第1篇 基础知识

第1章 Python概述

Python是一种解释型、面向对象、动态数据类型的高级程序设计语言，是最受欢迎的程序设计语言之一。本章介绍Python语言的基本情况。

1.1 初识Python

首先来了解一下什么是Python，它又有哪些特性。

1.1.1 什么是Python

Python于20世纪80年代末由荷兰人Guido Van Rossum（见图1-1）设计实现。

图1-1　Guido Van Rossum

1991年，Van Rossum公布了0.9.0版本的Python源代码。此版本已经实现了类、函数以及列表、字典和字符串等基本的数据类型。本书将在第2章介绍基本数据类型，第3章介绍函数，第4章介绍类。

0.9.0版本还集成了模块系统，Van Rossum将模块描述为Python主要的编程单元。

1994年，Python 1.0发布。1.0版新增了函数式工具。关于函数式编程将在第6章介绍。

Python 2.0集成了列表推导式（List Comprehension），具体情况将在第2章介绍。

Python 3.0也称为Python 3000或Python 3K。相对于Python的早期版本，这是一个较大的升级。为了不带入过多的累赘，Python 3.0在设计的时候没有考虑向下兼容。Python 3.0的主要设计思想就是通过移除传统的做事方式从而减少特性的重复。很多针对早期Python版本设计的程序都无法在Python 3.0上正常运行。为了照顾现有程序，Python 2.6作为一个过渡版本，基本使用了Python 2.x的语法和库，同时考虑了向Python 3.0的迁移，允许使用部分Python 3.0的语法与函数。基于早期Python版本而能正常运行于Python 2.6并无警告的程序，可以通过一个2 to 3的转换工具无缝迁移到Python 3.0。本书内容基于Python 3.6.4。

经过多年的发展，Python已经成为非常流行的热门程序开发语言。到底有多流行？让我们看看知名的TIOBE开发语言排行榜。TIOBE编程语言排行榜是编程语言流行趋势的一个指标，每月更新，这份排行榜排名基于互联网有经验的程序员、课程和第三方厂商的数量。排名使用著名的搜索引擎（诸如Google、MSN、Yahoo!、Wikipedia、YouTube以及Baidu等）进行计算。该排行榜可以用来衡量程序员的编程技能是否与时俱进，也可以在开发新系统时作为一个语言选择依据。

2018年3月的TIOBE排行榜显示，Python排名第4，如图1-2所示。

图1-2　2018年3月的TIOBE排行榜

可以看到，排名前6的编程语言依次是Java、C、C++、Python、C#、Visual Basic.NET，由此可见Python的流行程度。

1.1.2 Python的特性

下面简要介绍一下Python的基本特性。

（1）简单易学：Python语言很简洁，语法也很简单，只需要掌握基本的英文单词就可以读懂Python程序。这对初学者无疑是个好消息。因为简单就意味着易学，可以很轻松地上手。

（2）Python是开源的、免费的：开源是开放源代码的简称。也就是说，用户可以免费获取Python的发布版本源代码，阅读、甚至修改源代码。很多志愿者将自己的源代码添加到Python中，从而使其日臻完善。

（3）Python是高级语言：与Java一样，Python不依赖任何硬件系统，因此属于高级开发语言。在使用Python开发应用程序时，不需要关注低级的硬件问题，如内存管理。

（4）高可移植性：由于开源的缘故，Python兼容很多平台。如果在编程时多加留意系统依赖的特性，Python程序无需进行任何修改，就可以在各种平台上运行。Python支持的平台包括Linux、Windows、FreeBSD、Macintosh、Solaris、OS/2、Amiga、AROS、AS/400、BeOS、OS/390、z/OS、Palm OS、QNX、VMS、Psion、Acorn RISC OS、VxWorks、PlayStation、Sharp Zaurus、Windows CE和PocketPC等。

（5）Python是解释型语言：计算机不能直接理解高级语言，只能直接理解机器语言。使用解释型语言编写的源代码不是直接翻译成机器语言，而是先翻译成中间代码，再由解释器对中间代码进行解释运行。因此使用Python编写的程序不需要翻译成二进制的机器语言，而是直接从源代码运行，即运行Python程序时，由Python解释器将源代码转换为字节码（中间代码），然后再执行这些字节码。过程如图1-3所示。

图1-3　Python程序的运行过程

（6）Python全面支持面向对象的程序设计思想：面向对象是目前最流行的程序设计思想。所谓面向对象，就是基于对象的概念，以对象为中心，类和继承为构造机制，认识了解刻画客观世界以及开发出相应的软件系统。关于面向对象的程序设计思想的细节将在第4章介绍。

（7）高可扩展性：如果希望一段代码可以很快地运行，或者不希望公开一个算法，则可以使用C或C++编写这段程序，然后在Python中调用，从而实现对Python程序的扩展。

