Целые числа (int) в языке Python

Раздел: Основы Python -> Основные типы данных

Объект int в Python

int в Python - это неизменяемый тип данных для представления целых чисел произвольной точности. Он поддерживает все стандартные арифметические операции, сравнения, битовые операции, а также методы преобразования и анализа. В отличие от некоторых языков, целые числа в Python не ограничены фиксированным количеством бит (кроме выделяемой памяти). Объекты int создаются при записи целого числа в коде (например, 42) или при вызове конструктора int(). Они используются повсеместно: от счётчиков до индексов и флаговых масок.

Базовое создание:

a = 5
b = int(3.14)  # преобразование из float
c = int("1010", 2)  # 10 в десятичной

Python callable object (вызываемый объект в python)

print(a, b, c)  # 5 3 10

Int object python (объект int в python)

Как преобразовать строку с числом в объект int?

Самый простой способ - использовать конструктор int() со строкой в качестве аргумента. Он корректно обрабатывает ведущие пробелы и знаки.

s = "   -42  "
num = int(s)
print(num)

встроенные типы python (встроенные типы python)

-42

Цель: парсинг пользовательского ввода или данных из текстовых файлов.

Типичная ошибка: если строка содержит нечисловые символы (кроме знака и пробелов), возникает ValueError. Решение - предварительная проверка или перехват исключения.

try:
    val = int("123a")
except ValueError as e:
    print("Ошибка:", e)

Ошибка: invalid literal for int() with base 10: '123a'

Как создать int из строки с нестандартным основанием?

Второй аргумент int() задаёт основание системы счисления (от 2 до 36). Это позволяет разбирать двоичные, восьмеричные, шестнадцатеричные и другие записи.

bin_str = "1101"
oct_str = "17"
hex_str = "FF"
print(int(bin_str, 2))  # 13
print(int(oct_str, 8))  # 15
print(int(hex_str, 16)) # 255

13
15
255

Случаи использования: работа с цветами (HEX), декодирование сетевых адресов, бинарные протоколы.

Как получить целую часть от деления без округления?

Оператор // выполняет деление с округлением вниз (пол). Для положительных чисел это обычное целочисленное деление, для отрицательных - результат меньше или равен точному частному.

print(7 // 2)   # 3
print(-7 // 2)  # -4 (а не -3)

3
-4

Проблема: новички ожидают усечение к нулю при отрицательных числах. Для усечения к нулю используется int() от результата обычного деления или math.trunc().

import math
print(int(-7/2))    # -3
print(math.trunc(-7/2)) # -3

Как выполнить побитовые операции с целыми числами?

Python предоставляет полный набор побитовых операторов: & (И), | (ИЛИ), ^ (исключающее ИЛИ), ~ (НЕ), << (сдвиг влево), >> (сдвиг вправо). Они работают с бесконечной битовой длиной (отрицательные числа хранятся в дополнительном коде).

a = 0b1100   # 12
b = 0b1010   # 10
print(a & b)  # 1000 -> 8
print(a | b)  # 1110 -> 14
print(a ^ b)  # 0110 -> 6
print(~a)     # -13 (инвертирование всех битов)
print(a << 1) # 11000 -> 24
print(a >> 1) # 110 -> 6

Применения: флаговые маски, кодирование/декодирование, работа с аппаратными регистрами.

Как определить количество бит, необходимых для представления числа?

Метод bit_length() возвращает минимальное количество бит без учёта знака. Для нуля возвращает 0.

print((10).bit_length())    # 4 (1010)
print((0).bit_length())     # 0
print((-10).bit_length())   # 10? Нет, для отрицательных считается по модулю: 4

4
0
4

Когда пригодится: оценка размера данных, выделение памяти, оптимизация битовых структур.

Как преобразовать int в последовательность байт?

Метод to_bytes(length, byteorder) (Python 3.2+) возвращает байтовый объект фиксированной длины. Порядок байт - 'big' или 'little'. Для работы с интеграцией с C, сетевыми протоколами, файловыми форматами.

x = 0x1234
print(x.to_bytes(2, 'big'))   # b'\x12\x34'
print(x.to_bytes(2, 'little'))# b'\x34\x12'

b'\x12\x34'
b'\x34\x12'

Ошибка: если длина недостаточна, возникает OverflowError. Решение - заранее вычислить bit_length и поделить на 8.

