# 認識python(了解) ## 1\. Python發展背景 * Python的作者，Guido von Rossum（吉多·范·羅蘇姆，中國Python程序員都叫他 龜叔），荷蘭人。1982年，龜叔從阿姆斯特丹大學獲得了數學和計算機碩士學位。然而，盡管他算得上是一位數學家，但他更加享受計算機帶來的樂趣。用他的話說，雖然擁有數學和計算機雙料資質，他總趨向于做計算機相關的工作，并熱衷于做任何和編程相關的事情。 * 在那個時候，龜叔接觸并使用過諸如Pascal、C、Fortran等語言。這些語言的基本設計原則是讓機器能更快運行。在80年代，雖然IBM和蘋果已經掀起了個人電腦浪潮，但這些個人電腦的配置很低。比如早期的Macintosh，只有8MHz的CPU主頻和128KB的RAM，一個大的數組就能占滿內存。所有的編譯器的核心是做優化，以便讓程序能夠運行。為了增進效率，語言也迫使程序員像計算機一樣思考，以便能寫出更符合機器口味的程序。在那個時代，程序員恨不得用手榨取計算機每一寸的能力。有人甚至認為C語言的指針是在浪費內存。至于動態類型，內存自動管理，面向對象…… 別想了，那會讓你的電腦陷入癱瘓。 * 這種編程方式讓龜叔感到苦惱。龜叔知道如何用C語言寫出一個功能，但整個編寫過程需要耗費大量的時間，即使他已經準確的知道了如何實現。他的另一個選擇是shell。Bourne Shell作為UNIX系統的解釋器已經長期存在。UNIX的管理員們常常用shell去寫一些簡單的腳本，以進行一些系統維護的工作，比如定期備份、文件系統管理等等。shell可以像膠水一樣，將UNIX下的許多功能連接在一起。許多C語言下上百行的程序，在shell下只用幾行就可以完成。然而，shell的本質是調用命令。它并不是一個真正的語言。比如說，shell沒有數值型的數據類型，加法運算都很復雜。總之，shell不能全面的調動計算機的功能。 * 龜叔希望有一種語言，這種語言能夠像C語言那樣，能夠全面調用計算機的功能接口，又可以像shell那樣，可以輕松的編程。ABC語言讓龜叔看到希望。ABC是由荷蘭的數學和計算機研究所開發的。龜叔在該研究所工作，并參與到ABC語言的開發。ABC語言以教學為目的。與當時的大部分語言不同，ABC語言的目標是“讓用戶感覺更好”。ABC語言希望讓語言變得容易閱讀，容易使用，容易記憶，容易學習，并以此來激發人們學習編程的興趣。比如下面是一段來自Wikipedia的ABC程序，這個程序用于統計文本中出現的詞的總數： ~~~ HOW TO RETURN words document: PUT {} IN collection FOR line IN document: FOR word IN split line: IF word not.in collection: INSERT word IN collection RETURN collection ~~~ * HOW TO用于定義一個函數。一個Python程序員應該很容易理解這段程序。ABC語言使用冒號和縮進來表示程序塊。行 尾沒有分號。for和if結構中也沒有括號() 。賦值采用的是PUT，而不是更常見的等號。這些改動讓ABC程序讀起來像一段文字。 * 盡管已經具備了良好的可讀性和易用性，ABC語言最終沒有流行起來。在當時，ABC語言編譯器需要比較高配置的電腦才能運行。而這些電腦的使用者通常精通計算機，他們更多考慮程序的效率，而非它的學習難度。除了硬件上的困難外，ABC語言的設計也存在一些致命的問題： * 可拓展性差。ABC語言不是模塊化語言。如果想在ABC語言中增加功能，比如對圖形化的支持，就必須改動很多地方。 * 不能直接進行IO。ABC語言不能直接操作文件系統。盡管你可以通過諸如文本流的方式導入數據，但ABC無法直接讀寫文 件。輸入輸出的困難對于計算機語言來說是致命的。你能想像一個打不開車門的跑車么？ * 過度革新。ABC用自然語言的方式來表達程序的意義，比如上面程序中的HOW TO 。然而對于程序員來說，他們更習慣 用function或者define來定義一個函數。同樣，程序員更習慣用等號來分配變量。盡管ABC語言很特別，但學習難度 也很大。 * 傳播困難。ABC編譯器很大，必須被保存在磁帶上。當時龜叔在訪問的時候，就必須有一個大磁帶來給別人安裝ABC編 譯器。 這樣，ABC語言就很難快速傳播。 * 1989年，為了打發圣誕節假期，龜叔開始寫Python語言的編譯器。Python這個名字，來自龜叔所摯愛的電視劇Monty Python's Flying Circus。他希望這個新的叫做Python的語言，能符合他的理想：創造一種C和shell之間，功能全面，易學易用，可拓展的語言。龜叔作為一個語言設計愛好者，已經有過設計語言的嘗試。這一次，也不過是一次純粹的hacking行為。 ## 2\. Python語言的誕生 * 1991年，第一個Python編譯器誕生。它是用C語言實現的，并能夠調用C語言的庫文件。從一出生，Python已經具有了 ：類，函數，異常處理，包含表和詞典在內的核心數據類型，以及模塊為基礎的拓展系統。 * Python語法很多來自C，但又受到ABC語言的強烈影響。來自ABC語言的一些規定直到今天還富有爭議，比如強制縮進。 但這些語法規定讓Python容易讀。另一方面，Python聰明的選擇服從一些慣例，特別是C語言的慣例，比如回歸等號賦值。龜叔認為，如果“常識”上確立的東西，沒有必要過度糾結。 * Python從一開始就特別在意可拓展性。Python可以在多個層次上拓展。從高層上，你可以直接引入. py文件。在底層，你可以引用C語言的庫。Python程序員可以快速的使用Python寫. py文件作為拓展模塊。但當性能是考慮的重要因素時，Python程序員可以深入底層，寫C程序，編譯為.so文件引入到Python中使用。Python就好像是使用鋼構建房一樣，先規定好大的框架。而程序員可以在此框架下相當自由的拓展或更 改。 * 最初的Python完全由龜叔本人開發。Python得到龜叔同事的歡迎。他們迅速的反饋使用意見，并參與到Python的改進。龜叔和一些同事構成Python的核心團隊。他們將自己大部分的業余時間用于hack Python。隨后，Python拓 展到研究所之外。Python將許多機器層面上的細節隱藏，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，而不是具體的實現細節。這一特征吸引了廣大的程序員。Python開始流行。  > 人生苦短，我用python * 計算機硬件越來越強大，Python又容易使用，所以許多人開始轉向Python。龜叔維護了一個mail list，Python用戶就通過郵件進行交流。Python用戶來自許多領域，有不同的背景，對Python也有不同的需求。Python相當的開放，又容 易拓展，所以當用戶不滿足于現有功能，很容易對Python進行拓展或改造。隨后，這些用戶將改動發給龜叔，并由龜叔決定是否將新的特征加入到Python或者標準庫中。如果代碼能被納入Python自身或者標準庫，這將極大的榮譽。由于龜叔至高無上的決定權，他因此被稱為“終身的仁慈獨裁者”。 * Python以及其標準庫的功能強大。這些是整個社區的貢獻。Python的開發者來自不同領域，他們將不同領域的優點帶給Python。比如Python標準庫中的正則表達是參考Perl，而lambda, map, filter, reduce等函數參考了Lisp。Python本身的一些功能以及大部分的標準庫來自于社區。Python的社 區不斷擴大，進而擁有了自己的newsgroup，網站，以及基金。從Python 2.0開始，Python也從mail list的開發方式，轉為完全開源的開發方式。社區氣氛已經形成，工作被整個社區分擔，Python也獲得了更加高速的發展。 * 到今天，Python的框架已經確立。Python語言以對象為核心組織代碼，支持多種編程范式，采用動態類型，自動進行內存回收。Python支持解釋運行，并能調用C庫進行拓展。Python有強大的標準庫。由于標準庫的體系已經穩定，所以Python的生態系統開始拓展到第三方包。這些包，如Django、web.py、wxpython、numpy、matplotlib、PIL，將Python升級成了物種豐富的熱帶雨林。 * Python崇尚優美、清晰、簡單，是一個優秀并廣泛使用的語言。Python在TIOBE排行榜中排行第八，它是Google的第三大開發語言，Dropbox的基礎語言，豆瓣的服務器語言。Python的發展史可以作為一個代表，帶給我許多啟示。 * 在Python的開發過程中，社區起到了重要的作用。龜叔自認為自己不是全能型的程序員，所以他只負責制訂框架。如果問題太復雜，他會選擇繞過去，也就是cut the corner。這些問題最終由社區中的其他人解決。社區中的人才是異常豐富的，就連創建網站，籌集基金這樣與開發稍遠的事情，也有人樂意于處理。如今的項目開發越來越復雜，越來越龐大，合作以及開放的心態成為項目最終成功的關鍵。 * Python從其他語言中學到了很多，無論是已經進入歷史的ABC，還是依然在使用的C和Perl，以及許多沒有列出的其他 語言。可以說，Python的成功代表了它所有借鑒的語言的成功。同樣，Ruby借鑒了Python，它的成功也代表了Python某些方面的成功。每個語言都是混合體，都有它優秀的地方，但也有各種各樣的缺陷。同時，一個語言“好與不好”的評判，往往受制于平臺、硬件、時代等等外部原因。程序員經歷過許多語言之爭。其實，以開放的心態來接受各個語言，說不定哪一天，程序員也可以如龜叔那樣，混合出自己的語言。 ## 3\. 關鍵點常識 * Python的發音與拼寫 * Python的作者是Guido van Rossum（龜叔） * Python正式誕生于1991年 * Python的解釋器如今有多個語言實現，我們常用的是CPython（官方版本的C語言實現），其他還有Jython（可以運行在Java平臺）、IronPython（可以運行在.NET和Mono平臺）、PyPy（Python實現的，支持JIT即時編譯） * Python目前有兩個版本，Python2和Python3，最新版分別為2.7.13和3.6.2 * Life is shot, you need Python. 人生苦短，我用Python。  （2018年5月，TIOBE 編程語言流行排行榜） ## 4\. Python優缺點 ### 優點 * 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，盡管這個英語的要求非常嚴格！Python的這種偽代碼本質是它最大的優點之一。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：就如同你即將看到的一樣，Python極其容易上手。