1.1 認(rèn)識Python

1.1.1 Python的發(fā)展歷程

Python的創(chuàng)始人為荷蘭的Guido van Rossum（見圖1-1）。1989年，Guido為了打發(fā)圣誕節(jié)的無趣，決心開發(fā)一個新的腳本解釋程序，作為ABC語言的一種繼承。之所以選中Python作為該編程語言的名字，是因為他是一個叫Monty Python喜劇團(tuán)體的愛好者。

ABC是由Guido參加設(shè)計的一種教學(xué)語言。就Guido本人看來，ABC這種語言非常優(yōu)美和強(qiáng)大，是專門為非專業(yè)程序員設(shè)計的。但是ABC語言并沒有成功，究其原因，Guido認(rèn)為是其非開放造成的。Guido決心在Python中避免這一錯誤，同時，他還想實現(xiàn)在ABC中閃現(xiàn)過但未曾實現(xiàn)的東西，就這樣，Python在Guido手中誕生了?？梢哉f，Python是從ABC發(fā)展起來的，主要是受到了Modula-3的影響，并且結(jié)合了Unix shell和C的習(xí)慣。

1991年，Python第一個公開發(fā)行版本發(fā)行，它是一種面向?qū)ο蟮慕忉屝陀嬎銠C(jī)程序設(shè)計語言，它是使用C語言實現(xiàn)的，并且能夠調(diào)用C語言的庫文件。從一出生，Python已經(jīng)具有了類、函數(shù)、異常處理，包含列表和字典在內(nèi)的核心數(shù)據(jù)類型，以及模塊為基礎(chǔ)的拓展系統(tǒng)。

最初的Python完全由Guido本人開發(fā)。Python得到Guido同事的歡迎，他們迅速地反饋使用意見，并參與到Python的改進(jìn)中。Guido和一些同事構(gòu)成Python的核心團(tuán)隊，他們將自己大部分的業(yè)余時間用于發(fā)掘Python。隨后，Python拓展到研究所之外。Python將許多機(jī)器層面上的細(xì)節(jié)隱藏，交給編譯器處理，并凸顯出邏輯層面的編程思考。Python程序員可以花更多的時間用于思考程序的邏輯，而不是具體的實現(xiàn)細(xì)節(jié)，這一特征吸引了廣大的程序員，Python開始流行。2011年1月，Python贏得TIOBE編程語言排行榜的年度語言。

1.1.2 Python的特點

Python具有以下顯著的特點。

（1）簡單易學(xué)

Python是一種代表簡單主義思想的語言。閱讀一個良好的Python程序就感覺像是在讀英語段落一樣，盡管這個英語段落的語法要求非常嚴(yán)格。Python最大的優(yōu)點之一是具有偽代碼的本質(zhì)，它使我們在開發(fā)Python程序時，專注的是解決問題，而不是搞明白語言本身。

（2）開源

Python是FLOSS（自由/開放源碼軟件）之一。簡單地說，你可以自由地發(fā)布這個軟件的拷貝，閱讀它的源代碼，對它做改動，把它的一部分用于新的自由軟件中。FLOSS 是基于一個團(tuán)體分享知識的概念，這是為什么Python如此優(yōu)秀的原因之一——它是由一群希望看到一個更加優(yōu)秀的Python的人創(chuàng)造并經(jīng)常改進(jìn)著的。

（3）高級語言

Python是高級語言。當(dāng)使用Python語言編寫程序時，無需再考慮諸如如何管理程序使用的內(nèi)存一類的底層細(xì)節(jié)。

（4）可移植性

由于Python的開源本質(zhì)，它已經(jīng)被移植在許多平臺上。如果小心地避免使用依賴于系統(tǒng)的特性，那么所有Python程序無需修改就可以在下述任何平臺上運行。這些平臺包括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，甚至還有PocketPC、Symbian以及Google基于Linux開發(fā)的Android平臺。

（5）解釋性

一個用編譯性語言如C或C++寫的程序可以從源文件（即C或C++語言）轉(zhuǎn)換到一個計算機(jī)使用的語言。這個過程通過編譯器和不同的標(biāo)記、選項完成。當(dāng)運行程序的時候，連接/轉(zhuǎn)載器軟件把程序從硬盤復(fù)制到內(nèi)存中并且運行。而Python語言寫的程序不需要編譯成二進(jìn)制代碼，可以直接從源代碼運行程序。在計算機(jī)內(nèi)部，Python解釋器把源代碼轉(zhuǎn)換成稱為字節(jié)碼的中間形式，然后再把它翻譯成計算機(jī)使用的機(jī)器語言并運行。事實上，由于不再擔(dān)心如何編譯程序，如何確保連接轉(zhuǎn)載正確的庫等，這一切使得使用Python變得更加簡單。由于只需要把Python程序復(fù)制到另外一臺計算機(jī)上，它就可以工作了，這也使得Python程序更加易于移植。

