Python语言的发展历程和特点

从你开始学习编程的那一刻起，就注定了以后所要走的路—从编程学习者开始，依次经历实习生、程序员、软件工程师、架构师、CTO等职位的磨砺；当你站在职位顶峰的位置蓦然回首时，会发现自己的成功并不是偶然，在程序员的成长之路上会有不断修改代码、寻找并解决Bug、不停测试程序和修改项目的经历。

不可否认的是，只要你在自己的开发生涯中稳扎稳打，并且善于总结和学习，最终将会得到可喜的收获。

进入2018年后，身边越来越多的人说Python语言如日中天了，也有人说Python的发展速度像坐了火箭一般。究竟Python语言有什么神奇之处，让广大程序员们对它如痴如醉？

本文将详细介绍Python语言的发展历程和特点，和读者一起找到上述问题的答案。

Python语言基础

曾经风靡一时的热播剧《琅琊榜》有云：遥映人间冰雪样，暗香幽浮曲临江，遍识天下英雄路，俯首江左有梅郎……琅琊榜就和武侠小说中的高手排行榜差不多。

其实在编程语言中也有自己的“琅琊榜”，这就是TIOBE编程语言社区排行榜，榜单会每月更新一次，榜单的排名客观公正地展示了各门编程语言的地位。

1.1.1　编程世界的“琅琊榜”

TIOBE编程语言社区排名使用著名的搜索引擎（诸如Google、MSN、Yahoo!、Wikipedia、YouTube以及Baidu等）进行计算，在2017年上半年，Java语言和C语言依然是最大的赢家。其实在最近几年的榜单中，程序员们早已习惯了C语言和Java的“二人转”局面。表1-1是2017年12月榜单中的前几名排名信息。

表1-1　2017年12月编程语言使用率统计表

1.1.2　Python为什么这么火

相信TIOBE编程语言社区排行榜中的排名会出乎很多读者的意料，Python语言竟然排在PHP、JavaScript等众多常用开发语言的前面。这似乎不合乎常理，因为在印象中很少有人提及Python，反而经常听大家谈起C、C++、Java、C#和PHP，Python语言为什么这么火呢？笔者认为Python语言之所以如此受大家欢迎，主要有如下两个原因。

（1）简单

无论是对于广大学习者还是程序员，简单就拥有了最大的吸引力。既然都能实现同样的功能，人们有什么理由不去选择更加简单的开发语言呢？例如，在运行Python程序时，只需要简单地输入Python代码后即可运行，而不需要像其他语言（例如C或C++）那样需要经过编译和链接等中间步骤。

Python可以立即执行程序，这样便形成了一种交互式编程体验和不同情况下快速调整的能力，往往在修改代码后能立即看到程序改变后的效果。

（2）功能强大

Python语言可以用来作为批处理语言，写一些简单工具，处理一些数据，作为其他软件的接口调试等。

Python语言可以用来作为函数语言，进行人工智能程序的开发，具有Lisp语言的大部分功能。

Python语言可以用来作为过程语言，进行常见的应用程序开发，可以和VB等语言一样应用。

Python语言可以用来作为面向对象语言，具有大部分面向对象语言的特性，经常作为大型应用软件的原型开发语言，然后再用C++语言改写，而有些应用软件则直接使用Python来开发。

1.1.3　Python语言的特点

除了上一小节介绍的简单和功能强大外，Python语言还有如下特点。

（1）面向对象

Python是一门面向对象编程（面向对象编程缩写为“OOP”）的语言，它的类模块支持多态、操作符重载和多重继承等高级概念，并且以Python特有的简洁的语法和类型，面向对象十分易于使用。

除了作为一种强大的代码构建和重用手段以外，Python的面向对象特性使它成为面向对象语言（如C++和Java）的理想脚本工具。例如，通过适当地粘贴代码，Python程序可以对C++、Java和C#的类进行子类的定制。

（2）免费

Python的使用和分发是完全免费的，就像其他的开源软件一样，如Perl、Linux和Apache。开发者可以从Internet上免费获得Python的源代码。复制Python，将其嵌入你的系统或者随产品一起发布都没有任何限制。

（3）可移植

Python语言的标准实现是由可移植的ANSI C编写的，可以在目前所有的主流平台上编译和运行。现在从PDA到超级计算机，到处都可以见到Python程序的运行。Python语言可以在下列平台上运行（注意，这并不是全部，而仅仅是笔者所知道的一部分）。

