Python 复习
2020-12-12 21:06
Python是著名的“龟叔”Guido van Rossum在1989年圣诞节期间，为了打发无聊的圣诞节而编写的一个编程语言。
现在，全世界差不多有600多种编程语言，但流行的编程语言也就那么20来种。如果你听说过TIOBE排行榜，你就能知道编程语言的大致流行程度。这是最近10年最常用的10种编程语言的变化图：
总的来说，这几种编程语言各有千秋。C语言是可以用来编写操作系统的贴近硬件的语言，所以，C语言适合开发那些追求运行速度、充分发挥硬件性能的程序。而Python是用来编写应用程序的高级编程语言。
当你用一种语言开始作真正的软件开发时，你除了编写代码外，还需要很多基本的已经写好的现成的东西，来帮助你加快开发进度。比如说，要编写一个电子邮件客户端，如果先从最底层开始编写网络协议相关的代码，那估计一年半载也开发不出来。高级编程语言通常都会提供一个比较完善的基础代码库，让你能直接调用，比如，针对电子邮件协议的SMTP库，针对桌面环境的GUI库，在这些已有的代码库的基础上开发，一个电子邮件客户端几天就能开发出来。
Python就为我们提供了非常完善的基础代码库，覆盖了网络、文件、GUI、数据库、文本等大量内容，被形象地称作“内置电池（batteries included）”。用Python开发，许多功能不必从零编写，直接使用现成的即可。
除了内置的库外，Python还有大量的第三方库，也就是别人开发的，供你直接使用的东西。当然，如果你开发的代码通过很好的封装，也可以作为第三方库给别人使用。
许多大型网站就是用Python开发的，例如YouTube、Instagram，还有国内的豆瓣。很多大公司，包括Google、Yahoo等，甚至NASA（美国航空航天局）都大量地使用Python。
龟叔给Python的定位是“优雅”、“明确”、“简单”，所以Python程序看上去总是简单易懂，初学者学Python，不但入门容易，而且将来深入下去，可以编写那些非常非常复杂的程序。
总的来说，Python的哲学就是简单优雅，尽量写容易看明白的代码，尽量写少的代码。如果一个资深程序员向你炫耀他写的晦涩难懂、动不动就几万行的代码，你可以尽情地嘲笑他。
那Python适合开发哪些类型的应用呢？
首选是网络应用，包括网站、后台服务等等；
其次是许多日常需要的小工具，包括系统管理员需要的脚本任务等等；
另外就是把其他语言开发的程序再包装起来，方便使用。
最后说说Python的缺点。
任何编程语言都有缺点，Python也不例外。优点说过了，那Python有哪些缺点呢？
第一个缺点就是运行速度慢，和C程序相比非常慢，因为Python是解释型语言，你的代码在执行时会一行一行地翻译成CPU能理解的机器码，这个翻译过程非常耗时，所以很慢。而C程序是运行前直接编译成CPU能执行的机器码，所以非常快。
但是大量的应用程序不需要这么快的运行速度，因为用户根本感觉不出来。例如开发一个下载MP3的网络应用程序，C程序的运行时间需要0.001秒，而Python程序的运行时间需要0.1秒，慢了100倍，但由于网络更慢，需要等待1秒，你想，用户能感觉到1.001秒和1.1秒的区别吗？这就好比F1赛车和普通的出租车在北京三环路上行驶的道理一样，虽然F1赛车理论时速高达400公里，但由于三环路堵车的时速只有20公里，因此，作为乘客，你感觉的时速永远是20公里。
第二个缺点就是代码不能加密。如果要发布你的Python程序，实际上就是发布源代码，这一点跟C语言不同，C语言不用发布源代码，只需要把编译后的机器码（也就是你在Windows上常见的xxx.exe文件）发布出去。要从机器码反推出C代码是不可能的，所以，凡是编译型的语言，都没有这个问题，而解释型的语言，则必须把源码发布出去。
这个缺点仅限于你要编写的软件需要卖给别人挣钱的时候。好消息是目前的互联网时代，靠卖软件授权的商业模式越来越少了，靠网站和移动应用卖服务的模式越来越多了，后一种模式不需要把源码给别人。
再说了，现在如火如荼的开源运动和互联网自由开放的精神是一致的，互联网上有无数非常优秀的像Linux一样的开源代码，我们千万不要高估自己写的代码真的有非常大的“商业价值”。那些大公司的代码不愿意开放的更重要的原因是代码写得太烂了，一旦开源，就没人敢用他们的产品了。
当然，Python还有其他若干小缺点，请自行忽略，就不一一列举了。
安装Python
因为Python是跨平台的，它可以运行在Windows、Mac和各种Linux/Unix系统上。在Windows上写Python程序，放到Linux上也是能够运行的。
要开始学习Python编程，首先就得把Python安装到你的电脑里。安装后，你会得到Python解释器（就是负责运行Python程序的），一个命令行交互环境，还有一个简单的集成开发环境。
安装Python 3.7
目前，Python有两个版本，一个是2.x版，一个是3.x版，这两个版本是不兼容的。由于3.x版越来越普及，我们的教程将以最新的Python 3.7版本为基础。请确保你的电脑上安装的Python版本是最新的3.7.x，这样，你才能无痛学习这个教程。
在Mac上安装Python
如果你正在使用Mac，系统是OS X>=10.9，那么系统自带的Python版本是2.7。要安装最新的Python 3.7，有两个方法：
方法一：从Python官网下载Python 3.7的安装程序（网速慢的同学请移步国内镜像），双击运行并安装；
方法二：如果安装了Homebrew，直接通过命令brew install python3安装即可。
在Linux上安装Python
如果你正在使用Linux，那我可以假定你有Linux系统管理经验，自行安装Python 3应该没有问题，否则，请换回Windows系统。
对于大量的目前仍在使用Windows的同学，如果短期内没有打算换Mac，就可以继续阅读以下内容。
在Windows上安装Python
首先，根据你的Windows版本（64位还是32位）从Python的官方网站下载Python 3.7对应的64位安装程序或32位安装程序（网速慢的同学请移步国内镜像），然后，运行下载的EXE安装包：
特别要注意勾上Add Python 3.7 to PATH，然后点“Install Now”即可完成安装。
运行Python
安装成功后，打开命令提示符窗口，敲入python后，会出现两种情况：
情况一：
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Microsoft Windows [Version 10.0.0] │