（8）支持嵌入式编程：可以将Python程序嵌入到C/C++程序中，从而为C/C++程序提供处理脚本的能力。

（9）功能强大的开发库：Python标准库非常庞大，可以实现包括正则表达式、文档生成、单元测试、线程、数据库、浏览器、CGI、FTP、E-mail、XML、XML-RPC、HTML、加密、GUI（图形用户界面）等功能。除了标准库外，Python还有很多功能强大的库，本书后面部分会介绍这些库的具体情况。

1.2 开始Python编程

本节将介绍如何配置Python开发的环境，并介绍如何编写一个简单的Python程序。通过对本节的学习，读者就可以开始Python编程。

1.2.1 下载和安装Python

访问网址https://www.python.org/downloads/，可以下载Python，如图1-4所示。

图1-4　下载Python

在编写本书（第2版）时，Python for Windows有2个最新版本，2.0系列的最新版本为Python 2.7.14，3.0系列的最新版本为Python 3.6.4。本书内容基于Python 3.6.4。

单击Download Python 3.6.4按钮，下载后会得到python-3.6.4.exe。双击python-3.6.4.exe，即可按照向导安装Python 3.6.4。

在Windows中安装后，“开始”菜单的“所有程序”中会出现一个Python 3.6分组。单击其下面的Python 3.6菜单项，就可以打开Python命令窗口，如图1-5所示。也可以通过打开Windows命令窗口，然后运行Python命令，来打开Python命令窗口。

图1-5　Python安装成功后打开Python命令窗口

Python命令实际上就是Python的解释器。在>>>后面输入Python程序，按Enter键后即可被解释执行。例如，输入下面的代码，可以打印“我是Python”，运行结果如图1-6所示。

图1-6　打印“我是Python”的结果

print('我是Python')

print()函数用于输出数据，关于函数的具体情况将在第3章中介绍。按Ctrl+Z组合键可以退出Python环境。

1.2.2 执行Python脚本文件

1.2.1节介绍了在命令行里面执行Python程序的方法。这正是解释型语言的特点，语句可以一行一行地解释执行，不需要编译生成一个exe文件。但这也不是程序员所习惯的编程方式，比较大的应用程序都是存放在一个文件中，然后一起执行的。当然，Python也可以这样，Python脚本文件的扩展名为.py。

【例1-1】　创建一个文件MyfirstPython.py，使用记事本编辑它的内容如下。

# My first Python program
print('I am Python')

保存后，打开命令窗口。切换到MyfirstPython.py所在的目录，然后执行下面的命令。

python MyfirstPython.py

运行结果如下。

I am Python

#是Python的注释符，后面的内容为注释信息不会被执行。“I am Python”是一个字符串。关于字符串的具体情况将在第2章介绍。

1.2.3 Python语言的基本语法

本节介绍Python语言的基本语法，这些都是日后编写Python程序需要了解和注意的。

1. Python语句

Python程序由Python语句组成，通常一行编写一个语句。例如，

print('Hello,')
print('I am Python')

Python语句可以没有结束符，不像C或C#那样在语句后面必须有分号（；）表示结束。当然，Python程序中也可以根据习惯在语句后面使用分号（;）。

也可以把多个语句写在一行，此时就要在语句后面加上分号（；）表示结束。

【例1-2】　把多个语句写在一行的例子。

print('Hello,'); print('I am Python');

2. 缩进

缩进指在代码行前面添加空格（一般为4个空格）或按Tab键，这样做可以使程序更有层次、更有结构感，从而使程序更易读。以上两种缩进方法不能混用，建议使用4个空格方式实现缩进。

在Python程序中，缩进不是任意的。平级的语句行（代码块）的缩进必须相同。

【例1-3】　语句缩进的例子。

print('Hello,');
 print('I am Python');

运行这段程序的结果如下。

File " 例1-3.py", line 2
 print('I am Python');
   ^
ndentationError: unexpected indent

从输出的错误信息中可以看到，unexpected indent表明缩进格式不对。因为第2行语句的开始有1个空格。可见，Python的缩进规定是很严谨的。

1.2.4 下载和安装Pywin32

Python是跨平台的编程语言，兼容很多平台。本书内容基于Windows平台，Pywin32是Windows平台下的Python扩展库，提供了很多与Windows系统操作相关的模块。本节介绍下载和安装Pywin32的方法。

访问网址http://sourceforge.net/projects/pywin32/，可以下载Pywin32安装包。

网站页面如图1-7所示。单击Browse All Files超链接，可以打开选择产品页面，如图1-8所示。

图1-7　Pywin32项目主页

图1-8　选择产品页面

单击Pywin32目录，可以打开选择Pywin32版本的页面，如图1-9所示。单击最新的Pywin32版本超链接，可以打开下载文件列表页，如图1-10所示。

图1-9　选择Pywin32版本

图1-10　下载文件列表页面

在笔者编写本书（第2版）时，Pywin32的最新版本为221。根据Python的版本选择要下载的安装包。例如，本书使用的是Python 3.6.4，因此单击pywin32-221.win64-py3.6.exe超链接，可以下载得到Pywin32的安装包pywin32-221.win64-py3.6.exe。