Linux和UNIX系统。

微软Windows。

Mac OS（包括OS X和Classic）。

BeOS、OS/2、VMS和QNX。

实时操作系统，例如VxWorks。

Cray超级计算机和IBM大型机。

运行Palm OS、PocketPC和Linux的PDA。

游戏终端。

（4）混合开发

Python程序可以以多种方式轻易地与其他语言编写的组件融合在一起。例如，通过使用Python的C语言API可以帮助Python程序灵活地调用C程序。这意味着可以根据需要给Python 程序添加功能，或者在其他环境系统中使用Python。

例如，将Python与C或者C++写成的库文件混合起来，使Python成为一个前端语言和定制工具，这使Python成为一个很好的快速原型工具。出于开发速度的考虑，系统可以先使用Python实现，之后转移至C，这样可以根据不同时期性能的需要逐步实现系统。

安装Python

古人云：工欲善其事，必先利其器。在使用Python语言进行项目开发时，需要先搭建其开发环境。本节将首先详细讲解安装Python的知识，为读者步入本书后面知识的学习打下基础。

1.2.1　选择版本

因为Python语言是跨平台的，可以运行在Windows、Mac OS、Linux、UNIX和各种其他系统上，所以说Python可以安装在这些系统中。并且在Windows上写的Python程序，可以放到Linux系统上运行。

到目前为止，Python最为常用的版本有两个：一个是2.x版，一个是3.x版。

这两个版本是不兼容的，因为目前Python正在朝着3.x版本进化，在进化过程中，大量针对2.x版本的代码要修改后才能运行，所以，目前有许多第三方库还暂时无法在3.x版本上使用。

读者可以根据自己的需要选择进行下载和安装，以下主要针对Python 3.x版本语法和标准库进行讲解。

1.2.2　在Windows系统中下载并安装Python

因为Python可以在Windows、Linux和Mac这当今三大主流的计算机系统中运行，所以接下来将详细讲解在这3种操作系统中安装Python的方法。接下来，将首先讲解在Windows系统中下载并安装Python的过程。

（1）登录Python官方网站，单击顶部导航中的Downloads链接，出现如图1-1所示的下载页面。

图1-1　Python下载页面

（2）因为当前计算机的系统是Windows系统，所以单击“Looking for Python with a different OS? Python for”后面的Windows链接，出现如图1-2所示的Windows版下载界面。

图1-2　Windows版下载界面

图1-2所示的都是Windows系统平台的安装包，其中x86适合32位操作系统，x86-64适合64位操作系统。并且可以通过如下3种途径获取Python。

web-based installer：需要通过联网完成安装。

executable installer：通过可执行文件(*.exe)方式安装。

embeddable zip file：这是嵌入式版本，可以集成到其他应用程序中。

（3）因为笔者的计算机是64位操作系统，所以需要选择一个64位的安装包，当前（笔者写稿时）最新版本“Windows x86-64 executable installer”。

在如图1-3所示的下载对话框中，单击“下载”按钮后开始下载。

图1-3　下载对话框界面

（4）下载成功后得到一个“.exe”格式的可执行文件，双击此文件开始安装。在第一个安装界面中勾选下面两个复选框，然后单击Install Now按钮，如图1-4所示。

图1-4　第一个安装界面

（5）弹出如图1-5所示的安装进度对话框进行安装。

图1-5　安装进度对话框

（6）安装完成后的界面如图1-6所示，单击“Close”按钮完成安装。

图1-6　安装完成界面

（7）依次单击“开始”“运行”，输入cmd后打开DOS命令界面，然后输入“python”验证是否安装成功。弹出如图1-7所示的界面表示安装成功。

图1-7　表示安装成功

1.2.3　在Mac系统中下载并安装Python

在Mac OS X中都已经默认安装了Python，开发者只需要安装一个文本编辑器来编写Python程序即可，并且需要确保其配置信息正确无误。要想检查当前使用的苹果系统是否安装了Python，需要完成如下工作。

（1）打开终端窗口（和Windows系统中的cmd控制台类似）

打开“Applications/Utilities”文件夹，选择打开里面的Terminal，这样可以打开一个终端窗口。另外，也可以按下键盘中的“Command + 空格”组合键，再输入terminal并按回车键打开终端窗口。

（2）输入“python”命令

为了确定是否安装了Python，接下来，需要执行命令“python”（注意，其中的p是小写的）。如果输出了类似于下面的内容，指出了安装的Python版本，这表示Python已经安装成功。最后的“>>>”是一个提示符，让我们能够进一步输入Python命令。

$ python

Python 3.6.1 (default, Mar 9 2016, 22:15:05)

[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 5.0 (clang-500.0.68)] on darwin

Type "help", "copyright", "credits", or "license" for more information.