│(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved. │
│ │
│C:\> python │
│Python 3.7.x ... │
│[MSC v... 64 bit (AMD64)] on win32 │
│Type "help", "copyright", "credits" or "license" for mor│
│information. │
│>>> _ │
│ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
看到上面的画面，就说明Python安装成功！
你看到提示符>>>就表示我们已经在Python交互式环境中了，可以输入任何Python代码，回车后会立刻得到执行结果。现在，输入exit()并回车，就可以退出Python交互式环境（直接关掉命令行窗口也可以）。
情况二：得到一个错误：
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Microsoft Windows [Version 10.0.0] │
│(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved. │
│ │
│C:\> python │
│‘python‘ is not recognized as an internal or external co│
│mmand, operable program or batch file. │
│ │
│C:\> _ │
│ │
│ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
这是因为Windows会根据一个Path的环境变量设定的路径去查找python.exe，如果没找到，就会报错。如果在安装时漏掉了勾选Add Python 3.7 to PATH，那就要手动把python.exe所在的路径添加到Path中。
如果你不知道怎么修改环境变量，建议把Python安装程序重新运行一遍，务必记得勾上Add Python 3.7 to PATH。
小结
学会如何把Python安装到计算机中，并且熟练打开和退出Python交互式环境。
在Windows上运行Python时，请先启动命令行，然后运行python。
在Mac和Linux上运行Python时，请打开终端，然后运行python3。
Python解释器
当我们编写Python代码时，我们得到的是一个包含Python代码的以.py为扩展名的文本文件。要运行代码，就需要Python解释器去执行.py文件。
由于整个Python语言从规范到解释器都是开源的，所以理论上，只要水平够高，任何人都可以编写Python解释器来执行Python代码（当然难度很大）。事实上，确实存在多种Python解释器。
CPython
当我们从Python官方网站下载并安装好Python 3.x后，我们就直接获得了一个官方版本的解释器：CPython。这个解释器是用C语言开发的，所以叫CPython。在命令行下运行python就是启动CPython解释器。
CPython是使用最广的Python解释器。教程的所有代码也都在CPython下执行。
IPython
IPython是基于CPython之上的一个交互式解释器，也就是说，IPython只是在交互方式上有所增强，但是执行Python代码的功能和CPython是完全一样的。好比很多国产浏览器虽然外观不同，但内核其实都是调用了IE。
CPython用>>>作为提示符，而IPython用In [序号]:作为提示符。
PyPy
PyPy是另一个Python解释器，它的目标是执行速度。PyPy采用JIT技术，对Python代码进行动态编译（注意不是解释），所以可以显著提高Python代码的执行速度。
绝大部分Python代码都可以在PyPy下运行，但是PyPy和CPython有一些是不同的，这就导致相同的Python代码在两种解释器下执行可能会有不同的结果。如果你的代码要放到PyPy下执行，就需要了解PyPy和CPython的不同点。
Jython
Jython是运行在Java平台上的Python解释器，可以直接把Python代码编译成Java字节码执行。
IronPython
IronPython和Jython类似，只不过IronPython是运行在微软.Net平台上的Python解释器，可以直接把Python代码编译成.Net的字节码。
小结
Python的解释器很多，但使用最广泛的还是CPython。如果要和Java或.Net平台交互，最好的办法不是用Jython或IronPython，而是通过网络调用来交互，确保各程序之间的独立性。
本教程的所有代码只确保在CPython 3.x版本下运行。请务必在本地安装CPython（也就是从Python官方网站下载的安装程序）。
第一个Python程序
在正式编写第一个Python程序前，我们先复习一下什么是命令行模式和Python交互模式。
命令行模式
在Windows开始菜单选择“命令提示符”，就进入到命令行模式，它的提示符类似C:\>：
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Microsoft Windows [Version 10.0.0] │
│(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved. │
│ │
│C:\> _ │
│ │
│ │
│ │
│ │
│ │
│ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
Python交互模式
在命令行模式下敲命令python，就看到类似如下的一堆文本输出，然后就进入到Python交互模式，它的提示符是>>>。
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - python - □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Microsoft Windows [Version 10.0.0] │
│(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved. │