（6）面向?qū)ο?/p>

Python既支持面向過程編程，也支持面向?qū)ο缶幊?。在“面向過程”的語言中，程序是由過程或僅僅是可重用代碼的函數(shù)構(gòu)建起來的。在“面向?qū)ο蟆钡恼Z言中，程序是由數(shù)據(jù)和功能組合而成的對象構(gòu)建起來的。與其他主要的語言如C++和Java相比，Python以一種非常強(qiáng)大又簡單的方式實現(xiàn)面向?qū)ο缶幊獭?/p>

（7）可擴(kuò)展性

如果需要一段關(guān)鍵代碼運行的更快或者希望某些算法不公開，就可以把部分程序用C或C++語言編寫，然后在Python程序中使用它們。

（8）豐富的庫

Python標(biāo)準(zhǔn)庫確實很龐大。它可以幫助你處理各種工作，包括正則表達(dá)式、文檔生成、單元測試、線程、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)頁瀏覽器、CGI、FTP、電子郵件、XML、XML-RPC、HTML、WAV文件、密碼系統(tǒng)、GUI（圖形用戶界面）、Tk和其他與系統(tǒng)有關(guān)的操作。記住，只要安裝了Python，所有這些功能都是可用的。這被稱作Python的“功能齊全”理念。除了標(biāo)準(zhǔn)庫以外，還有許多其他高質(zhì)量的庫，如wxPython、Twisted和Python圖像庫等。

（9）規(guī)范的代碼

Python采用強(qiáng)制縮進(jìn)的方式使得代碼具有極佳的可讀性。

1.1.3 Python的應(yīng)用領(lǐng)域

Python應(yīng)用的領(lǐng)域包括如下場景。

（1）Web應(yīng)用開發(fā)

Python經(jīng)常被用于Web開發(fā)。例如，通過mod_wsgi模塊，Apache可以運行用Python編寫的Web程序。Python定義了WSGI標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用接口來協(xié)調(diào)HTTP服務(wù)器與基于Python的Web程序之間的通信。一些Web框架，如Django、TurboGears、web2py、Zope等，可以讓程序員輕松地開發(fā)和管理復(fù)雜的Web程序。

（2）操作系統(tǒng)管理、服務(wù)器運維的自動化腳本

在很多操作系統(tǒng)里，Python是標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)組件。大多數(shù)Linux發(fā)行版以及NetBSD、OpenBSD和Mac OS X都集成了Python，可以在終端下直接運行Python。有一些Linux發(fā)行版的安裝器使用Python語言編寫，如Ubuntu的Ubiquity安裝器，Red Hat Linux和Fedora的Anaconda安裝器。Gentoo Linux使用Python來編寫它的Portage（包管理系統(tǒng)）。Python標(biāo)準(zhǔn)庫包含了多個調(diào)用操作系統(tǒng)功能的庫。通過pywin32這個第三方軟件包，Python能夠訪問Windows的COM服務(wù)及其他Windows API。使用IronPython，Python能夠直接調(diào)用.Net Framework。一般說來，Python編寫的系統(tǒng)管理腳本在可讀性、性能、代碼重用度、擴(kuò)展性幾方面都優(yōu)于普通的shell腳本。

（3）科學(xué)計算

NumPy、SciPy、Matplotlib可以讓Python程序員編寫科學(xué)計算程序。

（4）桌面軟件

PyQt、PySide、wxPython、PyGTK是Python快速開發(fā)桌面應(yīng)用程序的利器。

（5）服務(wù)器軟件（網(wǎng)絡(luò)軟件）

Python對于各種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持很完善，所以經(jīng)常被用于編寫服務(wù)器軟件、網(wǎng)絡(luò)爬蟲。第三方庫Twisted支持異步網(wǎng)絡(luò)編程和多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（包含客戶端和服務(wù)器），并且提供了多種工具，被廣泛用于編寫高性能的服務(wù)器軟件。

（6）游戲

很多游戲使用C++編寫圖形顯示等高性能模塊，而使用Python或者Lua編寫游戲的邏輯、服務(wù)器。相較于Python，Lua的功能更簡單，體積更??；而Python則支持更多的特性和數(shù)據(jù)類型。

（7）構(gòu)思實現(xiàn)，產(chǎn)品早期原型和迭代

YouTube、Google、Yahoo!、NASA都在內(nèi)部大量地使用Python。

1.1.4 Python的版本

Python發(fā)展到現(xiàn)在，經(jīng)歷了多個版本，大家可以在Python官網(wǎng)查看。網(wǎng)址是https://www.python.org/downloads/。截至目前，仍然保留的版本主要是基于Python 2.x和Python 3.x。表1-1列舉了Python的歷史版本。