>>>

上述输出表明，当前计算机默认使用的Python版本为Python 3.6.1。看到上述输出后，如果要退出Python并返回终端窗口，可按Control + D组合键或执行命令exit()。

1.2.4　在Linux系统中下载并安装Python

在众多开发者的眼中，Linux系统是专门为开发者所设计的。在大多数的Linux计算机中，都已经默认安装了Python。要在Linux系统中编写Python程序，开发者几乎不用安装什么软件，也几乎不用修改设置。要想检查当前使用的Linux系统是否安装了Python，需要完成如下工作。

（1）在系统中运行应用程序Terminal（如果使用的是Ubuntu，可以按下Ctrl + Alt + T组合键），打开一个终端窗口。

（2）为了确定是否安装了Python，需要执行“python”命令（请注意，其中的p是小写的）。

如果输出类似下面这样输出安装版本的结果，则表示已经安装了Python；最后的“>>>”是一个提示符，让我们能够继续输入Python命令。

$ python

Python 2.7.6 (default, Mar 22 2014, 22:59:38)

[GCC 4.8.2] on linux2

Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

>>>

上述输出表明，当前计算机默认使用的Python版本为Python 2.7.6。看到上述输出后，如果要退出Python并返回终端窗口，可按Ctrl + D组合键或执行命令exit()。

要想检查系统是否安装了Python 3，可能需要指定相应的版本，例如尝试执行命令python3。

$ python3

Python 3.6.0 (default, Sep 17 2016, 13:05:18)

[GCC 4.8.4] on linux

Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

>>>

上述输出表明，在当前Linux系统中也安装了Python 3，所以开发者可以使用这两个版本中的任何一个。在这种情况下，需要将本书中的命令python都替换为python3。在大多数情况下，在Linux系统上都默认安装了Python。

Python开发工具介绍

在安装Python后，接下来需要选择一款开发工具来编写Python程序。市面中有很多种支持Python的开发工具，下面将简要介绍几种主流的开发工具。

1.3.1　使用IDLE

IDLE是Python自带的开发工具，它是应用Python第三方库的图形接口库Tkinter开发的一个图形界面的开发工具，其主要特点如下所示。

跨平台，包括Windows、Linux、UNIX和Mac OS X。

智能缩进。

代码着色。

自动提示。

可以实现断点设置、单步执行等调试功能。

具有智能化菜单。

当在Windows系统下安装Python时，会自动安装IDLE，在“开始”菜单的Python 3.x子菜单中就可以找到它，如图1-8所示。

图1-8 “开始”菜单中的IDLE

在Linux系统下需要使用yum或apt-get命令进行单独安装。在Windows系统下，IDLE的界面如图1-9所示，标题栏与普通的Windows应用程序相同，而其中所写的代码是自动着色的。

图1-9　IDLE的界面

IDLE常用的快捷键如表1-2所示。

1.3.2　使用Emacs

Emacs堪称“无所不能”的开发工具，很多人称之为最强大的文本编辑器。与Vim不同，Emacs没有模式编辑器，使用Emacs就像使用Windows的记事本一样，但Emacs比Windows的记事本的功能要强大得多。下载并安装Emacs工具的具体流程如下所示。

（1）登录gnu官方网站，在Windows栏目下单击main GNU FTP server链接，如图1-10所示。

图1-10　单击main GNU FTP server链接

（2）在弹出的新页面中选择一个版本进行下载，如图1-11所示。

图1-11　选择一个版本

（3）下载完成后将得到一个ZIP格式的压缩包，解压完成后，运行Emacs所在目录下bin目录中的runemacs.exe文件，即可启动Emacs工具，其界面如图1-12所示。

图1-12　运行Emacs后的界面

认识第一段Python程序

经过本文前面内容的学习，已经了解了安装并搭建Python开发环境的知识。

1.4.1　编码并运行

（1）打开IDLE，依次单击File→New File，在弹出的新建文件中输入如下所示的代码。

print('同学们好,我的名字是——Python!')

print('这就是我的代码，简单吗？')

在Python语言中，“print”是一个输出函数，功能是，在命令行界面输出指定的内容，和C语言中的“printf”函数、Java语言中的“println”函数类似。本实例在IDLE编辑器中的效果如图1-13所示。

图1-13　输入代码

（2）依次单击File→Save命令，将其另存为文件“first.py”，如图1-14所示。

图1-14　另存为文件“first.py”

