 True/False

print(not 4)	 # False
print(not 0.0)   # True

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2.2 内置数学函数

函数	功能	示例
abs(x)	返回 x 的绝对值	abs(-5) → 5
round(x[, n])	四舍五入到 n 位小数（默认 0）	round(3.1415, 2) → 3.14 round(2.5) → 2（Python 3 中，偶数优先）
max(iterable)	返回可迭代对象中的最大值	max([1, 3, 2]) → 3
min(iterable)	返回可迭代对象中的最小值	min([1, 3, 2]) → 1
sum(iterable[, start])	计算可迭代对象的总和（可选起始值）	sum([1, 2, 3]) → 6 sum([1, 2], 10) → 13
pow(x, y[, z])	返回 x 的 y 次幂（模 z 可选）	pow(2, 3) → 8 pow(2, 3, 3) → 2（等价于 2**3 % 3）
divmod(a, b)	返回商和余数的元组	divmod(10, 3) → (3, 1)

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三、序列操作

• 可变序列：列表 、字节数组
• 不可变序列：字符串 、元组 、字节

3.1 通用序列操作

3.1.1 索引访问

# s[i]	获取索引 i 处的元素（索引从 0 开始）	
print("hello"[0])   # h
#s[-i]	获取倒数第 i 个元素	
print("hello"[-1])  # o

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3.1.2 切片操作

# s[start:end]	获取从 start 到 end-1 的子序列	
print("hello"[1:3])  # el
# s[start:end:step]	带步长的切片（步长可为负,默认为1）	
print("hello"[::2])  # hlo
# s[::-1]	反转序列	
print("hello"[::-1]) # olleh

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3.1.3 序列运算

# s + t	连接两个序列	
print([1, 2] + [3]) 	 # [1, 2, 3]
# s * n	重复序列 n 次	
print([1] * 3)     	     # [1, 1, 1]
# x in s	判断元素 x 是否在序列 s 中	
print('a' in "abc")      # True
# x not in s	判断元素 x 是否不在序列 s 中	
print('x' not in "abc")  # True

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3.1.4 长度、最值与计算

print(len("hello"))  	  # 5
print(min([3, 1, 2]))     # 1
print(max([3, 1, 2]))     # 3
print("hello".count('l')) # 2
print("hello".index('l')) # 2

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3.2 可变序列操作

可变序列支持修改、删除元素

3.2.1 元素修改

lst = [1, 2, 3];
# s[i] = x	修改索引 i 处的元素	
lst[0] = 10 
print(lst)		# [10, 2, 3]

# s[i:j] = t	替换切片 [i:j] 为序列 t	
lst[1:2] = [4, 5] 
print(lst)		# [10, 4, 5, 3]

# del s[i]	删除索引 i 处的元素	
del lst[0] 
print(lst)		# [4, 5, 3]

# del s[i:j]	删除切片 [i:j]	
del lst[1:2]  
print(lst)		# [4, 3] 

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3.2.2 列表特别方法

方法	功能	示例
s.append(x)	在末尾添加元素 x	lst.append(4) → [4, 3, 4]
s.extend(t)	扩展列表（添加序列 t 的所有元素）	lst.extend([5, 6]) → [4, 3, 4, 5, 6]
s.insert(i, x)	在索引 i 处插入元素 x	lst.insert(0, 0) → [0, 4, 3, 4, 5, 6]
s.remove(x)	删除第一个值为 x 的元素	lst.remove(4) → [0, 3, 4, 5, 6]
s.pop([i])	删除并返回索引 i 处的元素（默认最后一个）	lst.pop() → 6
s.reverse()	反转列表（原地修改）	lst.reverse() → [5, 4, 3, 0]
s.sort(key=None, reverse=False)	排序（原地修改）	lst.sort() → [0, 3, 4, 5]
s.clear()	清空列表	lst.clear() → []

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3.3 不可变序列操作

不可变序列不支持修改元素，但支持查询和切片

3.3.1 字符串特有方法

# s.split(sep=None)	按分隔符分割字符串	
print("a,b,c".split(",")) 		# ['a', 'b', 'c']

#s.join(iterable)	用字符串连接序列中的元素	
print(",".join(["a", "b"]))     # a,b

# s.strip([chars])	移除字符串两端的指定字符（默认空格）	
print(" hello ".strip()) 		# hello

# s.replace(old, new[, count])	替换字符串中的子串
print("hello".replace("l", "L", 1)) # heLlo

# s.startswith(prefix)	判断字符串是否以 prefix 开头
print("hello".startswith("he")) # True

# s.endswith(suffix)	判断字符串是否以 suffix 结尾
print("hello".endswith("lo")) 	# True

更多方法见：Python-字符串常用方法

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3.3.2 元组特有操作

# 元组通常用于不可变数据集合，如函数返回多值：
a, b = (1, 2)   # 元组解包
x, y = y, x     # 交换变量（本质是元组操作）

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3.4 序列转换与生成

# list(s),tuple(s),str(x)			
print(list("abc")) 	  # ['a', 'b', 'c']
print(tuple([1, 2]))  # (1, 2)
print(str([1, 2])) 	  # "[1, 2]"

