基本介紹

Python由荷蘭數(shù)學(xué)和計算機科學(xué)研究學(xué)會的吉多·范羅蘇姆于1990年代初設(shè)計，作為一門叫做ABC語言的替代品。Python提供了高效的高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還能簡單有效地面向?qū)ο缶幊?。Python語法和動態(tài)類型，以及解釋型語言的本質(zhì)，使它成為多數(shù)平臺上寫腳本和快速開發(fā)應(yīng)用的編程語言，隨著版本的不斷更新和語言新功能的添加，逐漸被用于獨立的、大型項目的開發(fā)。

Python在各個編程語言中比較適合新手學(xué)習(xí)，Python解釋器易于擴展，可以使用C語言或C++（或者其他可以通過C調(diào)用的語言）擴展新的功能和數(shù)據(jù)類型。Python也可用于可定制化軟件中的擴展程序語言。Python豐富的標(biāo)準(zhǔn)庫，提供了適用于各個主要系統(tǒng)平臺的源碼或機器碼。

發(fā)展歷程

自20世紀(jì)90年代初Python語言誕生至今，它已被逐漸廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)管理任務(wù)的處理和Web編程。

1995年，Guido van Rossum在弗吉尼亞州的國家創(chuàng)新研究公司（CNRI）繼續(xù)他在Python上的工作，并在那里發(fā)布了該軟件的多個版本。

2000年五月，Guido van Rossum和Python核心開發(fā)團隊轉(zhuǎn)到BeOpen.com并組建了BeOpen PythonLabs團隊。同年十月，BeOpen PythonLabs團隊轉(zhuǎn)到Digital Creations（現(xiàn)為Zope Corporation）。

2001年，Python軟件基金會（PSF）成立，這是一個專為擁有Python相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)而創(chuàng)建的非營利組織。Zope Corporation是PSF的贊助成員。

Python的創(chuàng)始人為荷蘭人吉多·范羅蘇姆（Guido van Rossum）。1989年圣誕節(jié)期間，在阿姆斯特丹，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。之所以選中單詞Python（意為大蟒蛇）作為該編程語言的名字，是因為英國20世紀(jì)70年代首播的電視喜劇《蒙提·派森的飛行馬戲團》（Monty Python's Flying Circus）。

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，主要受到了Modula-3（另一種相當(dāng)優(yōu)美且強大的語言，為小型團體所設(shè)計的）的影響。并且結(jié)合了Unix shell和C的習(xí)慣。

Python已經(jīng)成為最受歡迎的程序設(shè)計語言之一。自從2004年以后，python的使用率呈線性增長。Python 2于2000年10月16日發(fā)布，穩(wěn)定版本是Python 2.7。Python 3于2008年12月3日發(fā)布，不完全兼容Python 2。2011年1月，它被TIOBE編程語言排行榜評為2010年度語言。

由于Python語言的簡潔性、易讀性以及可擴展性，在國外用Python做科學(xué)計算的研究機構(gòu)日益增多，一些知名大學(xué)已經(jīng)采用Python來教授程序設(shè)計課程。例如卡耐基梅隆大學(xué)的編程基礎(chǔ)、麻省理工學(xué)院的計算機科學(xué)及編程導(dǎo)論就使用Python語言講授。眾多開源的科學(xué)計算軟件包都提供了Python的調(diào)用接口，例如著名的計算機視覺庫OpenCV、三維可視化庫VTK、醫(yī)學(xué)圖像處理庫ITK。而Python專用的科學(xué)計算擴展庫就更多了，例如如下3個十分經(jīng)典的科學(xué)計算擴展庫：NumPy、SciPy和matplotlib，它們分別為Python提供了快速數(shù)組處理、數(shù)值運算以及繪圖功能。因此Python語言及其眾多的擴展庫所構(gòu)成的開發(fā)環(huán)境十分適合工程技術(shù)、科研人員處理實驗數(shù)據(jù)、制作圖表，甚至開發(fā)科學(xué)計算應(yīng)用程序。2018年3月，該語言作者在郵件列表上宣布Python 2.7將于2020年1月1日終止支持。用戶如果想要在這個日期之后繼續(xù)得到與Python 2.7有關(guān)的支持，則需要付費給商業(yè)供應(yīng)商。

產(chǎn)品設(shè)計

基本語法

Python

Python的設(shè)計目標(biāo)之一是讓代碼具備高度的可閱讀性。它設(shè)計時盡量使用其它語言經(jīng)常使用的標(biāo)點符號和英文單字，讓代碼看起來整潔美觀。它不像其他的靜態(tài)語言如C、Pascal那樣需要重復(fù)書寫聲明語句，也不像它們的語法那樣經(jīng)常有特殊情況和意外。