│ │
│C:\> python │
│Python 3.7 ... on win32 │
│Type "help", ... for more information. │
│>>> _ │
│ │
│ │
│ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
在Python交互模式下输入exit()并回车，就退出了Python交互模式，并回到命令行模式：
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt - □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Microsoft Windows [Version 10.0.0] │
│(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved. │
│ │
│C:\> python │
│Python 3.7 ... on win32 │
│Type "help", ... for more information. │
│>>> exit() │
│ │
│C:\> _ │
│ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
也可以直接通过开始菜单选择Python (command line)菜单项，直接进入Python交互模式，但是输入exit()后窗口会直接关闭，不会回到命令行模式。
了解了如何启动和退出Python的交互模式，我们就可以正式开始编写Python代码了。
在写代码之前，请千万不要用“复制”-“粘贴”把代码从页面粘贴到你自己的电脑上。写程序也讲究一个感觉，你需要一个字母一个字母地把代码自己敲进去，在敲代码的过程中，初学者经常会敲错代码：拼写不对，大小写不对，混用中英文标点，混用空格和Tab键，所以，你需要仔细地检查、对照，才能以最快的速度掌握如何写程序。
在交互模式的提示符>>>下，直接输入代码，按回车，就可以立刻得到代码执行结果。现在，试试输入100+200，看看计算结果是不是300：
>>> 100+200
300
很简单吧，任何有效的数学计算都可以算出来。
如果要让Python打印出指定的文字，可以用print()函数，然后把希望打印的文字用单引号或者双引号括起来，但不能混用单引号和双引号：
>>> print(‘hello, world‘)
hello, world
这种用单引号或者双引号括起来的文本在程序中叫字符串，今后我们还会经常遇到。
最后，用exit()退出Python，我们的第一个Python程序完成！唯一的缺憾是没有保存下来，下次运行时还要再输入一遍代码。
命令行模式和Python交互模式
请注意区分命令行模式和Python交互模式。
在命令行模式下，可以执行python进入Python交互式环境，也可以执行python hello.py运行一个.py文件。
执行一个.py文件只能在命令行模式执行。如果敲一个命令python hello.py，看到如下错误：
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt _ □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Microsoft Windows [Version 10.0.0] │
│(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved. │
│ │
│C:\> python hello.py │
│python: can‘t open file ‘hello.py‘: [Errno 2] No such │
│file or directory │
│ │
│ │
│ │
│ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
错误提示No such file or directory说明这个hello.py在当前目录找不到，必须先把当前目录切换到hello.py所在的目录下，才能正常执行：
┌────────────────────────────────────────────────────────┐
│Command Prompt _ □ x │
├────────────────────────────────────────────────────────┤
│Microsoft Windows [Version 10.0.0] │
│(c) 2015 Microsoft Corporation. All rights reserved. │
│ │
│C:\> cd work │
│ │
│C:\work> python hello.py │
│Hello, world! │
│ │
│ │
│ │
│ │
└────────────────────────────────────────────────────────┘
此外，在命令行模式运行.py文件和在Python交互式环境下直接运行Python代码有所不同。Python交互式环境会把每一行Python代码的结果自动打印出来，但是，直接运行Python代码却不会。
例如，在Python交互式环境下，输入：
>>> 100 + 200 + 300
600
直接可以看到结果600。
但是，写一个calc.py的文件，内容如下：
100 + 200 + 300
然后在命令行模式下执行：
C:\work>python calc.py
发现什么输出都没有。
这是正常的。想要输出结果，必须自己用print()打印出来。把calc.py改造一下：
print(100 + 200 + 300)
再执行，就可以看到结果：
C:\work>python calc.py
600
最后，Python交互模式的代码是输入一行，执行一行，而命令行模式下直接运行.py文件是一次性执行该文件内的所有代码。可见，Python交互模式主要是为了调试Python代码用的，也便于初学者学习，它不是正式运行Python代码的环境！
小结
在Python交互式模式下，可以直接输入代码，然后执行，并立刻得到结果。
在命令行模式下，可以直接运行.py文件。
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