# range(start, stop[, step])	生成整数序列	
list(range(0, 5, 2))  # [0, 2, 4]

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四、文件与输入输出

文件操作和输入输出（I/O）是处理外部数据的基础功能

4.1 文件操作

4.1.1 文件打开与关闭

1. with open(‘file’, ‘r’, encoding=‘utf-8’) as f:
   # 打开文件并自动关闭（推荐写法）

2. open(‘file’, mode=‘r’, encoding=‘utf-8’)
   f.close()   # 需手动关闭

• file：文件路径（绝对或相对）
  • 绝对路径：从根目录开始的完整路径（如 C:\Users\file.txt 或 /home/user/file.txt）。
  • 相对路径：相对于当前工作目录的路径（如 ./data/file.txt）
• mode：打开模式（默认 ‘r’，即只读）
  • 常用模式
    ‘r’ 只读（默认）
    ‘w’ 写入（覆盖原文件）
    ‘a’ 追加（在文件末尾添加）
    ‘x’ 创建新文件，若已存在则报错
    ‘b’ 二进制模式
    ‘+’ 读写模式
• encoding：编码格式（默认系统编码，推荐显式指定如 ‘utf-8’）

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4.1.2 文件读取写入方法

# 打开文件
with open('spring.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:

# 读取文件内容
# read 读取整个文件内容（返回字符串或字节）
data = f.read()
print(data)

# readline 读取一行数据，返回一个字符串
line = f.readline()
print(line)

# readlines 一次性读取所有内容到列表中，一行就是一个元素，返回一个列表
lines = f.readlines()
print(lines)

# for 读取
for line in f:
    print(line)

# write(string)  写入字符串（返回写入的字符数）
f.write("xxxx")

# writelines(list) 写入字符串列表（不自动添加换行符）
lines = ['Line 1\n', 'Line 2\n', 'Line 3\n']
f.writelines(lines)

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4.1.3 文件指针操作

tell()       返回当前文件指针位置
seek(offset[, whence])     移动文件指针

• offset：偏移量（字节数）
• whence：参考点 0 -> 开头， 1->当前位置，2 -> 结尾,默认0

with open('example.txt', 'r') as f:
    print(f.tell())  # 0
    f.read(3)        # 读取前3个字符
    print(f.tell())  # 3
    f.seek(0)        # 回到开头

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4.1.4 异常处理

常见异常：
FileNotFoundError：文件不存在
PermissionError：权限不足
IsADirectoryError：目标是目录而非文件

try:
    with open('nonexistent.txt', 'r') as f:
        content = f.read()
except FileNotFoundError:
    print("文件不存在！")
except PermissionError:
    print("没有权限访问！")
except Exception as e:
    print(f"发生错误：{e}")

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4.2.标准输入输出

4.2.1 标准输出（打印）

函数：print(*objects, sep=’ ‘, end=’\n’, file=sys.stdout)

• objects：要打印的对象（可多个）
• sep：分隔符（默认空格）
• end：结束符（默认换行 ‘\n’）
• file：输出目标（默认标准输出 sys.stdout）

print('Hello', 'World', sep=',', end='!\n')  # 输出：Hello,World!

# 格式化输出
name = 'Jack'
age = 18
# 输出：My name is Jack, age is 18.
print(f'My name is {name}, age is {age}.')  # f-string
print('My name is {}, age is {}.'.format(name, age))  # format()
print('My name is %s, age is %d.' % (name, age))  # % 格式化
# 输出：My name is  Jack, age is         18.
print('My name is %5s, age is %10d.' % (name, age))

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4.2.2 标准输入（读取用户输入）

函数：input([prompt])

• prompt：提示信息（可选）
• 返回值：用户输入的字符串（按回车结束）

name = input('请输入您的姓名：')  # 输入：Jack
print(f'欢迎，{name}!')  # 输出：欢迎，Jack!

# 转换输入为其他类型
age = int(input('请输入您的年龄：'))  # 输入：18
print(f'您明年 {age + 1} 岁')	# 输出：您明年19岁

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五、类型检查与帮助

函数	功能	示例
type(object)	返回对象的类型	type([1, 2]) → list
isinstance(object, classinfo)	判断对象是否为指定类型	isinstance(1, int) → True
help([object])	显示对象的帮助文档	help(list)
dir([object])	返回对象的所有属性和方法	dir(list) → [‘__add__’, ‘__class__’, …]
id(object)	返回对象的唯一标识符（内存地址）	id([1, 2]) → 140288803717744

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总结

掌握内置函数能显著提升 Python 编程效率，它们是 Python 生态的基础工具

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练习

1. 凯撒密码

• 实现简单的字母位移
• 用户输入字符串及位移数量
• 如“abAdef"，位移3 => “deDghi”
• xyz -> abc

msg = input("请输入:")
msg_caesar_cipher = ''
for i in msg:
        if "x" <= i.lower() <= "z":
            msg_caesar_cipher += chr(ord(i) - 23)
        else:
            msg_caesar_cipher += chr(ord(i) + 3)
print(msg_caesar_cipher)

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2. 统计单词出现的次数

有一篇小短文：spring.txt, 统计这篇文件中，每个单词出现的次数

• 读取文件
• 字符串 -> 单词

with open('spring.txt', 'r', encoding='utf-8') as f:
    lines = f.read().lower()
    for word in lines.split():
        word = word.strip(".,:")
        if mydict.get(word):
            mydict[word] += 1
        else:
            mydict[word] = 1
        line = f.readline()
print(mydict)

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3. 统计nginx日志error.log，4xx的错误出现的次数

结果如下：{“401”:1, “404”:10}

with open('error.log', 'r', encoding='utf-8') as f:
    status_code_count = {}
    for line in f:
        status_code = line.split()[-1]
        if status_code.startswith("4"):
            if status_code in status_code_count:
                status_code_count[status_code] += 1
            else:
                status_code_count[status_code] = 1
    print(status_code_count)

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4. 统计nginx日志error.log的每分钟请求数量

结果如下：{“2023/10/05 14:25”:1, “2023/10/05 14:25”:10}

with open("error.log","r",encoding="utf-8") as f:
    result = {}
    lines = f.readlines()
    for line in lines:
        line = line[:16:]
        if line in result:
            result[line] += 1
        else:
            result[line] = 1
print(result)