1.2 了解Python

1.2.1 Python简介

Python是一种强大的计算机编程语言。它与最早的编程语言之一Fortran有一些相似之处，但它比Fortran强大得多。Python允许在不声明变量的情况下使用变量（即，它隐式地确定类型），并且它依赖于缩进作为控制结构。

Python是一种具有动态语义的解释型高级编程语言。其内置数据结构，结合动态类型和动态绑定，使其对快速应用程序开发非常有吸引力，并且可用作脚本或黏合语言将现有组件连接在一起。Python简单易学的语法强调可读性，因此降低了程序维护的成本。Python支持模块和包，鼓励程序模块化和代码重用。Python解释器和广泛的标准库以源代码或二进制形式提供，不收取主要平台的费用，可以免费分发。

Python的设计哲学强调代码的可读性和简洁的语法（尤其是使用空格缩进划分代码块，而非使用大括号或者关键词）。相比于C++和Java，Python让开发者能够用更少的代码表达想法。不管是小型还是大型程序，该语言都能让程序的结构清晰明了。Python拥有动态类型系统和垃圾回收功能，能够自动管理内存使用，并且支持多种编程范式，包括面向对象、命令式、函数式和过程式编程，还拥有一个巨大而广泛的标准库。

1.2.2 Python的起源与发展

Python的创始人为吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum），吉多·范罗苏姆是荷兰人，生于荷兰哈勒姆，计算机程序员，为Python程序设计语言的最初设计者及主要架构师，大家都称他为“龟叔”。在Python社区，吉多·范罗苏姆被人们认为是“终身仁慈独裁者（BDFL）”，意思是他仍然关注Python的开发进程，并在必要的时刻做出决定。2018年7月12日，他宣布不再担任Python社区的BDFL。

1982年，吉多·范罗苏姆从阿姆斯特丹大学（University of Amsterdam）获得了数学和计算机硕士学位。然而，尽管他算得上是一位数学家，但他更加享受计算机带来的乐趣。用他的话说，尽管拥有数学和计算机双料资质，他总趋向于做计算机相关的工作，并热衷于做任何和编程相关的事情。

关于Python的起源，吉多·范罗苏姆在1996年写道：

Over six years ago, in December 1989, I was looking for a "hobby" programming project that would keep me occupied during the week around Christmas. My office (a government-run research lab in Amsterdam) would be closed, but I had a home computer, and not much else on my hands. I decided to write an interpreter for the new scripting language I had been thinking about lately: a descendant of ABC that would appeal to Unix/C hackers. I chose Python as a working title for the project, being in a slightly irreverent mood (and a big fan of Monty Python's Flying Circus).

译文：

六年多以前，即1989年12月，我正在寻找一个“业余爱好”编程项目，该项目将使我在圣诞节前后的一周内忙碌起来。我的办公室（由阿姆斯特丹政府运营的研究实验室）将关闭，但我有一台家用计算机，除此之外，手上没有什么其他东西。我决定为我最近考虑的新脚本语言编写一个解释器：衍生自ABC，它将吸引UNIX/C黑客。我选择Python作为该项目的工作名称，是因为当时有点玩世不恭的情绪（并且我是巨蟒剧团之飞行马戏团的忠实拥护者）。

英文Python是大蟒蛇的意思。Python的第一个实现是在Mac机上，Python是从ABC发展起来的，主要受到了Modula-3（另一种相当优美且强大的语言，为小型团体所设计）的影响，并且结合了Unix shell和C的习惯。吉多·范罗苏姆曾是C++程序员，之前也参与设计了ABC的教学语言，吉多·范罗苏姆认为，ABC这种语言非常优美和强大，是专门为非专业程序员设计的。但是ABC语言并没有成功，究其原因，认为是其非开放造成的。他决定在Python中避免这一错误，同时，还想实现在ABC中未曾实现的东西。

1991年，第一个Python编译器诞生，它是用C语言实现的，并能够调用C语言的库文件。从一出生，Python就已经具有了类、函数和异常处理，同时包含表和词典在内的核心数据类型，以及以模块为基础的拓展系统。

Python 2.0于2000年10月16日发布，实现了完整的垃圾回收，并且支持Unicode。同时，整个开发过程更加透明，社群对开发进度的影响逐渐扩大。

Python 3.0于2008年12月3日发布，此版不完全兼容之前的Python源代码。不过，很多新特性后来也被移植到旧的Python 2.6/2.7版本中。

更多Python的发展历史，见表1-1。

1.2.3 Python解释器

用户编写Python代码时，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（Interpreter）去执行.py文件。

解释器是一种计算机程序，能够把高端编程语言一条一条地解释运行。比如PHP、JavaScript、Ruby、Perl也是典型的解释性语言。编译器需要把源程序的每一条语句都编译成机器语言，并保存成二进制文件，然后才能运行程序。而解释器则是只在执行程序时，才一条一条地解释成机器语言给计算机来执行。解释器的优点是比较容易让用户实现跨平台的代码，同时不需要编译即可执行代码，缺点是运行速度慢。

下面对几种常用的Python解释器进行简单介绍。

1.CPython

当从Python官方网站下载并安装好Python 3.7.0后，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，用“>>>”作为提示符。

