2. Proměnné, výrazy a příkazy

1. Hodnoty a datové typy
2. Proměnné
3. Jména a klíčová slova
4. Základní datové typy
5. Změna typu
6. Operátory a operandy
7. Operátor modulo
8. Relační operátory
9. Logické operátory
10. Booleovské hodnoty a výrazy
11. Pořadí operací
12. Příkazy a výrazy
13. Vstup z klávesnice
14. Glosář
15. Cvičení

2.1 Hodnoty a datové typy

Ústředním pojmem programovacího jazyka Python je objekt ("všechno v Pythonu je objekt"). Objektem je míněna instance programové struktury, zvané třída (viz odst. 12.2).

Každý objekt má 3 základní vlastnosti:

• identitu (ID) -- identifikační číslo, ukazující na místo v paměti, kde jsou údaje o objektu uloženy.
• typ (type) -- název typu je shodný s názvem příslušné třídy; setkali jsme se již s celými čísly (2+3 ==> 5) a s větou "Nazdar světe!"; celá čísla patří k typu int (integer) a výraz v uvozovkách k typu str (string) neboli řetězec.
• hodnotu (value) -- velikost čísla u typu int a výčet alfanumerických znaků u typu str; hodnota je vlastně instance typu a tudíž objekt.

Pokud si nejsme jisti, k jakému typu neboli třídě hodnota patří, zjistíme to vestavěnou funkcí type():

>>> type("Hello, World!")
<class 'str'>
>>> type(17)
<class 'int'>

Významy pojmů třída a funkce budou vysvětleny v samostatných kapitolách. Vestavěná funkce type() je součástí programového vybavení Pythonu.

Víme již, že řetězce (strings) patří k typu str a celá čísla (integers) k typu int. Čísla s desetinnou čárkou (či tečkou) patří k typu označeném jako float, protože tato čísla jsou vyjádřena formátem zvaným plovoucí desetinná čárka (floating-point).

>>> type(3.2)
<class 'float'>

A což hodnoty jako "17" a "2.3"? Vypadají jako čísla, ale jsou v uvozovkách.

>>> type("17")
<class 'str'>
>>> type("3.2")
<class 'str'>

Jsou to tedy řetězce.

Řetězce mohou být v Pythonu uzavřeny v jednoduchých ('), dvojitých (") nebo i trojitých uvozovkách.

>>> type('Toto je retiazka.')
<class 'str'>
>>> type("A toto taky.")
<class 'str'>

Uvnitř dvojitých uvozovek mohou být uvozovky jednoduché a obráceně: 'Pravil "Ne!" '.

Python nepodporuje dělení (kvůli čitelnosti) velkého čísla na skupiny po třech číslicích jako například 1,000,000. Pokud tento zápis použijeme, není akceptován jako jedno číslo ale jako seznam tří položek:

>>> print(1,000,000)
1 0 0

2.2 Proměnné

Jedním z nejmocnějších rysů programovacího jazyka je jeho schopnost používat proměnné. Proměnná je jméno, které ukazuje na nějakou hodnotu. Deklarace proměnné spočívá v zadání názvu a jemu přiřazené hodnoty. Typ hodnoty je doplněn automaticky.

Příkaz přiřazení tedy přiřazuje hodnotu ke jménu proměnné:

>>> n = 17
>>> pi = 3.14159
>>> message = "What's up, Doc?"

Znak přiřazení (=) by neměl být chápán jako "je totožno", protože pro tento vztah se používá znak ==. Znak přiřazení spojuje jméno na levé straně s hodnotou na pravé straně. Vytvoříme chybu, když napíšeme:

>>> 17 = n

Grafické vyjádření vztahů je méně zavádějící:

Názvy proměnných (zde n, pi, message) odkazují na různé hodnoty (instance tříd), vytvořené ve shodě s definicemi příslušných tříd. Zobrazené souvztažnosti můžeme vyjádřit slovy: "proměnné n je přiřazena hodnota 17" nebo "n odkazuje na objekt 17". Nikdy neřekneme "n rovná se 17".

Název proměnné lze použít ve funkci print:

>>> print(message)
What's up, Doc?
>>> print(n)
17
>>> print(pi)
3.14159

>>> message
What's up, Doc?

