Python 简介与入门

前言

在计算机工作中，许多任务适合自动化处理，如文本文件的查找 / 替换、图片重命名整理等。专业软件开发者在使用 C/C++/JAVA 类库时，常面临编写 / 编译 / 测试周期长、编写测试用例繁琐等问题。当程序支持扩展语言时，也不想重新设计新语言。而 Python 正是解决这些问题所需的语言。

一、Python 初识

1. Python 的优势

Python 虽易于使用，但它是完整的编程语言。与 Shell 脚本或批处理文件相比，能为编写大型程序提供更多结构和支持；比 C 有更多错误检查，作为高级语言，内置支持如灵活数组和字典等高级数据结构类型，适用于更多问题领域。它允许将程序分割为不同模块，以便在其他 Python 程序中重用，还内置大量标准模块，涵盖文件 I/O、系统调用、Socket 支持、用户图形界面（GUI）工具包接口等。此外，Python 是解释型语言，无需编译和链接，可节省开发时间，其解释器能交互使用，便于试验语言特性、编写临时程序或测试方法，甚至可当作桌面计算器。

2. Python 的特性

Python 让程序编写得紧凑和可读。其程序通常比 C、C++ 或 Java 程序更短小，原因在于：高级数据结构可在一条语句中表达复杂操作；语句组使用缩进代替开始和结束大括号来组织；变量或参数无需声明 。

3. Python 的应用领域

Python 是通用编程语言，应用广泛，学习曲线平滑，是编程入门的首选语言。

• 数据科学和机器学习：有 NumPy、Pandas、Scikit-learn 和 TensorFlow 等强大库和框架。
• Web 开发：拥有 Django 和 Flask 等流行 Web 框架。
• 自动化测试：具备 unittest 和 pytest 等流行测试框架。
• 网络爬虫：包含 BeautifulSoup、Scrapy 和 Requests 等强大库和框架。
• 游戏开发：有 Pygame 和 Panda3D 等流行游戏引擎。
• 数据分析：拥有 NumPy、Pandas 和 Matplotlib 等流行库和框架。
• 数据可视化：包含 Matplotlib、Seaborn 和 Bokeh 等流行库和框架。

二、Linux 环境中安装 Python

1. 下载 Python3.11.6

可在 Python 官方网站（http://www.python.org）下载。

2. 安装依赖包

• 设置 yum 仓库：设置好 centos 基础源和 epel 扩展源，本案例使用阿里的更新源。
• 安装依赖包

bash

[root@localhost ~]#yum -y install gcc zlib zlib-devel libffi libffi-devel  #安装源码编译需要的编译环境
[root@localhost ~]#yum -y install readline-devel  #解决后期方向键、删除键乱码问题
[root@localhost ~]#yum -y install openssl-devel openssl11 openssl11-devel
[root@localhost~]#export CFLAGS=(pkg-config --cflags openssl11)
[root@localhost~]#export LDFLAGS=(pkg-config --libs openssl11)  #设置编译FLAG，以便使用最新的openssl库

3. 解压 Python 压缩包

解压 Python-3.11.6.tgz，命令如下：

bash

[root@localhost~]#tar xvf Python-3.11.6.tar.xz

4. 安装 Python

bash

[root@master home]#cd Python-3.11.6/
[root@master Python-3.11.6]#./configure --prefix=/usr/local/python3

可选配置项含义：

• --enable-optimizations：用 PROFILE TASK 启用以配置文件主导的优化（PGO）
• --with-lto：在编译过程中启用链接时间优化（LTO）
• --enable-shared：启用共享 Python 库 libpython 的编译
• --with-ssl：编译安装 ssl 模块到 Python3 中（默认）

5. 编译及安装

编译安装 Python-3.11.6，命令如下：

bash

[root@master Python-3.11.6]#make
[root@master Python-3.11.6]#make install

若主机已安装其他版本 python3（3 的版本），应使用 altinstall 而不是 install，因为 install 会创建符号链接，可能破坏系统；若是 python2 版本，则无此影响。

6. 建立软连接

建立相关软连接，命令如下：

bash

[root@master Python-3.11.6]#ln -s /usr/local/python3/bin/python3 /usr/bin/python3
[root@master Python-3.11.6]#ln -s /usr/local/python3/bin/pip3 /usr/bin/pip3