Как преобразовать последовательность байт обратно в int?

Классный метод int.from_bytes(bytes, byteorder) восстанавливает целое число из байтов.

b = b'\x12\x34'
print(int.from_bytes(b, 'big'))    # 4660
print(int.from_bytes(b, 'little')) # 13330

4660
13330

Использование: чтение бинарных данных из сокетов, файлов, структур C (struct.unpack тоже может, но from_bytes проще).

Продвинутые примеры работы с int

1. Подсчёт установленных бит (bit_count)

Метод bit_count() (Python 3.8+) возвращает количество единичных бит в двоичном представлении числа. Это эффективный способ проверки чётности числа единиц, анализа битовых масок.

Пример

x = 0b101101
print(x.bit_count())  # 4 (биты: 1+0+1+1+0+1)

Сравнение с циклом:

Пример

def popcount_loop(n):
    count = 0
    while n:
        count += n & 1
        n >>= 1
    return count

print(popcount_loop(0b101101))  # 4

Пояснение: bit_count реализован на C и работает быстрее на больших числах. Подходит для криптографии, контроля ошибок (Hamming weight).

2. int как вызываемый объект для iter

Объект int может выступать в качестве функции, возвращающей всегда 0. Это нестандартное использование, возможное благодаря тому, что int() без аргумента возвращает 0. В сочетании с iter(callable, sentinel) можно создать бесконечную последовательность нулей до достижения стоп-значения.

Пример

import itertools

# Бесконечный генератор нулей
zero_gen = iter(int, 1)  # int() будет вызываться, пока не вернёт 1 (никогда)
print(list(itertools.islice(zero_gen, 5)))  # [0, 0, 0, 0, 0]

[0, 0, 0, 0, 0]

Цель: создание однородного итератора без лямбда-функции, хотя обычно используют itertools.repeat(0).

3. Преобразование между системами счисления с помощью format

Метод format() и f-строки позволяют легко получить строковое представление в разных системах счисления с префиксами.

Пример

x = 255
print(bin(x))            # '0b11111111'
print(oct(x))            # '0o377'
print(hex(x))            # '0xff'
# Без префиксов
print(f"{x:b}")          # '11111111'
print(f"{x:#x}")         # '0xff' (с префиксом)

0b11111111
0o377
0xff
11111111
0xff

Подводный камень: bin() всегда выдаёт префикс '0b', его можно удалить срезом [2:]. Для больших отрицательных чисел работает дополнительный код с бесконечными единицами - bin(-1) вернёт '-0b1'.

4. int в качестве хеша и ключа словаря

Хеш целого числа равен самому числу (для чисел, укладывающихся в машинное слово, иначе - по модулю). Это делает int идеальным ключом для словарей - быстрое сравнение и вычисление хеша.

Пример

d = {10: 'десять', -3: 'минус три'}
print(hash(10))  # 10
print(hash(0x10000000000000000))  # возможно, другое значение

10
4294967296

Интересный факт: hash(0) == hash(False) и hash(1) == hash(True), поэтому ключи 0 и False считаются одинаковыми.

Пример

d = {0: 'ноль', False: 'ложь'}
print(d[0])  # 'ложь' (последняя запись перезаписала)

ложь

5. int и memoryview

Целые числа могут быть напрямую интерпретированы как байтовые буферы через to_bytes, но не через memoryview - он не поддерживает int. Однако можно создать массив из одного int и получить memoryview на него.

Пример

import array
arr = array.array('i', [0x12345678])  # 4-байтовое знаковое целое
mv = memoryview(arr)
print(mv.cast('B').tolist())  # список байт (маленький endian на x86)

[120, 86, 52, 18]

Пояснение: такой подход используется при работе с бинарными форматами изображений или сокетами, где требуется изменять байты без копирования.

Объект int в Python - comments

Int object python (python)