在本書成稿時，Python 2的最新版本是Python 2.7.13，Python 3的最新版本是Python 3.6。關(guān)于Python 2.x和Python 3.x的區(qū)別將在下個小節(jié)進(jìn)行介紹，這里大家只需知道，Python 3.x不再兼容現(xiàn)有的2.x程序，在實際使用時，大家要根據(jù)實際情況選擇使用的版本。

1.1.5 Python 2.x和Python 3.x版本區(qū)別

和Python 2.x版本相比，Python 3.x版本在語句輸出、編碼、運算和異常等方面做出了一些調(diào)整，具體如下。

1.print函數(shù)替代了print語句

在Python 2.x中，輸出數(shù)據(jù)使用的是print語句。但是在Python 3.x中，print語句沒有了，取而代之的是print函數(shù)。示例代碼如下：

Python 2.x

Python 3.x

2.Python 3.x默認(rèn)使用UTF-8編碼

Python 2.x中有ASCII Str()類型，unicode()是單獨的，不是byte類型。在Python 3.x版本的源代碼中，默認(rèn)使用的是UTF-8編碼，從而可以很好地支持中文或其他非英文字符。例如，輸出一句中文，使用Python 2.x和Python 3.x的輸出結(jié)果如下所示：

Python 2.x

Python 3.x

3.除法運算

和其他語言相比，Python語言的除法非常高端，它的除法運算包含兩個運算符，分別是/和//，這兩個運算符在Python 2.x和Python 3.x中的使用如下所示。

（1）運算符 /

在Python 2.x中，使用運算符/進(jìn)行除法運算的方式和Java、C語言相似，整數(shù)相除的結(jié)果是一個整數(shù)，浮點數(shù)除法會保留小數(shù)點的部分得到一個浮點數(shù)的結(jié)果。但是，在Python 3.x中使用運算符/進(jìn)行除法運算，整數(shù)之間的相除，結(jié)果也會是浮點數(shù)。示例代碼如下：

Python 2.x

Python 3.x

（2）運算符//

使用運算符//進(jìn)行的除法運算叫作floor除法，這種除法會對除法的結(jié)果自動進(jìn)行一個floor操作。使用這種運算符進(jìn)行的除法運算，在Python 2.x和Python 3.x中是一致的。示例代碼如下：

Python 2.x

Python 3.x

需要注意的是，使用運算符//進(jìn)行的除法是執(zhí)行floor操作，即獲取不大于結(jié)果值的最大整數(shù)（向下取整）。

4.異常

在Python 3.x版本中，異常處理改變的地方主要如下。

（1）在Python 2.x版本中，所有類型的對象都是直接被拋出的，但是在Python 3.x版本中，只有繼承自BaseException的對象才可以被拋出。

（2）在Python 2.x版本中，捕獲異常的語法是“except Exception, var”。在Python 3.x版本中，引入了as關(guān)鍵字，捕獲異常的語法變更為“except Exception as var”。

（3）在Python 2.x版本中，處理異常使用“raise Exception(args)”；在Python 3.x版本中，處理異常使用“raise Exception, args”。

（4）Python 3.x版本中取消了異常類的序列行為和.message屬性。

關(guān)于Python 2.x版本中和Python 3.x版本中處理異常的示例代碼如下：

Python 2.x

Python 3.x

5.八進(jìn)制字面量表示

在Python 3.x中，表示八進(jìn)制字面量的方式只有一種，并且必須寫成“0o1000”這樣的方式，原來“01000”的方式不能使用了。示例代碼如下：

Python 2.x

Python 3.x

6.不等于運算符

Python 2.x的不等于運算符有兩種寫法：!= 和 <>，但是，Python 3.x中去掉了<>, 只有!=一種寫法。示例代碼如下：

Python 2.x

Python 3.x

7.數(shù)據(jù)類型

Python中數(shù)據(jù)類型的改變?nèi)缦隆?/p>

（1）Python 3.x去除了long類型，現(xiàn)在只有一種整型int，但它的行為就像是Python 2.x版本的long。

（2）Python 3.x新增了bytes類型，對應(yīng)于Python 2.x版本的八位串，定義一個bytes字面量的方法如下所示：

字符串對象和bytes對象可以使用.encode() (str→bytes) 或者 .decode() (bytes→str)方法相互轉(zhuǎn)化。示例代碼如下：

（3）Python 3.x中，字典的keys()、items()和values()方法用返回視圖代替了列表，而2.x版本中的iterkeys()等函數(shù)都被廢棄。同時去掉的還有has_key()方法，用in替代。