7. 测试 Python3 运行

安装设置完毕，测试 Python3 的运行情况，命令如下：

bash

[root@master Python-3.11.6]#python3
Python 3.11.6 (default, Apr 22 2020, 17:24:20)
[GCC 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5 - 16)] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>print("hello world')
>>>hello world

备注：Ctrl+D 或 exit () 退出

8. 设置国内 pip 更新源

本案例使用阿里的更新源，

bash

[root@localhost~]#cat</root/.config/pip/pip.conf
[global]
index-url = http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
[install]
trusted-host = mirrors.aliyun.com

备注：使用如下命令也可以

bash

pip3 config set global.index-url http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple
pip3 config set install.trusted-host mirrors.aliyun.com

9. 更新 pip 版本（必须更新）

bash

[root@localhost~]#pip3 install --upgrade pip

提示：安装结束后给主机做一个快照。

三、windows 系统中安装 Python

1. 安装 Python 程序

• 双击安装包：双击 python 安装包 python-3.11.6-amd64，可选择默认安装或自定义安装，安装路径默认为 C:\Users\Administrator\AppData\Local\Programs\Python\Python311 ，安装包包含 IDLE、pip 和文档，可选择添加 python.exe 到 PATH 。
• 安装完成界面：安装成功后，可通过在终端输入 py 启动 Python，或在开始菜单搜索 Python，还可选择禁用路径长度限制。

2. 安装 vscode 编译器

在 Windows 系统中，Python 自带的 IDLE 编译器使用体验不佳，可安装 vscode 编译工具。

• 双击安装包：双击安装包 VSCodeUserSetup-x64-1.85.0，进入安装界面，阅读并同意许可协议。
• 设置安装路径：选择安装位置，至少需要 353.5MB 的可用磁盘空间。
• 选择开始菜单文件夹：可直接点下一步，也可选择自定义开始菜单文件夹。
• 选择附加任务：可选择创建桌面快捷方式、将 “通过 Code 打开” 操作添加到 Windows 资源管理器文件和目录上下文菜单、将 Code 注册为受支持的文件类型的编辑器、添加到 PATH（重启后生效）等附加任务。
• 开始安装：确认安装设置后开始安装，安装完成后可选择直接运行 Visual Studio Code。

3. 安装 vscode 插件

• 安装 python 插件：点击 Extensions（扩展）按钮，在搜索区域输入 “python”，选择 Python 插件进行安装，安装后可在 vscode 中编辑 python 代码。
• 安装 black format 插件（选装）：用同样方法安装 “black format” 插件，该插件可使用 “Shift+Alt+F” 组合键对 Python 代码进行格式化处理，整理代码书写规范。

4. 设置国内更新源

bash

pip config set global.index-url http://mirrors.aliyun.com/pypi/simple
pip config set install.trusted-host mirrors.aliyun.com
pip install --upgrade pip

五、Python 的语法基础

1. 标识符

标识符是对变量、常量、函数、类等对象起的名字。Python 严格区分大小写，标识符命名规则如下：

• 长度不受限制，字符必须是字母、数字、下划线（_），不能使用空格、连字符、标点符号、引号或其他字符。
• 第一个字符不能是数字，必须是字母或下划线。
• 不能将 Python 关键字用作标识符。中文也可作为标识符。

2. Python 保留字

Python 保留字，即关键字，是用作语法功能的专用标识符，不能用作自定义标识符名称，且只包含小写字母。可通过 python 提供的 keyword 模块输出当前版本的所有关键字：

python

运行

>>>import keyword 
>>>keyword.kwlist 
['False', 'None', 'True', 'and', 'as', 'assert', 'async', 'await', 'break', 'class', 'if', 'import', 'in', 'is', 'lambda', 'nonlocal', 'not', 'or', 'pass', 'raise','return', 'continue', 'def', 'del', 'elif', 'else', 'except', 'finally', 'for', 'from', 'global', 'try', 'while', 'with', 'yield']

3. 注释

• 单行注释：以符号 “#” 为单行注释的开始，从它往后到本行的末尾都是注释内容。
• 多行注释：Python 没有真正意义上的多行注释（块注释），可使用多个单行注释表示。

