基本介紹

Python由荷蘭數(shù)學和計算機科學研究學會的吉多·范羅蘇姆于1990年代初設計，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)結構，還能簡單有效地面向對象編程。Python語法和動態(tài)類型，以及解釋型語言的本質，使它成為多數(shù)平臺上寫腳本和快速開發(fā)應用的編程語言，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習，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豐富的標準庫，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90年代初Python語言誕生至今，它已被逐漸廣泛應用于系統(tǒng)管理任務的處理和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)團隊轉到BeOpen.com并組建了BeOpen PythonLabs團隊。同年十月，BeOpen PythonLabs團隊轉到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相關知識產權而創(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參加設計的一種教學語言。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。可以說，Python是從ABC發(fā)展起來，主要受到了Modula-3（另一種相當優(yōu)美且強大的語言，為小型團體所設計的）的影響。并且結合了Unix shell和C的習慣。

Python已經成為最受歡迎的程序設計語言之一。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做科學計算的研究機構日益增多，一些知名大學已經采用Python來教授程序設計課程。例如卡耐基梅隆大學的編程基礎、麻省理工學院的計算機科學及編程導論就使用Python語言講授。眾多開源的科學計算軟件包都提供了Python的調用接口，例如著名的計算機視覺庫OpenCV、三維可視化庫VTK、醫(yī)學圖像處理庫ITK。而Python專用的科學計算擴展庫就更多了，例如如下3個十分經典的科學計算擴展庫：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成的開發(fā)環(huán)境十分適合工程技術、科研人員處理實驗數(shù)據(jù)、制作圖表，甚至開發(fā)科學計算應用程序。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有關的支持，則需要付費給商業(yè)供應商。

產品設計

基本語法

Python

Python的設計目標之一是讓代碼具備高度的可閱讀性。它設計時盡量使用其它語言經常使用的標點符號和英文單字，讓代碼看起來整潔美觀。它不像其他的靜態(tài)語言如C、Pascal那樣需要重復書寫聲明語句，也不像它們的語法那樣經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?？s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，當條件成立時運行語句塊。經常與else，elif（相當于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，導入一個模塊或包。

from…import語句，從包導入模塊或從模塊導入某個對象。

import…as語句，將導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]從下標為2的元素切割到下標為5的元素，但不包含下標為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?？梢允褂脙戎煤瘮?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)。調用對象方法的語法是instance.method（arguments）。它等價于調用Class.method（instance，arguments）。當定義對象方法時，必須顯式地定義第一個參數(shù)，一般該參數(shù)名都使用self，用于訪問對象的內部數(shù)據(jù)。這里的self相當于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。

與其它面向對象語言一樣，Python允許程序員定義類型。構造一個對象只需要像函數(shù)一樣調用類型即可，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），這種特殊的設計允許對類型進行反射編程。

Python內置豐富的數(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)學運算。同時還支持復數(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，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的結果是2，而（-7）//3的結果卻是-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），通用網關接口，它是一段程序，運行在服務器上如：HTTP服務器，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。

服務器

在你進行CGI編程前，確保您的Web服務器支持CGI及已經配置了CGI的處理程序。

所有的HTTP服務器執(zhí)行CGI程序都保存在一個預先配置的目錄。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。它使你能夠專注于解決問題而不是去搞明白語言本身。

易學：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，很多標準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存一類的底層細節(jié)。

可移植性：由于它的開源本質，Python已經被移植在許多平臺上（經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記、選項完成。

運行程序的時候，連接/轉載器軟件把你的程序從硬盤復制到內存中并且運行。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。

在計算機內部，Python解釋器把源代碼轉換成稱為字節(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。

面向對象：Python既支持面向過程的編程也支持面向對象的編程。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)構建起來的。在“面向對象”的語言中，程序是由數(shù)據(jù)和功能組合而成的對象構建起來的。

Python是完全面向對象的語言。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)式設計只提供了有限的支持。有兩個標準庫（functools，itertools）提供了Haskell和Standard ML中久經考驗的函數(shù)式程序設計工具。

可擴展性、可擴充性：如果需要一段關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。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調用相應的模塊?！禤ython技術手冊》的作者馬特利（Alex Martelli）說：“這很難講，不過，2004年，Python已在Google內部使用，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標準庫確實很龐大。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)有關的操作。這被稱作Python的“功能齊全”理念。除了標準庫以外，還有許多其他高質量的庫，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的作者設計限制性很強的語法，使得不好的編程習慣（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計任務的語言，如shellscript、VBScript等只能處理簡單任務的編程語言，并不能與Python相提并論。

做科學計算優(yōu)點多：說起科學計算，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世界中找到相應的擴展庫。和MATLAB相比，用Python做科學計算有如下優(yōu)點：

●首先，MATLAB是一款商用軟件，并且價格不菲。而Python完全免費，眾多開源的科學計算庫都提供了Python的調用接口。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、更嚴謹?shù)某绦蛟O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計算。然而即使在計算領域，也經常會遇到文件管理、界面設計、網絡通信等各種需求。而Python有著豐富的擴展庫，可以輕易完成各種高級任務，開發(fā)者可以用Python實現(xiàn)完整應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，必須將程序寫入一個.py文件。

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

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。所以很多人認為Python很慢。不過，根據(jù)二八定律，大多數(shù)程序對速度要求不高。在某些對運行速度要求很高的情況，Python設計師傾向于使用JIT技術，或者用使用C/C++語言改寫這部分程序。可用的JIT技術是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的設計哲學是“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)者的哲學是“用一種方法，最好是只有一種方法來做一件事”。在設計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)。這些準則被稱為Python格言。在Python解釋器內運行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。