2.1　認(rèn)識(shí)程序

旅行前，我們要先熟悉地名，知道去哪里旅行，將會(huì)經(jīng)過哪里。學(xué)習(xí)編程語言也一樣，在學(xué)習(xí)之前要先了解程序、調(diào)試、語法錯(cuò)誤、運(yùn)行錯(cuò)誤、語義錯(cuò)誤等知識(shí)。

2.1.1　程序

我們都知道，出門旅行肯定要選擇交通工具，現(xiàn)在常用的交通工具有飛機(jī)、火車、輪船、汽車等，我們會(huì)根據(jù)自己的喜好和一些其他因素選擇對(duì)應(yīng)的交通工具。

編程語言也一樣，我們選擇一門編程語言就相當(dāng)于選擇一種交通工具，那么，編程語言的“交通”工具是什么呢？是程序。

程序是指根據(jù)語言提供的指令按照一定邏輯順序?qū)Λ@得的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，并最終返回給我們的指令和數(shù)據(jù)的組合。在這里，運(yùn)算的含義是廣泛的，既包括數(shù)學(xué)計(jì)算之類的操作（如加、減、乘、除），又包括尋找和替換字符串之類的操作。數(shù)據(jù)依據(jù)不同的需要組成不同的形式，處理后的數(shù)據(jù)也可能以另一種方式體現(xiàn)。

程序是用語言寫成的，語言分高級(jí)語言和低級(jí)語言。

低級(jí)語言有時(shí)叫機(jī)器語言或匯編語言。計(jì)算機(jī)真正“認(rèn)識(shí)”并能夠執(zhí)行的代碼，在我們看來是一串0和1組成的二進(jìn)制數(shù)字，這些數(shù)字代表指令和數(shù)據(jù)。早期的計(jì)算機(jī)科學(xué)家就是用這些枯燥乏味的數(shù)字編程。低級(jí)語言的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)程序語言的一大進(jìn)步，它用英文單詞或單詞的縮寫代表計(jì)算機(jī)執(zhí)行的指令，使編程的效率和程序的可讀性都有了很大提高，但它仍然和機(jī)器硬件關(guān)聯(lián)緊密，不符合人類的語言和思維習(xí)慣，而且要想把用低級(jí)語言寫的程序移植到其他平臺(tái)，就必須重寫。

高級(jí)語言的出現(xiàn)是程序語言發(fā)展的必然結(jié)果，也是計(jì)算機(jī)語言向人類的自然語言和思維方式逐步靠近和模擬的結(jié)果。由于高級(jí)語言是對(duì)人類邏輯思維的描述，用高級(jí)語言寫程序會(huì)感到比較自然，讀起來也比較容易，因此現(xiàn)在大部分程序都是用高級(jí)語言寫的。

高級(jí)語言設(shè)計(jì)的目的是讓程序按照人類的思維和語言習(xí)慣書寫，是面向人的，而不是面向機(jī)器。我們用著方便，機(jī)器卻無法讀懂，更談不上運(yùn)行。所以，用高級(jí)語言寫的程序必須經(jīng)過“翻譯”程序的處理，將其轉(zhuǎn)換成機(jī)器可執(zhí)行的代碼，才能運(yùn)行在計(jì)算機(jī)上。如果想把高級(jí)語言寫的程序移植到其他的平臺(tái)，只需在它的基礎(chǔ)上做少量更改就可以了。

高級(jí)語言翻譯成機(jī)器代碼有兩種方法，即解釋和編譯。

解釋型語言是邊讀源程序邊執(zhí)行。高級(jí)語言就是源代碼。解釋器每次會(huì)讀入一段源代碼，并執(zhí)行它，接著再讀入并執(zhí)行，如此重復(fù)，直到結(jié)束，圖2-1顯示了解釋型語言的執(zhí)行方式。這個(gè)有點(diǎn)類似在鄉(xiāng)村里搭乘公交，只要碰到路上有人等公交，就停下來載人。

編譯型語言是將源代碼完整地編譯成目標(biāo)代碼后才能執(zhí)行，以后在執(zhí)行時(shí)不需要再編譯。圖2-2顯示了編譯型語言的執(zhí)行方式，這個(gè)有點(diǎn)類似我們乘坐的直達(dá)車，所有要乘車的人都從起點(diǎn)上車，中途不再搭載其他乘客。

2.1.2　調(diào)試

每當(dāng)遠(yuǎn)游時(shí)，司機(jī)肯定要做幾件事情，如檢查發(fā)動(dòng)機(jī)是否正常、檢查油箱、檢查各項(xiàng)安全系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等，為的是盡可能減少在路途中發(fā)生意外情況。

編程也是一樣的，需要經(jīng)常做檢查。有一些問題編譯器會(huì)幫助我們檢查出來，問題查出后，簡單的可以直接解決，對(duì)于稍微復(fù)雜的，需要通過調(diào)試來解決。