Python開發(fā)者有意讓違反了縮進規(guī)則的程序不能通過編譯，以此來強制程序員養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣。并且Python語言利用縮進表示語句塊的開始和退出（Off-side規(guī)則），而非使用花括號或者某種關(guān)鍵字。增加縮進表示語句塊的開始，而減少縮進則表示語句塊的退出。縮進成為了語法的一部分。

根據(jù)PEP的規(guī)定，必須使用4個空格來表示每級縮進。使用Tab字符和其它數(shù)目的空格雖然都可以編譯通過，但不符合編碼規(guī)范。支持Tab字符和其它數(shù)目的空格僅僅是為兼容很舊的的Python程序和某些有問題的編輯程序。

控制語句

if語句，當(dāng)條件成立時運行語句塊。經(jīng)常與else，elif（相當(dāng)于else if）配合使用，稱為if-elif-else語句。

for語句，遍歷列表、字符串、字典、集合等迭代器（容器），依次處理迭代器中的每個元素。有時和else連用，稱為for-else語句。

while語句，當(dāng)條件為真時，循環(huán)運行語句塊。有時和else配合使用，稱為while-else語句。

try語句，必與except配合使用處理在程序運行中出現(xiàn)的異常情況，稱為try-except語句。

class語句，用于定義類型。

def語句，用于定義函數(shù)和類型的方法。

pass語句，表示此行為空，不運行任何操作。

assert語句，用于程序調(diào)試階段時測試運行條件是否滿足。

with語句，Python2.6以后定義的語法，在一個場景中運行語句塊。比如，運行語句塊前加密，然后在語句塊運行退出后解密。

yield語句，在迭代器函數(shù)內(nèi)使用，用于返回一個元素。自從Python 2.5版本以后。這個語句變成一個運算符。

raise語句，制造一個錯誤。

import語句，導(dǎo)入一個模塊或包。

from…import語句，從包導(dǎo)入模塊或從模塊導(dǎo)入某個對象。

import…as語句，將導(dǎo)入的對象賦值給一個變量。

in語句，判斷一個對象是否在一個字符串/列表/元組里。

表達式

Python的表達式寫法與C/C++類似。只是在某些寫法有所差別。

主要的算術(shù)運算符與C/C++類似。+，-，*，/，//，**，~，%分別表示加法或者取正、減法或者取負、乘法、除法、整除、乘方、取補、取余。

Python使用and，or，not表示邏輯運算。

is，is not用于比較兩個變量是否是同一個對象。in，not in用于判斷一個對象是否屬于另外一個對象。

Python區(qū)分列表（list）和元組（tuple）兩種類型。list的寫法是[1，2，3]，而tuple的寫法是（1，2，3）?？梢愿淖僱ist中的元素，而不能改變tuple。在某些情況下，tuple的括號可以省略。tuple對于賦值語句有特殊的處理。因此，可以同時賦值給多個變量。

Python使用'（單引號）和"（雙引號）來表示單行字符串，用'''（三個連續(xù)單引號）和"""（三個連續(xù)雙引號）與Perl、Unix Shell語言或者Ruby、Groovy等語言不一樣，兩種符號作用相同。一般地，如果字符串中出現(xiàn)了雙引號，就使用單引號來表示字符串；反之則使用雙引號。如果都沒有出現(xiàn)，就依個人喜好選擇。出現(xiàn)在字符串中的（反斜杠）被解釋為特殊字符，比如 表示換行符。表達式前加r指示Python不解釋字符串中出現(xiàn)的。這種寫法通常用于編寫正則表達式或者Windows文件路徑。

Python支持列表切割（list slices），可以取得完整列表的一部分。支持切割操作的類型有str，bytes，list，tuple等。它的語法是...[left：right]或者...[left：right：stride]。假定nums變量的值是[1，3，5，7，8，13，20]，那么下面幾個語句為真：

nums[2：5]==[5，7，8]從下標(biāo)為2的元素切割到下標(biāo)為5的元素，但不包含下標(biāo)為5的元素。

函數(shù)

Python函數(shù)支持遞歸、默認參數(shù)值、可變參數(shù)，但不支持函數(shù)重載。為了增強代碼的可讀性，可以在函數(shù)后書寫“文檔字符串”（Documentation Strings，或者簡稱docstrings），用于解釋函數(shù)的作用、參數(shù)的類型與意義、返回值類型與取值范圍等?？梢允褂脙?nèi)置函數(shù)help打印出函數(shù)的使用幫助。

