# 第 1-3 课：输入与输出

## 一、本课目标

完成本课后，你应该能够：

1. 解释程序的输入、处理和输出；
2. 使用 `input()` 接收用户输入；
3. 理解 `input()` 得到的结果始终是字符串；
4. 将输入的数字文本转换成整数或浮点数；
5. 使用 f-string 输出包含变量的完整句子；
6. 使用 `print()` 的 `sep` 和 `end` 调整简单的输出格式；
7. 编写一个能与用户进行基础交互的小程序。

## 二、前置知识

开始本课前，你应该已经掌握：

- 使用 `print()` 输出内容；
- 创建和使用变量；
- 区分 `str`、`int`、`float` 和 `bool`；
- 使用 `int()`、`float()` 和 `str()` 进行简单类型转换；
- 使用 f-string 将变量放入字符串。

## 三、程序的输入、处理和输出

很多程序都可以简化成三个阶段：

```text
输入（Input） → 处理（Process） → 输出（Output）
```

例如，一个计算明年年龄的程序：

1. 输入：用户输入当前年龄；
2. 处理：当前年龄加 `1`；
3. 输出：显示明年的年龄。

第一课中的程序只有固定输出。学会输入后，程序就能根据不同用户提供的数据生成不同结果。

## 四、使用 `input()` 接收输入

最简单的输入代码如下：

```python
user_name = input("请输入你的名字：")
print(f"你好，{user_name}！")
```

运行到 `input()` 时，程序会暂停并等待用户输入。用户输入内容并按下回车键后，程序才会继续向下执行。

`input()` 圆括号中的字符串称为提示语，用于告诉用户应该输入什么。

执行过程如下：

```text
程序显示：请输入你的名字：
用户输入：Bruce
用户按下回车键
变量 user_name 保存字符串 "Bruce"
程序显示：你好，Bruce！
```

## 五、`input()` 的结果始终是字符串

无论用户输入看起来像文字、整数还是小数，`input()` 返回的结果都是字符串 `str`。

```python
age = input("请输入你的年龄：")
print(type(age))
```

如果输入 `18`，类型仍然是：

```text
<class 'str'>
```

这是因为终端接收到的是用户键入的一串字符。Python 不会擅自判断这串字符应该表示姓名、年龄、电话号码还是其他内容。

## 六、输入数字后进行类型转换

如果输入内容需要参与数学计算，就要先进行类型转换。

### 6.1 转换为整数

```python
age_text = input("请输入你的年龄：")
age = int(age_text)
next_year_age = age + 1

print(f"明年你将 {next_year_age} 岁。")
```

这里特意使用两个变量：

- `age_text` 保存用户输入的原始字符串；
- `age` 保存转换后的整数。

这样命名能清楚表达数据转换前后的区别。

也可以写成：

```python
age = int(input("请输入你的年龄："))
```

这种写法更短，但初学阶段不容易观察每一步。建议先掌握分步写法，理解后再使用组合写法。

### 6.2 转换为浮点数

如果用户可能输入小数，可以使用 `float()`：

```python
daily_hours_text = input("你计划每天学习多少小时：")
daily_hours = float(daily_hours_text)
weekly_hours = daily_hours * 7

print(f"按照计划，你每周将学习 {weekly_hours} 小时。")
```

## 七、转换失败时会发生什么

如果程序执行 `int("十八")`，Python 无法把中文“十八”直接转换成整数，会产生类似错误：

```text
ValueError: invalid literal for int()
```

`ValueError` 可以理解为“数据的值不适合当前操作”。

本课练习时，请按照提示输入正确格式的数据。以后学习异常处理时，我们会让程序在用户输入错误后给出友好提示，而不是直接结束。

## 八、使用 f-string 组织输出

从用户取得数据后，常常要把多个变量组合成容易阅读的结果：

```python
user_name = "Bruce"
learning_days = 3
daily_hours = 2.5

print(f"{user_name} 已学习 Python {learning_days} 天，每天计划学习 {daily_hours} 小时。")
```

f-string 中：

- 引号内的普通文字会原样显示；
- 花括号中的变量会替换成变量保存的数据；
- 花括号中也可以放简单计算。

例如：

```python
print(f"一周计划学习 {daily_hours * 7} 小时。")
```

为了让代码更容易阅读，较重要或较复杂的计算通常先保存到变量中，再进行输出。

## 九、一次接收多个输入

程序可以连续调用多次 `input()`：

```python
user_name = input("请输入你的名字：")
learning_goal = input("请输入你的学习目标：")

print(f"学习者：{user_name}")
print(f"学习目标：{learning_goal}")
```

每次遇到 `input()`，程序都会等待一次输入。输入顺序必须与程序询问顺序一致。

## 十、进一步认识 `print()`

### 10.1 一次输出多个内容

`print()` 可以接收多个内容，中间使用英文逗号分隔：

```python
print("Python", "FastAPI", "Django")
```