程序是很容易出錯(cuò)的。程序錯(cuò)誤被稱為bug，查找bug的過程稱為調(diào)試（debugging）。我們?cè)诘?章中已經(jīng)介紹過一個(gè)很簡單的調(diào)試示例。

2.1.3　語法錯(cuò)誤

在生活中有時(shí)會(huì)碰到這樣的情況，你本應(yīng)買今天去某地的火車票，已經(jīng)買好了，但當(dāng)進(jìn)站檢票時(shí)，系統(tǒng)告訴你票不是今天的，這時(shí)你才發(fā)現(xiàn)購買車票時(shí)輸錯(cuò)了日期。

程序中這種錯(cuò)誤比生活中出現(xiàn)的次數(shù)多很多，稱為語法錯(cuò)誤（syntax errors）。Python程序在語法正確的情況下才能運(yùn)行，否則解釋器會(huì)顯示一條錯(cuò)誤信息。語法指的是程序的結(jié)構(gòu)和此結(jié)構(gòu)的規(guī)則，比如第1章的（'Hello,world!'），括號(hào)中的單引號(hào)是成對(duì)的，執(zhí)行時(shí)才能正確執(zhí)行。如果輸入（'Hello,world!）或（Hello,world!'）就會(huì)報(bào)錯(cuò)，這屬于語法錯(cuò)誤。

我們?cè)陂喿x文章或聽人講話時(shí)，可以容忍大多數(shù)語法錯(cuò)誤，不過Python并不如此寬容。程序中只要出現(xiàn)一處語法錯(cuò)誤，就會(huì)顯示錯(cuò)誤信息并退出，從而無法通過編譯。就如我們進(jìn)站，一旦票不滿足進(jìn)站要求，就無法進(jìn)入一樣。

在編程生涯的開始階段，可能每踏出一步都會(huì)碰到大量語法方面的錯(cuò)誤，隨著經(jīng)驗(yàn)的增加，犯錯(cuò)會(huì)減少，踩過“坑”后，后面遇到類似的“坑”就能快速應(yīng)對(duì)了。

2.1.4　運(yùn)行錯(cuò)誤

我們?cè)诒寂艿慕煌üぞ邇?nèi)愉悅地欣賞著遠(yuǎn)途的風(fēng)景，但此時(shí)交通工具突然慢慢停下來了，并且司機(jī)對(duì)大家宣布說，交通工具拋錨了。例如，出現(xiàn)輪胎破損、沒油了、發(fā)動(dòng)機(jī)壞了、撞車事故等。

在Python中經(jīng)常會(huì)遇到類似的錯(cuò)誤，稱之為運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤（runtime errors）。

即使是看起來完美無缺的程序，在運(yùn)行的過程中也會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。有人說，計(jì)算機(jī)不是善于精確計(jì)算嗎？確實(shí)如此。不過錯(cuò)的不是計(jì)算機(jī)，而是我們?nèi)祟悺Ｓ?jì)算機(jī)說到底是人類設(shè)計(jì)的，是我們所用的工具，和電視機(jī)、汽車從本質(zhì)上來說是一樣的。鑒于現(xiàn)在計(jì)算機(jī)軟硬件的理論水平、工業(yè)制造水平、使用者的水平等一些內(nèi)在、外在的因素，出現(xiàn)錯(cuò)誤并不稀奇，且程序越復(fù)雜，出現(xiàn)異常的概率越大。異常的種類很多，如內(nèi)存用盡、除數(shù)為零的除法等都可能導(dǎo)致異常。Python為了把錯(cuò)誤的影響降至最低，提供了專門的異常處理語句。

運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤一般在代碼量偏多時(shí)才容易遇到。

2.1.5　語義錯(cuò)誤

經(jīng)常乘坐交通工具，難免有乘錯(cuò)車的情況出現(xiàn)，比如你本應(yīng)該乘坐801路車，卻坐上了802路車，結(jié)果到達(dá)了不同的地方。

在Python中經(jīng)常會(huì)發(fā)生類似的問題，此類問題稱為語義錯(cuò)誤（semantic errors）。

程序即使有語義錯(cuò)誤，也能正常運(yùn)行，不會(huì)產(chǎn)生任何錯(cuò)誤信息，但得到的結(jié)果和我們預(yù)料的不一致。發(fā)生這種錯(cuò)誤一般是我們對(duì)語句的運(yùn)行機(jī)制了解得不夠透徹，自以為它應(yīng)該如此運(yùn)行，實(shí)際上卻不是這樣。還有可能是你解決問題的思路本身就是錯(cuò)的，寫的程序當(dāng)然是錯(cuò)的。

查找語義錯(cuò)誤并不像我們坐錯(cuò)了車那么容易，它可能需要你根據(jù)結(jié)果進(jìn)行推理，不過推理的過程沒有那么簡單易行，需要查看程序輸出，并嘗試弄明白到底做了什么。