4. 语句与缩进

• 语句：在代码中，能完整表达某个意思、操作或逻辑的最短代码就是语句。Python 标准语言不需要使用分号，简单换行就表示语句结束。
• 代码块：为完成某一特定功能而联系在一起的一组语句构成一个代码块，如判断、循环、函数、类等。代码块首行通常以关键字开始，以冒号（:）结束。Python 使用缩进来表示代码块，一般用四个空格缩进，在 pycharm 或 vscode 中 tab 自动转换为 4 个空格，在 Linux 环境的 VIM 编辑器中，建议使用空格。
• 多行语句：如果一条语句太长，可使用反斜杠（\）实现多行语句。

5. pass 语句

pass 语句是占位语句，什么都不做，用于保证语法正确性，适用于不知道后面代码怎么写、不需要写代码细节、语法必须但无实际内容可写等场景。

六、Python 常用的数据类型

Python 内置数据类型有数字、字符串、元组、列表和字典。

1. 数字

数字类型包括整型、浮点型、布尔型等，声明时由 Python 内置基本数据类型管理变量，根据变量值自动判断变量类型。

• 整型和浮点型：整数用整型表示，有小数位用浮点型表示。变量类型可改变，再次赋值时实际创建了新变量。
• 布尔型：用于逻辑运算，有 True、False 两个值，表示真和假。使用比较运算符返回的结果是布尔值。
• Python 运算符：算术运算符与数学运算符号基本相同，包括 +、-、*、/ ，还有求模（%）和求幂（**）运算。运算顺序为先乘除后加减，小括号优先。

2. 字符串

字符串是一组包含数字、字母和符号的集合，整体使用。

• 字符串使用：有单引号、双引号、三引号三种表示方式，单引号和双引号作用相同，定义多行文字时需用三引号。
• 使用字符串注意事项：单引号、双引号、三引号需成对出现；字符串中单独出现单引号或双引号时，可用另一种引号定义；出现特殊字符时，可用转义字符 “\” 定义。
• 字符串的其它用法：字符串可进行乘法（*）操作，一个整型数字与字符串相乘，结果是该字符串重复相应次数。

3. 列表

列表（list）是重要的数据类型，通常作为函数返回类型，由一组元素组成，可实现添加、删除和查找操作，元素值可修改。

• 列表的定义：由中括号 “[]” 定义，元素以逗号分开。
• 列表的取值：列表数据有序，可单独取出某一位置元素的数值，也可获取指定范围的一组元素。
• 修改列表元素值：可修改指定位置的列表元素值。
• 添加列表元素：可把元素添加到列表最后，也可在列表指定位置前插入新元素。
• 删除列表元素：可删除列表指定索引位置的元素。
• 查找列表元素：使用 in 关键字可查找列表中是否存在指定数值，返回布尔类型 True 或 False。
• 合并列表：多个列表可使用加号（+）合并，后面列表元素追加到前面列表后面。
• 重复列表：使用星号（*）可对列表进行重复操作。
• 列表常见问题：使用列表时可能出现索引越界问题；负数索引表示从列表末尾反向取值；获取列表指定范围元素时，不存在索引越界问题，还可同时使用正数和负数索引；列表元素也可以是列表。

4. 元组

元组（tuple）和列表类似，由不同元素组成，元素可存储不同类型数据，但元组不可修改，通常表示一行数据，元素表示不同数据项。

• 元组的创建：由关键字和小括号定义，创建后不能修改内容。与列表相比，元组操作速度更快，数据更安全。
• 元组的操作：取值操作与列表相同；不允许删除元组中的元素值，但可删除整个元组；元组和列表可互相转换。

5. 字典

字典（dict）是重要的数据类型，由 “键 - 值” 对组成，值通过键来引用。

• 字典的创建：每个元素由键值对组成，键值用冒号分隔，键值对用逗号隔开，包含在花括号中。键唯一，值无序，一般用字符串作为键。
• 字典的取值操作：通过键获取对应的值，键是唯一的，不同键的值可相同，定义多个相同键时，字典只保留最后一个键值对。
• 字典的添加、修改、删除操作：添加新元素只需对新键赋值；修改元素直接对存在的键赋值；删除元素使用 del 函数。
• 字典的常见问题：字典不能使用 “+” 运算符执行连接操作。