Ve všech případech je výsledkem hodnota proměnné. Typ proměnné můžeme zjistit dotazem v překladači. Proměnná má typ hodnoty, jež jí je přiřazena:

>>> type(message)
<class 'str'>
>>> type(n)
<class 'int'>
>>> type(pi)
<class 'float'>

Změna přiřazení

Stejné proměnné lze postupně přiřazovat různé hodnoty:

>>> bruce = 5
>>> bruce
5
>>> bruce = 7
>>> print(bruce)
7

Nové přiřazení ruší přiřazení předchozí.

Aktualizace proměnné

Nejběžnější formou změny přiřazení je aktualizace, kdy nová hodnota proměnné závisí na její předchozí hodnotě, například:

x = 6       # inicializace 
print(x)    # --> 6
x = x + 1   # aktualizace 
print(x)    # --> 7

Aktualizace proměnné přičtením hodnoty 1 se nazývá increment, aktualizace odečtením hodnoty 1 se nazývá decrement. Aktualizovaná proměnná musí mít předem přiřazenou počáteční hodnotu (viz inicializace).

2.3 Jména a klíčová slova

Jména proměnných mohou být libovolně dlouhá. Mohou obsahovat jak písmena tak číslice, ale musejí začínat písmenem a nesmějí obsahovat mezeru. I když je přípustné použít velká písmena, z konvenčních důvodů to neděláme. Pokud tak učiníme, musíme si uvědomit, že velikost písmena hraje roli. Bruce a bruce jsou různá jména.

Podtržítko _ se ve jménu smí použít. Často se používá u jmen s více slovy, jako je moje_jmeno nebo price_of_tea_in_china. Podtržítko na počátku názvu mívá speciální význam, takže jej zatím raději takto nepoužívejte.

Dáme-li proměnné nepřípustné jméno, obdržíme syntaktickou chybu:

>>> 76trombones = "big parade"
SyntaxError: invalid syntax
>>> more$ = 1000000
SyntaxError: invalid syntax
>>> class = "Computer Science 101"
SyntaxError: invalid syntax

76trombones není legální, protože nezačíná písmenem, more$ není legální, protože obsahuje nedovolený znak, označení dolaru. Co je ale špatného na class?

Ukazuje se, že class je jedno z klíčových slov Pythonu. Klíčová slova definují pravidla a strukturu jazyka a nemohou být použita jako jména proměnných.

Python má třicet čtyři klíčová slova:

and     as     assert  break    class   continue
def     del    elif    else     except  exec
finally for    from    global   if      import
in      is     lambda  nonlocal not     or
pass    raise  return  try      while   with
yield   True   False   None

Tento seznam bychom měli mít po ruce, abychom do něj mohli nahlédnout, když překladač protestuje proti nějakému jménu naší proměnné a my nevíme proč.

2.4 Základní typy objektů

Datový typ je jedním z trojice tří základních atributů objektu (ID, typ, hodnota), jenž je ve skutečnosti názvem třídy, jíž je daný objekt instancí (viz odst. 12.2). Jinak řečeno: atribut objektu zvaný "typ", je název třídy, z níž je objekt (neboli `instance`) odvozen.

Níže uvádíme stručný přehled datových typů (tříd) jazyka Python, z nichž zpočátku budeme používat jenom některé:

1. Numerické typy
   • NoneType - specielní typ s jedinou hodnotou None
   • bool - specielní typ s hodnotami True a False
   • int - integers neboli čísla celá:   1258
   • float - čísla s desetinnou čárkou či tečkou:   12.58, 13,2
   • complex - komplexní čísla:   3+2j
2. Sekvence
   • str - string neboli řetězec, neměnitelná sekvence znaků Unicode:   "hello!", "a"
   • list - seznam, měnitelná sekvence prvků různého typu:   ...   ["m", 2, 5, False]
   • tuple - entice, neměnitelná sekvence prvků různého typu:   ("m", 2, 5, False)
   • range - neměnitelná posloupnost celých čísel:   range( -2, 5)
   • bytes - neměnitelná sekvence celých čísel v rozsahu od nuly do 255 včetně
   • bytearray - měnitelná verze předchozího typu
3. Kolekce
   • dict - slovník, měnitelná kolekce párových objektů:   {"size": 12, "friend": "Karel"}
   • set - měnitelná a neuspořádaná kolekce jedinečných objektů:   {3.6, "cat", True}
   • frozen set - totéž jako set ale neměnitelná (immutable)

Hodnoty některých typů lze po jejich vytvoření dodatečně změnit; říkáme, že jsou měnitelné neboli mutable: list, set, dict

Hodnoty některých typů po jejich vytvoření dodatečně změnit nelze; říkáme, že jsou neměnitelné neboli immutable: int, float, complex, str, bytes, tuple, frozen set.