對象的方法

對象的方法是指綁定到對象的函數(shù)。調(diào)用對象方法的語法是instance.method（arguments）。它等價于調(diào)用Class.method（instance，arguments）。當(dāng)定義對象方法時，必須顯式地定義第一個參數(shù)，一般該參數(shù)名都使用self，用于訪問對象的內(nèi)部數(shù)據(jù)。這里的self相當(dāng)于C++，Java里面的this變量，但是我們還可以使用任何其它合法的參數(shù)名，比如this和 mine等，self與C++，Java里面的this不完全一樣，它可以被看作是一個習(xí)慣性的用法，我們傳入任何其它的合法名稱都行。

Python認識一些以“__”開始并以“__”結(jié)束的特殊方法名，它們用于實現(xiàn)運算符重載和實現(xiàn)多種特殊功能，叫做魔法方法。

類型

Python采用動態(tài)類型系統(tǒng)。在編譯的時候，Python不會檢查對象是否擁有被調(diào)用的方法或者屬性，而是直至運行時，才做出檢查。所以操作對象時可能會拋出異常。不過，雖然Python采用動態(tài)類型系統(tǒng)，它同時也是強類型的。Python禁止沒有明確定義的操作，比如數(shù)字加字符串。

與其它面向?qū)ο笳Z言一樣，Python允許程序員定義類型。構(gòu)造一個對象只需要像函數(shù)一樣調(diào)用類型即可，比如，對于前面定義的Fish類型，使用Fish。類型本身也是特殊類型type的對象（type類型本身也是type對象），這種特殊的設(shè)計允許對類型進行反射編程。

Python內(nèi)置豐富的數(shù)據(jù)類型。與Java、C++相比，這些數(shù)據(jù)類型有效地減少代碼的長度。

除了各種數(shù)據(jù)類型，Python語言還用類型來表示函數(shù)、模塊、類型本身、對象的方法、編譯后的Python代碼、運行時信息等等。因此，Python具備很強的動態(tài)性。

數(shù)學(xué)運算

Python使用與C、Java類似的運算符，支持整數(shù)與浮點數(shù)的數(shù)學(xué)運算。同時還支持復(fù)數(shù)運算與無窮位數(shù)。

fractions模塊用于支持分數(shù)運算；decimal模塊用于支持高精度的浮點數(shù)運算。

Python定義求余運行a%b的值處于開區(qū)間[0，b)內(nèi)，如果b是負數(shù)，開區(qū)間變?yōu)?b，0]。這是一個很常見的定義方式。不過其實它依賴于整除的定義。為了讓方程式：b*(a//b)+a%b=a恒真，整除運行需要向負無窮小方向取值。比如7//3的結(jié)果是2，而（-7）//3的結(jié)果卻是-3。這個算法與其它很多編程語言不一樣，需要注意，它們的整除運算會向0的方向取值。

Python允許像數(shù)學(xué)的常用寫法那樣連著寫兩個比較運行符。

幫助

1.列出模塊中的函數(shù)

用import導(dǎo)入模塊后，可使用函數(shù)dir（m）列出模塊的所有函數(shù)，import是導(dǎo)入模塊的命令，m是模塊名。

3.查看某個函數(shù)的文檔幫助信息

可以用函數(shù)help（函數(shù)）來查看某個函數(shù)的文檔幫助信息。

接口

CGI目前由NCSA維護，NCSA定義CGI如下：

CGI（Common Gateway Interface），通用網(wǎng)關(guān)接口，它是一段程序，運行在服務(wù)器上如：HTTP服務(wù)器，提供同客戶端HTML頁面的接口。

CGI程序可以是Python腳本、Perl腳本、Shell腳本、C或者C++程序等。

服務(wù)器

在你進行CGI編程前，確保您的Web服務(wù)器支持CGI及已經(jīng)配置了CGI的處理程序。

所有的HTTP服務(wù)器執(zhí)行CGI程序都保存在一個預(yù)先配置的目錄。這個目錄被稱為CGI目錄，并按照慣例，它被命名為/var/www/cgi-bin目錄。

CGI文件的擴展名為.cgi，python也可以使用.py擴展名。

默認情況下，Linux服務(wù)器配置運行的cgi-bin目錄中為/var/www。

特色功能

優(yōu)點

簡單：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一樣。它使你能夠?qū)Ｗ⒂诮鉀Q問題而不是去搞明白語言本身。

易學(xué)：Python極其容易上手，因為Python有極其簡單的說明文檔。

易讀、易維護：風(fēng)格清晰劃一、強制縮進

用途廣泛

速度較快：Python的底層是用C語言寫的，很多標(biāo)準(zhǔn)庫和第三方庫也都是用C寫的，運行速度非?？?。

免費、開源：Python是FLOSS（自由/開放源碼軟件）之一。使用者可以自由地發(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是基于一個團體分享知識的概念。

