摘要：本章将带你认识 Python 程序的基本组成元素，学习如何实现与用户的交互输入输出。
第四章 程序组成与输入输出
程序并不是由零散语句拼凑而成的，它有自己的结构层次和逻辑关系。
本章将带你认识 Python 程序的基本组成元素，学习如何实现与用户的交互输入输出。
学习目标：
（1）理解 Python 程序的层次结构及组成元素。
（2）掌握变量、字面量、表达式、语句、模块等核心概念。
（3）学会使用 input 与 print 实现输入与输出。
（4）了解 eval 及相关安全用法。
（5）能编写带交互的小程序，完成简单数据处理与结果展示。
4.1 Python 程序的组成元素
程序由一系列元素构成，它们共同定义了数据、操作、逻辑与结构。
理解这些元素，就能从整体上把握 Python 程序的编写方式。
4.1.1 变量与字面量
变量（variable）是程序中用于引用对象的符号名称。它本身并不直接存储数据，而是指向内存中的某个对象。
字面量（literal）则是直接出现在代码中的具体值，每个字面量在执行时都会创建一个对应类型的对象。
# 变量赋值x = 10y = 3.14name = "Python"# 字面量：10、3.14、"Python" 都是不同类型的对象print(x, y, name)1、变量名引用对象
上例中，在执行 x = 10 时，Python 会先在内存中创建一个整数（int）对象 10，再让变量名 x 指向它。若重新赋值，x 将指向新的对象。
2、Python 是动态类型语言
变量在赋值时才确定所引用对象的类型，不需要提前声明。
3、可通过内置函数 查看对象类型。
x = 10print(type(x)) #print(type(10)) #print(type(3.14)) #print(type("Python")) #4.1.2 表达式
表达式（expression）是由变量、字面量、运算符、函数调用等构成的语法结构，用于计算并产生结果。
a = 5b = 2c = (a + b) * 3 # 表达式print(c)表达式计算得到的结果也是一个对象，可以被赋值、输出或作为参数传入函数。
4.1.3 语句
语句（statement）是程序执行的最基本单位。表达式产生值，而语句执行操作。一个语句可能包含一个或多个表达式。
Python 提供了多种语句类型，可分为简单语句与复合语句两大类。
1、简单语句
简单语句通常占据一行，只执行单一操作。
Python 中的简单语句有：赋值语句、表达式语句（通常为函数调用）、import 语句、pass 语句（占位语句）、del 语句、return 语句，等等。
# 赋值语句示例# 1. 单变量赋值x = 10 # 将整数 10 赋值给变量 xy = "Python" # 将字符串 "Python" 赋值给变量 yprint(x, y) # 输出：10 Python# 2. 多变量同时赋值a, b, c = 1, 2, 3 # 依次将 1、2、3 赋值给 a、b、cprint(a, b, c) # 输出：1 2 3# 3. 变量值互换a, b = b, a # 无需中间变量，直接交换 a 与 b 的值print("交换后：", a, b) # 输出：交换后： 2 1提示：
重新给变量赋值并不会修改原对象，而是让变量名指向新的对象。
2、复合语句
复合语句包含一个或多个子语句块（block），通常以冒号 : 结尾并通过缩进表示层级。
Python 中常见的复合语句有：if 条件语句、for 循环语句、while 循环语句、try 语句（异常处理）、def 语句（函数定义）、class 语句（类定义），等等。
# for 循环语句示例for i in range(3):print("循环中：",end="")print(i)print("循环结束")缩进层次决定结构关系，是 Python 程序结构的核心。
4.1.4 脚本与模块
Python 源文件以 .py 结尾，既可以作为脚本（script）直接运行，也可以作为模块（module）被导入使用。
一般来说，脚本用于直接执行任务，而模块用于被其他程序调用和复用。
脚本指的是可以直接执行的程序文件。
# hello.pyprint("你好，Python！")运行：
python hello.py模块指的是为了复用功能而编写的 Python 文件。
任何 .py 文件都可以成为模块，只要通过 import 导入即可。
# tools.pydef greet(name):print(f"你好，{name}！")导入并使用该模块：
# utilize.pyimport toolstools.greet("小明")有三种基本用法：
（1）import 模块名：导入整个模块。
（2）from 模块名 import 函数名：只导入其中某个函数。
（3）import 模块名 as 别名：为模块取别名，便于调用。
import mathprint(math.pi) # 输出 3.141592653589793from math import sqrtprint(sqrt(16)) # 输出 4.0import math as mprint(m.degrees(m.tau)) # 输出 360.0提示：
解释器会在当前目录、PYTHONPATH、以及安装目录的 site-packages 中查找模块。
4.1.5 程序与项目结构
程序（program）是为完成特定任务而编写的代码集合。项目（project）指的是一个完整的软件工程集合，既包含源代码，也包含构建、测试、文档与配置等配套内容。
程序示例：
# main.py# 导入模块import math# 定义部分：函数或类的定义def area_of_circle(r):return math.pi * r ** 2# 执行部分：主程序逻辑，也称“顶层代码”或“main 模块的执行逻辑”r = float(input("请输入半径："))print("圆的面积为：", area_of_circle(r))一个完整的程序通常由导入、定义以及执行三大部分构成。
定义部分（函数、类定义等）通常称为声明区域（definition section），执行部分则称为主逻辑区（execution section）。