Všechny názvy typů kromě NoneType jsou zároveň i názvy vestavěných funkcí - viz zde.

2.5 Změna typu

Změna typu neboli konverze se provádí pomocí několika vestavěných funkcí. Funkce int například přjímá libovolnou hodnotu a je-li to možné, přemění ji na typ integer:

>>> int("32")
32
>>> int("Hello")
ValueError: invalid literal for int(): Hello

Funkce int také přemění hodnotu typu float (desetinné číslo) na integer, ale v tom případě odsekne desetinnou část čísla:

>>> int(3.99999)
3
>>> int(-2.3)
-2
>>> int(1.0)
1

Funkce float přemění celá čísla a řetězce na čísla v plovoucí čárce:

>>> float(32)
32.0
>>> float("3.14159")
3.14159
>>> float(1)
1.0

Může se zdát divné, že Python rozlišuje mezi celočíselnou hodnotou 1 a desetinnou hodnotou 1.0. Obě hodnoty představují stejné číslo, ale patří k rozdílným datovým typům.

Funkce str přemění zadaný argument na typ řetězec:

>>> str(32)
'32'
>>> str(3.14149)
'3.14149'
>>> str(True)
'True'
>>> str(true)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'true' is not defined

2.6 Operátory a operandy

Operátory jsou specielní symboly, které reprezentují výpočty jako sčítání, násobení a dělení. Hodnoty, které operátor používá, jsou operandy.

Následující výrazy jsou všechno přípustné výrazy Pythonu, jejichž význam je více či méně jasný.

20 + 32   hour - 1   hour*60 + minute   5**2   (5+9) * (15-7)

Symboly +, - a kulaté závorky znamenají v Pythonu totéž co v matematice. Hvězdička * je symbol pro násobení, ** je symbol pro umocňování a / je symbol pro dělení.

>>> 4*3 / 2
6.0
>>> 2**3  
8

Objeví-li se na místě operandu proměnná, je zaměměna za svou hodnotu před tím, než se operace provede.

Operátor // je operátorem celočíselného dělení.

>>> minute = 59 
>>> minute // 60  
0

Při celočíselném dělení zaokrouhluje Python dolů a to i v těch případech, kdy jeden z operandů je ve formátu float.

>>> minute // 60.0  
0.0

2.7   Operátor modulo

Operátor modulo pracuje s celými čísly (číselnými výrazy) a poskytuje zbytek při dělení prvního operandu druhým. V Pythonu jej označujeme znakem pro procento (%). V pořadí operací má stejnou preferenci jako násobení.

>>> q = 7 // 3    # operátor celočíselného dělení
>>> print(q)
2
>>> r = 7 % 3     # operátor modulo (určení zbytku)
>>> print(r)
1

Ukazuje se, že modulo operátor je překvapivě užitečný. Na příklad, můžeme zjistit, zda jedno číslo je dělitelné druhým: je-li x % y == 0, pak x je dělitelné číslem y.

Lze jím také oddělit krajní číslice zprava od zadaného čísla. Například, x % 10 vyčlení nejkrajnější číslici čísla x zprava (při základu 10). Podobně x % 100 vyčlení dvě poslední číslice.

Použití operátoru % si ukážeme na pěkném příkladu převodu vteřin na hodiny, minuty a zbývající vteřiny:

secs_celk = int(input("Kolik vteřin celkem?"))
hodiny = secs_celk // 3600
secs_navic = secs_celk % 3600
minuty = secs_navic // 60
sekundy = secs_navic % 60

print("Celkem vteřin: ", secs_celk)
print("Hodin, minut, vteřin: ", hodiny, minuty, sekundy) 

2.8   Relační operátory

Relační operátory vyjadřují tvrzení o kvantitativním vztahu mezi dvěma hodnotami. Jsou to tyto operátory:

      x == y               # x je rovno y
      x != y               # x není rovno y
      x >  y               # x je větší než y
      x <  y               # x je menší než y
      x >= y               # x je větší nebo rovno y
      x <= y               # x je menší nebo rovno y

Jednotlivé tvrzení může být buď pravdivé nebo nepravdivé.

>>> 5 < 3
>>> False
>>> 5/3 < 10
>>> True

Rovnítko (=) není operátorem, nýbrž znakem pro přiřazení hodnoty ke jménu.

