Об'єкти, значення і типи

Що лежить у пам'яті, коли ви пишете 42

У попередньому уроці print виводив текст. Тепер розглянемо самі дані: що таке "Hello", 42 чи 3.14 з точки зору Python. Кожне таке значення зберігається в пам'яті як об'єкт (object) — структура, яка містить не лише значення, а й відомості про нього. Від цього залежить, що можна робити зі значенням: числа додають, тексти склеюють, а додати число до тексту не можна.

Пригадаємо попередній урок

Усе в Python — об'єкт

Літерал (literal) — значення, записане прямо в коді: 42, 3.14, "Привіт". Коли Python виконує літерал, він створює в пам'яті об'єкт. Кожен об'єкт має три характеристики:

• тип — вид значення (int, str тощо);
• ідентичність — число, яке відрізняє цей об'єкт від інших, поки він існує;
• значення — власне дані.

Тип показує функція type(), ідентичність — функція id():

x = 42
print(type(x))
print(type(id(x)))
print(id(x) == id(x))

<class 'int'>
<class 'int'>
True

id() повертає ціле число. Його значення відрізняється між запусками та комп'ютерами, тому порівнювати треба лише id одного й того самого об'єкта. Зараз x = 42 лише показує, що значення можна зберегти під іменем. Детально про імена йтиметься в наступному уроці.

Основні типи

У цьому курсі ми почнемо з п'яти типів:

Тип визначає форма літерала. Наявність крапки перетворює ціле на дробове:

print(type(4))
print(type(4.0))
print(type(.4))
print(type("4"))

<class 'int'>
<class 'float'>
<class 'float'>
<class 'str'>

Значення 4, 4.0 і "4" виглядають схоже, але це три різні об'єкти різних типів. Вираз із числом і дробом дає дріб: type(1 + 2.0) — це float.

Цілі числа

Літерал int — це цифри без дробової частини. Для зручності читання між цифрами можна ставити підкреслення: 1_000_000 — те саме, що 1000000. Від'ємні числа мають мінус: -50.

Особливість Python: цілі числа не мають верхньої межі (обмеженої лише пам'яттю). Математичні операції з великими числами працюють без спеціальних дій:

print(2**100)
print(2**1000 > 10**300)

1267650600228229401496703205376
True

У багатьох мовах (C, Java) int займає фіксовану кількість байтів, і число більше за межу «переповнюється». У Python int зберігається як список «цифр» за основою 2³⁰ (приблизно мільярд), і список стає довшим. Число 2**100 займає чотири такі цифри.

Звідси наслідок: об'єкт великого числа займає більше пам'яті. Функція sys.getsizeof показує розмір об'єкта в байтах:

import sys

print(sys.getsizeof(1))
print(sys.getsizeof(2**100))
print(sys.getsizeof(2**1000))

28
40
160

Системи числення

Одне й те саме число можна записати по-різному. Python підтримує чотири системи:

print(0b101010, 0o123, 0x123, 0xFF)
print(bin(42), oct(83), hex(291))
print(int("101010", 2), int("ff", 16))

42 83 291 255
0b101010 0o123 0x123
42 255

Літерали 0b…, 0o…, 0x… записують число в потрібній системі. Функції bin(), oct(), hex() повертають текстовий запис числа в цій системі. Функція int(рядок, основа) виконує зворотне перетворення. Усі чотири записи — це одне й те саме число, змінюється лише форма запису. Двійкова система використовується для бітів, шістнадцяткова — для кольорів і адрес у пам'яті.

Дробові числа

Літерал float містить крапку, а не кому: 2.5, -0.4. Нулі можна не писати: .4 означає 0.4, а 4. означає 4.0. Дуже великі й малі числа записують в експоненційній формі: 3e8 означає 3 · 10⁸.

print(3e8)
print(6.62607E-34)
print(7 / 2, 7 // 2)

300000000.0
6.62607e-34
3.5 3

Звичайне ділення / завжди дає float, цілочисельне // — int (для цілих операндів).

Чому 0.1 + 0.2 не дорівнює 0.3

print(0.1 + 0.2)
print(0.1 + 0.2 == 0.3)

0.30000000000000004
False

Це не помилка Python. Комп'ютер зберігає float у двійковому вигляді за стандартом IEEE 754: 64 біти поділено на знак, експоненту й мантису. Число 0.1 у двійковому записі нескінченне (як 1/3 у десятковому), тому в мантису поміщається лише наближене значення:

print(f"{0.1:.30f}")

0.100000000000000005551115123126

Під час додавання дві такі невеликі похибки складаються, і результат трохи відхиляється від 0.3. Така поведінка властива всім мовам, які використовують IEEE 754: JavaScript, Java, C. Числа, що є степенями двійки (наприклад, 0.5 і 0.25), зберігаються точно.

import math

print(math.isclose(0.1 + 0.2, 0.3))

True

bool і None

bool має лише два значення: True і False. Особливість Python: bool — це підтип int, причому True дорівнює 1, а False дорівнює 0.

print(True + True)
print(isinstance(True, int))
print(bool(0), bool(""), bool("a"), bool([]), bool(-1))

2
True
False False True False True

Функція bool() перетворює значення на True чи False. Хибними (False) є 0, порожній рядок, порожній список і None. Решта значень — істинні. Це знадобиться в уроці про логіку.

None — спеціальний об'єкт, який означає «значення відсутнє». Протягом усієї програми існує лише один об'єкт None, тому його перевіряють через is:

print(None is None)
print(type(None))

True
<class 'NoneType'>

Підсумок

1. Усі значення в Python — об'єкти з типом, ідентичністю та значенням.
2. type() показує тип, id() — ідентичність.
3. Тип визначає, що можна робити зі значенням: 4, 4.0 і "4" — різні об'єкти.
4. int не має верхньої межі: він зберігається як список 30-бітних цифр.
5. float зберігається за стандартом IEEE 754, тому 0.1 + 0.2 не дорівнює 0.3. Дроби порівнюють із допустимою похибкою.
6. bool — підтип int, None — єдиний об'єкт типу NoneType.

Типові хибні уявлення

Передбачте, перш ніж запускати

print(type(2 * 3.0))
print(type(10 // 5))
print(type(10 / 5))
print(type("5" + "5"))

<class 'float'>
<class 'int'>
<class 'float'>
<class 'str'>

print(True + 1)
print(0b1010 + 0o10 + 0x10)

2
34

Практичні завдання

print(bin(255))
print(hex(255))
print(int("101010", 2))

0b11111111
0xff
42

print(2**64)
print(2**64 > 10**19)
print(len(str(2**1000)))

18446744073709551616
True
302

import math

print(0.1 * 3 == 0.3)
print(math.isclose(0.1 * 3, 0.3))

False
True

print(float(2**53) == float(2**53 + 1))

True