前面已經提到了，Python有極其簡單的語法。 * 免費、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。這是為什么Python如此優秀的原因之一——它是由一群希望看到一個更加優秀的Python的人創造并經常改進著的。 * 高層語言：當你用Python語言編寫程序的時候，你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。 * 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）。如果你小心地避免使用依賴于系統的特性，那么你的所有Python程序無需修改就可以在下述任何平臺上面運行。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、Acom RISC OS、VxWorks、PlayStation、Sharp Zaurus、Windows CE甚至還有PocketPC、Symbian以及Google基于linux開發的Android平臺！ * 解釋型語言：一個用編譯型語言比如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。當你運行你的程序的時候，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。事實上，由于你不再需要擔心如何編譯程序，如何確保連接轉載正確的庫等等，所有這一切使得使用Python更加簡單。由于你只需要把你的Python程序拷貝到另外一臺計算機上，它就可以工作了，這也使得你的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構建起來的。在“面向對象”的語言中，程序是由數據和功能組合而成的對象構建起來的。與其他主要的語言如C++和Java相比，Python以一種非常強大又簡單的方式實現面向對象編程。 * 可擴展性：如果你需要你的一段關鍵代碼運行得更快或者希望某些算法不公開，你可以把你的部分程序用C或C++編寫，然后在你的Python程序中使用它們。 * 豐富的庫：Python標準庫確實很龐大。它可以幫助你處理各種工作，包括正則表達式、文檔生成、單元測試、線程、數據庫、網頁瀏覽器、CGI、FTP、電子郵件、XML、XML-RPC、HTML、WAV文件、密碼系統、GUI（圖形用戶界面）、Tk和其他與系統有關的操作。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。 * 規范的代碼：Python采用強制縮進的方式使得代碼具有極佳的可讀性。 ### 缺點 Python語言非常完善，沒有明顯的短板和缺點，唯一的缺點就是執行效率慢，這個是解釋型語言所通有的，同時這個缺點也將被計算機越來越強大的性能所彌補。 ## 5\. Python應用場景 * **Web應用開發** Python經常被用于Web開發。比如，通過mod\_wsgi模塊，Apache可以運行用Python編寫的Web程序。Python定義了WSGI標準應用接口來協調Http服務器與基于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和管理復雜的Web程序。 * **操作系統管理、服務器運維的自動化腳本** 在很多操作系統里，Python是標準的系統組件。 大多數Linux發行版以及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發行版的安裝器使用Python語言編寫，比如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。Python標準庫包含了多個調用操作系統功能的庫。通過pywin32這個第三方軟件 包，Python能夠訪問Windows的COM服務及其它Windows API。使用IronPython，Python程序能夠直接調用.Net Framework。一般說來，Python編寫的系統管理腳本在可讀性、性能、代碼重用度、擴展性幾方面都優于普通的shell腳本。 * **網絡爬蟲** Python有大量的HTTP請求處理庫和HTML解析庫，并且有成熟高效的爬蟲框架Scrapy和分布式解決方案scrapy-redis，在爬蟲的應用方面非常廣泛。 * **科學計算** NumPy、SciPy、Pandas、Matplotlib可以讓Python程序員編寫科學計算程序。 * **桌面軟件** PyQt、PySide、wxPython、PyGTK是Python快速開發桌面應用程序的利器。 * **服務器軟件（網絡軟件）** Python對于各種網絡協議的支持很完善，因此經常被用于編寫服務器軟件、網絡爬蟲。第三方庫Twisted支持異步網絡編程和多數標準的網絡協議(包含客戶端和服務器)，并且提供了多種工具，被廣泛用于編寫高性能的服務器軟件。 * **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、服務器。相較于Python，Lua的功能更簡單、體積更小；而Python則支持更多的特性和數據類型。 * **構思實現，產品早期原型和迭代** Google、NASA、Facebook都在內部大量地使用Python。