运行pywin32-221.win64-py3.6.exe，就可以安装Pywin32。首先打开欢迎窗口，如图1-11所示。单击“下一步”按钮，打开选择目录窗口，如图1-12所示。

图1-11　欢迎窗口

图1-12　选择目录窗口

安装程序会从注册表中自动获取Python 3.6的安装目录，读者也可以手动设置。设置完成后，单击“下一步”按钮，打开准备安装窗口，再单击“下一步”按钮即可开始安装。安装完成后，会打开完成窗口。

1.3 Python文本编辑器IDLE

Python是一种脚本语言，它并没有提供一个官方的开发环境，需要用户自主选择编辑工具。

1.3.1 打开IDLE

Python对文本编辑器没有特殊要求，完全可以使用Windows记事本编辑Python程序。但是Windows记事本的功能毕竟太过简单，而且没有对Python的特殊支持，因此不建议使用。

本节介绍Python自带的文本编辑器IDLE。IDLE的启动文件是idle.bat，它位于C:\Python34\Lib\idlelib目录下。运行idle.bat，即可打开文本编辑器IDLE，如图1-13所示。也可以在开始菜单的所有程序中，选择Python 3.6分组下面的IDLE（Python 3.6 64 bit）菜单项，打开IDLE窗口。

图1-13　文本编辑器IDLE

稍微有点遗憾的是，IDLE没有汉化版。不过对于学习Python编程的读者来说，IDLE菜单里的英文很简单。

1.3.2 新建Python脚本

在菜单里依次选择File/New File（或按【Ctrl+N】组合键）即可新建Python脚本，窗口标题显示脚本名称，初始时为Untitled，也就是还没有保存Python脚本，如图1-14所示。

图1-14　新建Python脚本的窗口

1.3.3 保存Python脚本

在菜单里依次选择File/Save File（或按【Ctrl+S】组合键）即可保存Python脚本。如果是第一次保存，则会弹出保存文件对话框，要求用户输入保存的文件名。

1.3.4 打开Python脚本

在菜单里依次选择File/Open File（或按【Ctrl+O】组合键）会弹出打开文件对话框，要求用户选择要打开的.py文件名。

也可以用鼠标右键单击.py文件，在快捷菜单中选择Edit with IDLE，可直接打开IDLE窗口编辑该脚本。

1.3.5 语法高亮

IDLE支持Python的语法高亮，也就是说，能够以彩色标识出Python语言的关键字，告诉开发人员这个词的特殊作用。例如，在IDLE查看【例1-1】，注释显示为红色，print显示为紫色，字符串显示为绿色。因为本书图片为灰度图，不能体现语法高亮的效果，还是留待读者上机实习时自己体会吧。

1.3.6 自动完成

自动完成指用户在输入单词的开头部分后IDLE可以根据语法或上下文自动完成后面的部分。依次选择Edit/ Expand word菜单项，或者按下【Alt+/】组合键，即可实现自动完成。例如，输入pr后按下【Alt+/】组合键即可自动完成print。

也可以输入Python保留字（常量名或函数名等）的开头，在菜单里依次选择Edit/Show completetions（或按下【Ctrl+空格键】），将会弹出提示框。不过【Ctrl+空格键】与切换输入法的功能键之间存在冲突。例如，输入p然后选择Edit/Show completetions，提示框如图1-15所示。

图1-15　自动完成提示框

可以从提示列表中做出选择，实现自动完成。

1.3.7 语法提示

IDLE还可以显示语法提示帮助程序员完成输入。例如，输入“print(”，IDLE会弹出一个语法提示框，显示print()函数的语法，如图1-16所示。

图1-16　IDLE的语法提示

1.3.8 运行Python程序

在菜单里依次选择Run / Run Module（或按下F5键），可以在IDLE中运行当前的Python程序。例如，运行【例1-2】的界面如图1-17所示。

图1-17　运行例1-2的界面

如果程序中有语法错误，运行时会弹出一个invalid syntax提示。然后将会有一个浅红色方块定位在错误处。例如，运行下面的程序：

print(,'Hello,');

在print ()函数中多了一个逗号。定位错误的界面如图1-18所示。

图1-18　运行时定位在错误处

可以看到，在多出的逗号处有一个浅红色方块。

1.3.9 IDLE的菜单项

因为IDLE没有中文版，所以这里介绍一下它的常用菜单项，如表1-1所示。

表1-1　IDLE的常用菜单项

习题

一、选择题

1. 下面不属于Python特性的是（　　）。

A. 简单易学

B. 开源的、免费的

C. 属于低级语言

D. 高可移植性

2. Python脚本文件的扩展名为（　　）。

A. .python

B. .py

C. .pt

D. .pg

二、填空题

1. ______是Python的注释符。

2. Python自带的文本编辑器是______。

三、简答题

1. 简述Python程序的运行过程。

2. 简述Python的特性。