2.9   Logické operátory

Logické operátory jsou tři: and , or a not. Jak vidíme, jsou to zároveň klíčová slova. Význam těchto operátorů je podobný jejich významu v češtině (a, nebo, ne). Například, výrazy x > 0 and x < 10 jsou pravdivé pouze tehdy, jsou-li pravdivá obě tvrzení, to jest, je-li x větší než 0 a menší než 10.

Tvrzení n%2 == 0 or n%3 == 0 je pravdivé, je-li alespoň jedna z podmínek pravdivá, to jest, je-li číslo dělitelné dvěma nebo třemi.

Konečně, operátor not neguje následující výraz, takže not(x > y) je pravda, je-li x > y nepravda; to jest je-li x menší nebo rovno y.

2.10   Booleovské hodnoty a výrazy

Pythonovský typ pro uložení hodnoty True nebo False zvaný bool je pojmenován po britském matematikovi George Booleovi, jenž vytvořil tak zvanou booleovu algebru, která je základem moderní počítačové aritmetiky.

Jsou pouze dvě booleovské hodnoty: True a False. Velká počáteční písmena jsou důležitá, neboť true a false booleovskými hodnotami nejsou.

>>>type(True) 
<class 'bool'>
>>>type(true)
Traceback (most recent call last):
>>File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'true' is not defined

Booleovský výraz je výraz, který vede k boooleovské hodnotě. Operátor == (je totožné) porovná dvě hodnoty a předá booleovskou hodnotu:

>>> 5 == 5
True
>>> 5 == 6
False

2.11 Pořadí operací

Objeví-li se ve výrazu více než jeden operátor, závisí pořadí výpočtu na pravidlech o pořadí operací. Python respektuje stejná pravidla, jaká se používají v matematice. Pořadí operací si lze pamatovat pomocí akronymu ZUNDSO (PEMDAS anglicky):

• Závorky mají nejvyšší prioritu a lze jimi ovlivnit pořadí výpočtu. Protože výraz v závorkách je počítán nejdřív, výsledkem 2*(3-1) jsou 4, zatímco (1+1)**(5-2) je 8. Závorkami lze také zvýšit přehlednost zápisu jako v (minute*100)/60 i když to nemění výsledek.
• Umocňování má druhou největší prioritu, takže 2**1+1 jsou 3, ne 4 a 3*1**3 jsou 3 a ne 27.
• Násobení a Dělení mají stejnou prioritu, která je větší než Sčítání a Odčítání, jejichž priority jsou také stejné. Takže 2*3-1 dává 5, nikoliv 4 a 2//3-1 je -1, nikoliv 1 (vzpomeňme na celočíselné dělení, 2//3=0).
• Operátory se stejnou prioritou jsou vyhodnocovány zleva doprava. Tak ve výrazu minute*100//60 se násobení provede nejdřív s mezivýsledkem 5900//60, což dává 98. Kdyby se operace prováděly zprava doleva, mezivýsledkem by bylo 59*1, což je 59 a to je špatně.
• Pravidlo "zleva doprava" platí u řady mocnin obráceně!

  >>> 2**3**2    # 2**(3**2)  
  512
  

2.12 Příkazy a výrazy

Příkaz je instrukce, kterou může překladač provést. Samotný příkaz však neprodukuje žádný výstup. Dosud jsme poznali pouze příkaz přířazení =. V krátké době se seznámíme s příkazy while, for, if a import. Jak vidíme, jsou to také klíčová slova.

Výraz je kombinace hodnot, proměnných, operátorů a případně i volaných funkcí. Zapíšeme-li výraz na příkazový řádek, překladač jej vyhodnotí a zobrazí výsledek.

>>> 1 + 1
2
>>> len("hello")
5

V ukázce vidíme vestavěnou funkci len, která vrací délku zadané sekvence, v tomto případě délku řetězce. Po print a type je to třetí ukázka vestavěné funkce.

Vyhodnocení výrazu dává hodnotu a proto se výrazy mohou vyskytovat jen na pravé straně příkazu přiřazení. Hodnota sama o sobě je jednoduchý výraz, stejně jako proměnná.

>>> x = 5+3
>>> x
8
>>> 17
17

2.13 Vstup z klávesnice

Pro vkládání údajů do programu z klávesnice se používá funkce input(). V konzole nebo ve skriptu zadáme

>>> n = input("Zadejte své jméno: ") 

>>> m = int(input("Zadejte svůj věk: ")) 

Výzva v závorce je nepovinná, pokud je uvedena, zobrazí se v dialogovém okně či na příkazovém řádku.

2.14 Glosář

 n = n + 1 

2.15 Cvičení