（3）按下键盘中的F5键，或依次单击Run→Run Module命令运行当前代码，如图 1-15所示。

图1-15　运行当前代码

（4）本实例执行后会使用函数print()输出两行文本，执行后的效果如图1-16所示。

图1-16　执行效果

1.4.2　其他运行方式

1．命令行运行方式

在Windows系统下还可以直接使用鼠标双击的方式来运行Python程序。如果通过双击运行上面编写的程序文件“first.py”，可以看到一个命令行窗口首先出现，然后又关闭，由于很快，因此看不到输出内容，这是因为程序运行结束后立即退出了。为了能看到程序的输出内容，可以按以下步骤进行操作。

（1）单击“开始”菜单，在“搜索程序和文件”文本框中输入“cmd”，并按Enter键，打开Windows的命令行窗口。

（2）输入文件first.py的绝对路径及文件名，再按Enter键运行程序。也可以使用cd命令，进入文件“first.py”所在的目录，如“D:lx”，然后在命令行提示符下输入“first.py”或者“python first.py”，按Enter键即可运行。

2．交互式运行方式

Python程序的交互式运行方式是指一边输入程序，一边运行程序。具体操作步骤如下所示。

（1）打开IDLE，在命令行中输入如下所示的代码。

print('同学们好,我的名字是——Python!')

按Enter键后即可立即运行上述代码，执行效果如图1-17所示。

图1-17　执行效果

（2）继续输入如下所示的代码。

print('这就是我的代码，简单吗？')

按Enter键后即可立即运行上述代码，执行效果如图1-18所示。

图1-18　执行效果

技术解惑

1.5.1　提高开发效率——安装文本编辑器

Geany是一款简单的文本编辑器：它易于安装；让你能够直接运行几乎所有的程序（而无需通过终端来运行）；使用不同的颜色来显示代码，以突出代码语法；在终端窗口中运行代码，让你能够习惯使用终端。建议使用Geany，除非你有充分的理由不这样做。

在大多数Linux系统中，都只须执行一条命令就可以安装Geany。

$ sudo apt-get install geany

1.5.2　快速运行Hello World程序

为了编写第一个Python程序，需要启动Geany。为此，可以按超级（Super）键（俗称Windows键），并在系统中搜索Geany。找到Geany后，双击就可以启动它。再将其拖曳到任务栏或桌面上，以创建一个快捷方式。

接下来，创建一个用于存储项目的文件夹，并将其命名为python_work（在文件名和文件夹名中，最好使用小写字母，并使用下划线来表示空格，因为这是Python采用的命名约定）。

返回Geany，依次选择菜单“File”和“Save As”，将当前的空Python文件保存到文件夹“python_work”中，并将其命名为“hello_world.py”。扩展名“.py”告诉Geany文件包含的是Python程序。它还让Geany知道如何运行该程序，并以有益的方式突出其中的代码。

保存文件后，在其中输入如下所示的一行代码。

print("Hello Python world!")

如果在系统中安装了多个Python版本，就必须对Geany进行配置，使其使用正确的版本。

为此，可以依次选择菜单Build（生成）和 Set Build Commands（设置生成命令），此时将看到文字Compile（编译）和Execute（执行），它们旁边都有一个命令。在默认情况下，这两条命令都是python，要让Geany使用命令python3，必须做相应的修改。

如果在终端会话中能够执行命令python3，请修改编译命令和执行命令，让Geany使用Python 3解释器。为此，将编译命令修改成下面这样。

python3 -m py_compile "%f"

必须完全按上面的代码显示的那样输入这条命令，确保空格和大小写都完全相同。

将执行命令修改成下面这样。

python3 "%f"

同样，务必确保空格和大小写都完全与显示的相同。图1-19显示了该如何在Geany中配置这些命令。

现在开始运行程序hello_world.py，依次选择菜单Build和Execute，并单击Execute图标（两个齿轮）或按F5键后将弹出一个终端窗口，其中包含如下所示的输出。

Hello Python world!

------------------

(program exited with code: 0)

Press return to continue

如果没有看到这样的输出，请检查你输入的每个字符。你是不是将print的首字母大写了？是不是遗漏了引号或括号？编程语言对语法的要求非常严格，只要你没有严格遵守语法，就会出错。

图1-19　在Linux中配置Geany，使其使用Python 3

1.5.3　在终端会话中运行Python代码

开发者可以打开一个终端窗口并执行命令python或python3，再尝试运行Python代码段。在检查Python版本时，你就这样做过。下面再次这样做，但是会在终端会话中输入如下代码行：

>>> print("Hello Python interpreter!")

Hello Python interpreter!

>>>

消息将直接转出到当前终端窗口中。请不要忘记，要关闭Python解释器，需要按Ctrl + D组合键或执行命令exit()。