高層語言：用Python語言編寫程序的時候無需考慮諸如如何管理你的程序使用的內(nèi)存一類的底層細節(jié)。

可移植性：由于它的開源本質(zhì)，Python已經(jīng)被移植在許多平臺上（經(jīng)過改動使它能夠工作在不同平臺上）。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、Acom RISC OS、VxWorks、PlayStation、Sharp Zaurus、Windows CE、PocketPC、Symbian以及Google基于linux開發(fā)的android平臺。

解釋性：一個用編譯性語言比如C或C++寫的程序可以從源文件（即C或C++語言）轉(zhuǎn)換到一個你的計算機使用的語言（二進制代碼，即0和1）。這個過程通過編譯器和不同的標(biāo)記、選項完成。

運行程序的時候，連接/轉(zhuǎn)載器軟件把你的程序從硬盤復(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制代碼。你可以直接從源代碼運行程序。

在計算機內(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使用的機器語言并運行。這使得使用Python更加簡單。也使得Python程序更加易于移植。

面向?qū)ο螅篜ython既支持面向過程的編程也支持面向?qū)ο蟮木幊?。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。

Python是完全面向?qū)ο蟮恼Z言。函數(shù)、模塊、數(shù)字、字符串都是對象。并且完全支持繼承、重載、派生、多繼承，有益于增強源代碼的復(fù)用性。Python支持重載運算符和動態(tài)類型。相對于Lisp這種傳統(tǒng)的函數(shù)式編程語言，Python對函數(shù)式設(shè)計只提供了有限的支持。有兩個標(biāo)準(zhǔn)庫（functools，itertools）提供了Haskell和Standard ML中久經(jīng)考驗的函數(shù)式程序設(shè)計工具。

可擴展性、可擴充性：如果需要一段關(guān)鍵代碼運行得更快或者希望某些算法不公開，可以部分程序用C或C++編寫，然后在Python程序中使用它們。

Python本身被設(shè)計為可擴充的。并非所有的特性和功能都集成到語言核心。Python提供了豐富的API和工具，以便程序員能夠輕松地使用C語言、C++、Cython來編寫擴充模塊。Python編譯器本身也可以被集成到其它需要腳本語言的程序內(nèi)。因此，很多人還把Python作為一種“膠水語言”（glue language）使用。使用Python將其他語言編寫的程序進行集成和封裝。在Google內(nèi)部的很多項目，例如Google Engine使用C++編寫性能要求極高的部分，然后用Python或Java/Go調(diào)用相應(yīng)的模塊。《Python技術(shù)手冊》的作者馬特利（Alex Martelli）說：“這很難講，不過，2004年，Python已在Google內(nèi)部使用，Google召募許多Python高手，但在這之前就已決定使用Python，他們的目的是Python where we can，C++ where we must，在操控硬件的場合使用C++，在快速開發(fā)時候使用Python?！?/p>

可嵌入性：可以把Python嵌入C/C++程序，從而向程序用戶提供腳本功能。

豐富的庫：Python標(biāo)準(zhǔn)庫確實很龐大。它可以幫助處理各種工作，包括正則表達式、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。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圖像庫等等。

規(guī)范的代碼：Python采用強制縮進的方式使得代碼具有較好可讀性。而Python語言寫的程序不需要編譯成二進制代碼。Python的作者設(shè)計限制性很強的語法，使得不好的編程習(xí)慣（例如if語句的下一行不向右縮進）都不能通過編譯。其中很重要的一項就是Python的縮進規(guī)則。一個和其他大多數(shù)語言（如C）的區(qū)別就是，一個模塊的界限，完全是由每行的首字符在這一行的位置來決定（而C語言是用一對大括號來明確的定出模塊的邊界，與字符的位置毫無關(guān)系）。通過強制程序員們縮進（包括if，for和函數(shù)定義等所有需要使用模塊的地方），Python確實使得程序更加清晰和美觀。

高級動態(tài)編程：雖然Python可能被粗略地分類為“腳本語言”（script language），但實際上一些大規(guī)模軟件開發(fā)計劃例如Zope、Mnet及BitTorrent，Google也廣泛地使用它。Python的支持者較喜歡稱它為一種高級動態(tài)編程語言，原因是“腳本語言”泛指僅作簡單程序設(shè)計任務(wù)的語言，如shellscript、VBScript等只能處理簡單任務(wù)的編程語言，并不能與Python相提并論。