提示：
Python 文件在被直接运行时，其顶层代码会按顺序执行；若作为模块被导入，则顶层代码不会自动运行。
这种机制使得同一个文件既可独立运行，也可被复用。
项目结构示例：
project_name/│├── main.py # 主程序入口├── utils.py # 工具函数模块├── data/ # 数据文件夹│ └── dataset.csv├── models/ # 模型或算法模块│ └── linear_model.py└── requirements.txt # 依赖清单这种分层结构便于协作、维护和扩展。
Python 通过模块化编程与 import 机制，让项目能够像积木一样灵活组合。
4.2 程序的输入与输出
程序的核心在于交互：输入数据、处理逻辑、输出结果。
Python 提供了简洁易用的来完成输入与输出操作。
4.2.1 输入函数 input
用于从键盘获取用户输入，返回字符串类型（str）。
语法结构：
input([prompt])
prompt 参数用于显示提示信息，可以缺省。
# 1. 有提示信息的输入name = input("请输入你的姓名：")print("你好，", name)# 2. 无参数时直接等待输入msg = inputprint("你刚才输入了：", msg)# 3. 数值输入需进行类型转换age = int(input("请输入你的年龄："))height = float(input("请输入身高（米）："))print("身高与年龄：", height, "米", age, "岁")提示：
input 默认返回的是字符串。若需参与计算，最好显式转换类型。
4.2.2 表达式求值函数 eval
计算字符串形式的 Python 表达式并返回结果。
语法结构：
eval(expression)
expression 参数不可缺省，且必须为字符串。
# 1. 计算输入表达式的结果expr = input("请输入一个算式（如 2+3*4 ）：")result = eval(expr) # 仅限可信输入print("计算结果为：", result)# 2. 无参数时（错误示例）# eval # 会报错：TypeError: eval missing 1 required argument提示：
eval 会执行任意代码，存在安全风险。推荐使用更安全的第三库替代方案，如 或 。
from simpleeval import simple_evalresult = simple_eval(expr)4.2.3 输出函数 print
用于将一个或多个对象输出到终端或标准输出设备。
语法结构：
print(*objects, sep=' ', end='\n')
sep 参数用于设置输出对象间的分隔符，默认为空格 ' '。
end 参数用于设置结尾字符，默认为换行 '\n'。
# 1. 基本输出print("Hello, Python!")# 2. 无参数输出（换行）printprint("这行文字会在空行之后显示。")# 3. 多对象与分隔符print("2025", "04", "20", sep="-") # 输出：2025-04-20# 4. 不换行输出print("加载中", end="...") print("完成")print 可以通过多种方式实现格式化输出：百分号格式化、str.format 方法和 f-string等。
# 1. 百分号格式化print("姓名：%s，年龄：%d" % ("Alice", 20))# 2. format 方法print("姓名：{}，年龄：{}".format("Alice", 20))# 3. f-string（推荐）name, age = "Alice", 20print(f"姓名：{name}，年龄：{age}")4.3 综合示例与应用
学习完输入与输出后，我们即可编写完整的交互程序。
例 4.3.1几何体体积计算器
通过输入圆柱体的半径和高，计算其体积。
# 计算圆柱体的体积：V = π * r^2 * himport math # 导入数学库以使用 π# 输入半径和高r = float(input("请输入圆柱体的半径："))h = float(input("请输入圆柱体的高："))# 计算体积v = math.pi * r ** 2 * h# 输出结果（保留两位小数）print("圆柱体的体积为：", round(v, 2))运行示例：
请输入圆柱体的半径：3请输入圆柱体的高：5圆柱体的体积为：141.37例 4.3.2 表达式求值器
输入一个数学表达式并计算结果。
# 计算输入的算式结果from simpleeval import simple_evalexpr = input("请输入一个算式（如 2+3*4 ）：")# 使用 simpleeval 库的 simple_eval 函数result = simple_eval(expr)print("计算结果为：", result)运行示例：
提示：
应事先在终端窗口安装第三方库，例如：
pip install simpleeval例 4.3.3 关键词统计器
统计用户输入中指定关键词出现的次数。
# 模拟文本分析：统计关键词出现次数text = input("请输入一句话：")key = input("请输入要统计的关键词：")count = text.count(key)print("关键词出现次数：", count)运行示例：
请输入一句话：AI is changing the world, AI is everywhere.请输入要统计的关键词：AI关键词出现次数： 2此程序模拟最基础的文本分析过程，是自然语言处理（NLP）的入门思维。
小结
本次课介绍了 Python 程序的结构组成与交互功能。学习了变量、表达式、语句、模块等基本元素，掌握了输入、表达式求值与输出的常用函数，并能通过综合示例完成简单的信息处理与展示。
下一次课，我们将进一步学习程序的控制结构，让代码能够根据条件与逻辑做出判断与选择。
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来源：棋泽教育