2.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。IPython用“In [序号]:”作为提示符。

3.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是有一些不同的，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。如果代码要放到PyPy下执行，就需要了解PyPy和CPython的不同点。

4.Jython

Jython（原JPython），是用Java语言编写的Python解释器。Jython运行在Java平台上，可以直接把Python代码编译成Java字节码执行。

5.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。

1.2.4 Python的特点

Python是当前发展最快的主流编程语言之一，Python作为一门高级编程语言，它的诞生虽然很偶然，但是它得到程序员的喜爱却是必然。Python的特点是优雅、明确、简单，对于初学者来说入门容易，将来也很容易深入下去。Python语言具有以下的特点。

1）易于学习：Python关键字相对较少，结构简单，学习起来更加简单。

2）解释型语言：Python是一种解释型语言，源代码可直接运行。

3）面向对象：Python支持除封装以外的所有面向对象编程语言标准特性。

4）丰富的函数库：Python的最大的优势之一是丰富的函数库。

5）跨平台：Python在UNIX、Windows和Macintosh上可以很好地兼容。

6）免费开源：使用者可以免费分发此软件的副本，阅读该软件的源代码，对其进行修改，并在新的免费程序中使用其中的一部分。

7）数据库：Python提供所有主要的商业数据库的接口。

8）GUI编程：Python支持GUI，可以创建和移植到许多其他系统。

9）可扩展性和可嵌入性：可将C/C++程序嵌入到Python中，以提高关键代码的运行速度。

1.2.5 Python 3与Python 2的区别

Python 3.0，也称为“Python 3000”或“Py3K”，为了不带入过多的累赘，是有史以来第一个故意向后兼容的Python版本。与典型版本相比，有许多更改，对所有Python用户而言，这些更改都很重要。本书中的所有示例都基于Python 3.7.0版本。但对于初学者来说还是有必要简单了解Python 3.x与2.x版本的区别。许多针对早期Python版本设计的程序都无法在Python 3.0上正常执行。

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。新的Python程序建议使用Python 3.0版本的语法，除非执行环境无法安装Python 3.0或者程序本身使用了不支持Python 3.0的第三方库。

大多数第三方库都正在努力地兼容Python 3.0版本，即使无法立即使用Python 3.0，也建议编写兼容Python 3.0版本的程序，然后使用Python 2.6、Python 2.7来执行。

Python 3.0的变化主要在以下几个方面。

1.print函数

Python 3.0中print语句没有了，取而代之的是print()函数。Python 2.6与Python 2.7部分地支持这种形式的print语法。在Python 2.6与Python 2.7里面，以下3种形式是等价的。

Python 2.x：

Python 3.x：

2.Unicode

Python 3.0使用text和binary数据代替了Python 2.0中的Unicode字符串类型和字节（8位）字符串类型。所有文本都是Unicode，但编码的Unicode表示为二进制数据。用于保存文本的类型是str，用于保存数据的类型是字节。

由于Python3.x源代码文件默认使用utf-8编码，这就使得以下代码都是合法的。

Python 2.x：

Python 3.x：

3.除法运算

Python中的除法与其他语言相比，有套很复杂的规则。Python中的除法有两个运算符，/和//。

（1）/ 除法

在Python 2.x中 / 除法跟我们熟悉的大多数语言，如Java和C差不多，整数相除的结果是一个整数，把小数部分完全忽略掉，浮点数除法会保留小数点的部分得到一个浮点数的结果。

在Python 3.x中 / 除法不再这么做了，对于整数之间的相除，结果也会是浮点数。

Python 2.x：

Python 3.x：

（2）// 除法

这种除法叫作floor除法，即向下取整。会对除法的结果自动进行一个floor操作，在Python 2.x和Python 3.x中是一致的。

Python 2.x：

Python 3.x：

4.异常

在Python 3中处理异常也有所改变，其使用as作为关键词。捕获异常的语法由except exc，var改为except exc as var。

如果要捕获多种类别的异常，需要使用语法except (exc1, exc2) as var，可以同时捕获exc1和exc2两种异常。Python 2.6已经支持这两种语法。

如果在Python 3.0中使用如下代码，将是错误的。

正确的写法如下。

5.xrange

在Python 2.0中xrange()函数创建迭代对象，一个生成器。xrange()函数生成一个序列。

在Python 3.0中，range()是和Python 2.0中xrange()那样生成一个迭代对象，xrange()函数则不再存在。

6.八进制和二进制字面值

Python 3.0中八进制数的表示形式是0o777，原来的形式0777不能用了。

Python 3.0中二进制必须写成0b111。同时新增了一个内建函数bin()，用于将一个整数转换成二进制字串。Python 2.6已经支持这两种语法。

Python 2.x：

Python 3.x：

7.不等于运算符

Python 2.x中不等于有两种写法：!=和<>。

Python 3.x中去掉了 <>，只有 != 一种写法。

8.去掉了repr表达式 ``

Python 2.x中反引号``相当于repr函数的作用。

Python 3.x中去掉了反引号``这种写法，只允许使用repr函数，这样做的目的是为了使代码看上去更清晰。

9.多个模块被改名

一些模块被重命名，因为它们的旧名称没有遵守PEP 8规则，或出于各种其他原因。被重命名的模块，见表1-2。