做科學(xué)計算優(yōu)點多：說起科學(xué)計算，首先會被提到的可能是MATLAB。除了MATLAB的一些專業(yè)性很強的工具箱還無法被替代之外，MATLAB的大部分常用功能都可以在Python世界中找到相應(yīng)的擴展庫。和MATLAB相比，用Python做科學(xué)計算有如下優(yōu)點：

●首先，MATLAB是一款商用軟件，并且價格不菲。而Python完全免費，眾多開源的科學(xué)計算庫都提供了Python的調(diào)用接口。用戶可以在任何計算機上免費安裝Python及其絕大多數(shù)擴展庫。

●其次，與MATLAB相比，Python是一門更易學(xué)、更嚴(yán)謹?shù)某绦蛟O(shè)計語言。它能讓用戶編寫出更易讀、易維護的代碼。

●最后，MATLAB主要專注于工程和科學(xué)計算。然而即使在計算領(lǐng)域，也經(jīng)常會遇到文件管理、界面設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)通信等各種需求。而Python有著豐富的擴展庫，可以輕易完成各種高級任務(wù)，開發(fā)者可以用Python實現(xiàn)完整應(yīng)用程序所需的各種功能。

缺點

單行語句和命令行輸出問題：很多時候不能將程序連寫成一行，如import sys；for i in sys.path：print i。而perl和awk就無此限制，可以較為方便的在shell下完成簡單程序，不需要如Python一樣，必須將程序?qū)懭胍粋€.py文件。

給初學(xué)者帶來困惑：獨特的語法，這也許不應(yīng)該被稱為局限，但是它用縮進來區(qū)分語句關(guān)系的方式還是給很多初學(xué)者帶來了困惑。即便是很有經(jīng)驗的Python程序員，也可能陷入陷阱當(dāng)中。

運行速度慢：這里是指與C和C++相比。Python開發(fā)人員盡量避開不成熟或者不重要的優(yōu)化。一些針對非重要部位的加快運行速度的補丁通常不會被合并到Python內(nèi)。所以很多人認為Python很慢。不過，根據(jù)二八定律，大多數(shù)程序?qū)λ俣纫蟛桓?。在某些對運行速度要求很高的情況，Python設(shè)計師傾向于使用JIT技術(shù)，或者用使用C/C++語言改寫這部分程序?？捎玫腏IT技術(shù)是PyPy。

和其他語言區(qū)別

對于一個特定的問題，只要有一種最好的方法來解決

這在由Tim Peters寫的Python格言（稱為The Zen of Python）里面表述為：There should be one-and preferably only one-obvious way to do it。這正好和Perl語言（另一種功能類似的高級動態(tài)語言）的中心思想TMTOWTDI（There's More Than One Way To Do It）完全相反。

Python的設(shè)計哲學(xué)是“優(yōu)雅”、“明確”、“簡單”。因此，Perl語言中“總是有多種方法來做同一件事”的理念在Python開發(fā)者中通常是難以忍受的。Python開發(fā)者的哲學(xué)是“用一種方法，最好是只有一種方法來做一件事”。在設(shè)計Python語言時，如果面臨多種選擇，Python開發(fā)者一般會拒絕花俏的語法，而選擇明確的沒有或者很少有歧義的語法。由于這種設(shè)計觀念的差異，Python源代碼通常被認為比Perl具備更好的可讀性，并且能夠支撐大規(guī)模的軟件開發(fā)。這些準(zhǔn)則被稱為Python格言。在Python解釋器內(nèi)運行import this可以獲得完整的列表。

更高級的Virtual Machine

Python在執(zhí)行時，首先會將.py文件中的源代碼編譯成Python的byte code（字節(jié)碼），然后再由Python Virtual Machine（Python虛擬機）來執(zhí)行這些編譯好的byte code。這種機制的基本思想跟Java，.NET是一致的。然而，Python Virtual Machine與Java或.NET的Virtual Machine不同的是，Python的Virtual Machine是一種更高級的Virtual Machine。這里的高級并不是通常意義上的高級，不是說Python的Virtual Machine比Java或.NET的功能更強大，而是說和Java 或.NET相比，Python的Virtual Machine距離真實機器的距離更遠?；蛘呖梢赃@么說，Python的Virtual Machine是一種抽象層次更高的Virtual Machine?；贑的Python編譯出的字節(jié)碼文件，通常是.pyc格式。除此之外，Python還可以以交互模式運行，比如主流操作系統(tǒng)Unix/Linux、Mac、Windows都可以直接在命令模式下直接運行Python交互環(huán)境。直接下達操作指令即可實現(xiàn)交互操作。