默认输出：

```text
Python FastAPI Django
```

注意：代码中的英文逗号负责分隔多个数据，默认显示结果会使用空格连接它们。

### 10.2 使用 `sep` 设置分隔符

`sep` 是 separator 的缩写，表示多个输出内容之间的分隔符：

```python
print("Python", "FastAPI", "Django", sep=" -> ")
```

输出：

```text
Python -> FastAPI -> Django
```

`sep` 不是需要显示的普通内容，而是传给 `print()` 的命名参数。函数和参数将在后续课程系统讲解，本课先掌握这种常用写法。

### 10.3 使用 `end` 设置结尾

`print()` 默认在输出结束后换行。可以通过 `end` 改变结尾：

```python
print("正在学习", end="：")
print("Python")
```

输出：

```text
正在学习：Python
```

第一条 `print()` 没有立即换行，因此第二条内容接在后面。

现阶段不要过度使用 `sep` 和 `end`。只有当它们能让输出格式更清楚时才使用。

## 十一、空字符串

如果用户看到输入提示后没有输入任何内容，直接按下回车键，`input()` 会返回空字符串：

```python
""
```

空字符串是一个长度为零的字符串。它不是 `0`，也不是 `False` 本身。

以后学习条件判断时，我们会检查用户是否输入了内容。本课练习时，请按提示提供非空数据。

## 十二、运行本课示例

在 PowerShell 中执行：

```powershell
cd D:\Code\Python\01_python基础\1_3_输入与输出
python input_output.py
```

程序会依次要求你输入：

1. 姓名或称呼；
2. 已学习 Python 的天数；
3. 每天计划学习的小时数；
4. 学习目标。

可以参考以下输入：

```text
Bruce
3
2.5
开发 LLM Agent
```

输入整数和小数时暂时不要使用中文数字或附加单位。例如输入 `3`，不要输入 `3天`。

## 十三、示例程序执行过程

`input_output.py` 大致完成以下步骤：

1. 接收姓名并保存为字符串；
2. 接收学习天数的原始文本；
3. 把学习天数转换为整数；
4. 接收每天学习小时数的原始文本；
5. 把学习小时数转换为浮点数；
6. 接收学习目标；
7. 计算每周计划学习时间；
8. 使用 f-string 输出个人学习计划。

请对照源代码，找出每一步对应的代码。

## 十四、常见错误

### 14.1 程序像是停止了

如果最后显示输入提示但没有出现新的 PowerShell 提示符，程序通常不是卡住，而是在等待你输入内容并按回车键。

### 14.2 数字后添加了单位

输入：

```text
3天
```

不能直接通过 `int()` 转换。提示要求输入数字时，应只输入：

```text
3
```

单位由程序在输出时添加。

### 14.3 把 `input` 写成大写

Python 区分大小写。正确名称是 `input`，不是 `Input` 或 `INPUT`。

### 14.4 忘记保存输入结果

```python
input("请输入名字：")
print(user_name)
```

上面的输入没有赋给 `user_name`，之后使用该变量会产生 `NameError`。

正确写法：

```python
user_name = input("请输入名字：")
```

### 14.5 字符串不能直接与整数相加

```text
age_text = input("请输入年龄：")
next_year_age = age_text + 1
```

`age_text` 是字符串，必须先使用 `int()` 转换后再参与加法计算。

## 十五、课堂练习

打开 `practice.py`，编写一个“Agent 开发学习计划生成器”。程序需要接收用户输入，完成简单计算，并输出一份格式清晰的学习计划。

运行命令：

```powershell
python practice.py
```

请至少使用一次：

- `input()`；
- `int()`；
- `float()`；
- f-string；
- 有明确含义的英文变量名。

## 十六、思考题

1. 为什么用户输入 `18` 后，`input()` 返回的仍然是字符串？
2. 什么时候应使用 `int()`，什么时候应使用 `float()`？
3. 如果用户输入 `2.5`，能否使用 `int()` 直接转换？
4. `print("A", "B", sep="-")` 会输出什么？
5. 为什么输入数字时不建议让用户同时输入“天”“小时”等单位？

## 十七、本课小结

- 许多程序都包含输入、处理和输出三个阶段；
- `input()` 会显示提示并等待用户输入；
- `input()` 返回的数据始终是字符串；
- 数字文本参与计算前，通常需要使用 `int()` 或 `float()` 转换；
- f-string 可以将用户输入、计算结果和固定文字组合起来；
- `print()` 可以一次输出多个数据；
- `sep` 可以设置多个数据之间的分隔符；
- `end` 可以设置输出结尾；
- 转换数字时，输入内容必须符合对应格式。

## 十八、验收标准

- [ ] 能使用 `input()` 接收并保存用户输入；
- [ ] 能证明 `input()` 返回的是字符串；
- [ ] 能把数字文本转换为整数或浮点数；
- [ ] 能使用输入的数据进行简单计算；
- [ ] 能使用 f-string 输出完整句子；
- [ ] 能使用 `sep` 或 `end` 调整一次输出；
- [ ] 能完成并运行 `practice.py`；
- [ ] 能回答五道思考题。