基本介绍

Python由荷兰数学和计算机科学研究学会的吉多·范罗苏姆于1990年代初设计，作为一门叫做ABC语言的替代品。Python提供了高效的高级数据结构，还能简单有效地面向对象编程。Python语法和动态类型，以及解释型语言的本质，使它成为多数平台上写脚本和快速开发应用的编程语言，随着版本的不断更新和语言新功能的添加，逐渐被用于独立的、大型项目的开发。

Python在各个编程语言中比较适合新手学习，Python解释器易于扩展，可以使用C语言或C++（或者其他可以通过C调用的语言）扩展新的功能和数据类型。Python也可用于可定制化软件中的扩展程序语言。Python丰富的标准库，提供了适用于各个主要系统平台的源码或机器码。

发展历程

自20世纪90年代初Python语言诞生至今，它已被逐渐广泛应用于系统管理任务的处理和Web编程。

1995年，Guido van Rossum在弗吉尼亚州的国家创新研究公司（CNRI）继续他在Python上的工作，并在那里发布了该软件的多个版本。

2000年五月，Guido van Rossum和Python核心开发团队转到BeOpen.com并组建了BeOpen PythonLabs团队。同年十月，BeOpen PythonLabs团队转到Digital Creations（现为Zope Corporation）。

2001年，Python软件基金会（PSF）成立，这是一个专为拥有Python相关知识产权而创建的非营利组织。Zope Corporation是PSF的赞助成员。

Python的创始人为荷兰人吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum）。1989年圣诞节期间，在阿姆斯特丹，Guido为了打发圣诞节的无趣，决心开发一个新的脚本解释程序，作为ABC语言的一种继承。之所以选中单词Python（意为大蟒蛇）作为该编程语言的名字，是因为英国20世纪70年代首播的电视喜剧《蒙提·派森的飞行马戏团》（Monty Python's Flying Circus）。

ABC是由Guido参加设计的一种教学语言。就Guido本人看来，ABC这种语言非常优美和强大，是专门为非专业程序员设计的。但是ABC语言并没有成功，究其原因，Guido认为是其非开放造成的。Guido决心在Python中避免这一错误。同时，他还想实现在ABC中闪现过但未曾实现的东西。

就这样，Python在Guido手中诞生了。可以说，Python是从ABC发展起来，主要受到了Modula-3（另一种相当优美且强大的语言，为小型团体所设计的）的影响。并且结合了Unix shell和C的习惯。

Python已经成为最受欢迎的程序设计语言之一。自从2004年以后，python的使用率呈线性增长。Python 2于2000年10月16日发布，稳定版本是Python 2.7。Python 3于2008年12月3日发布，不完全兼容Python 2。2011年1月，它被TIOBE编程语言排行榜评为2010年度语言。

由于Python语言的简洁性、易读性以及可扩展性，在国外用Python做科学计算的研究机构日益增多，一些知名大学已经采用Python来教授程序设计课程。例如卡耐基梅隆大学的编程基础、麻省理工学院的计算机科学及编程导论就使用Python语言讲授。众多开源的科学计算软件包都提供了Python的调用接口，例如著名的计算机视觉库OpenCV、三维可视化库VTK、医学图像处理库ITK。而Python专用的科学计算扩展库就更多了，例如如下3个十分经典的科学计算扩展库：NumPy、SciPy和matplotlib，它们分别为Python提供了快速数组处理、数值运算以及绘图功能。因此Python语言及其众多的扩展库所构成的开发环境十分适合工程技术、科研人员处理实验数据、制作图表，甚至开发科学计算应用程序。2018年3月，该语言作者在邮件列表上宣布Python 2.7将于2020年1月1日终止支持。用户如果想要在这个日期之后继续得到与Python 2.7有关的支持，则需要付费给商业供应商。

产品设计

基本语法

Python

Python的设计目标之一是让代码具备高度的可阅读性。它设计时尽量使用其它语言经常使用的标点符号和英文单字，让代码看起来整洁美观。它不像其他的静态语言如C、Pascal那样需要重复书写声明语句，也不像它们的语法那样经常有特殊情况和意外。

Python开发者有意让违反了缩进规则的程序不能通过编译，以此来强制程序员养成良好的编程习惯。并且Python语言利用缩进表示语句块的开始和退出（Off-side规则），而非使用花括号或者某种关键字。增加缩进表示语句块的开始，而减少缩进则表示语句块的退出。缩进成为了语法的一部分。

根据PEP的规定，必须使用4个空格来表示每级缩进。使用Tab字符和其它数目的空格虽然都可以编译通过，但不符合编码规范。支持Tab字符和其它数目的空格仅仅是为兼容很旧的的Python程序和某些有问题的编辑程序。

控制语句

if语句，当条件成立时运行语句块。经常与else，elif（相当于else if）配合使用，称为if-elif-else语句。

for语句，遍历列表、字符串、字典、集合等迭代器（容器），依次处理迭代器中的每个元素。有时和else连用，称为for-else语句。

while语句，当条件为真时，循环运行语句块。有时和else配合使用，称为while-else语句。

try语句，必与except配合使用处理在程序运行中出现的异常情况，称为try-except语句。

class语句，用于定义类型。

def语句，用于定义函数和类型的方法。

pass语句，表示此行为空，不运行任何操作。

assert语句，用于程序调试阶段时测试运行条件是否满足。

with语句，Python2.6以后定义的语法，在一个场景中运行语句块。比如，运行语句块前加密，然后在语句块运行退出后解密。

yield语句，在迭代器函数内使用，用于返回一个元素。自从Python 2.5版本以后。这个语句变成一个运算符。

raise语句，制造一个错误。

import语句，导入一个模块或包。

from…import语句，从包导入模块或从模块导入某个对象。

import…as语句，将导入的对象赋值给一个变量。

in语句，判断一个对象是否在一个字符串/列表/元组里。

表达式

Python的表达式写法与C/C++类似。只是在某些写法有所差别。

主要的算术运算符与C/C++类似。+，-，*，/，//，**，~，%分别表示加法或者取正、减法或者取负、乘法、除法、整除、乘方、取补、取余。

Python使用and，or，not表示逻辑运算。

is，is not用于比较两个变量是否是同一个对象。in，not in用于判断一个对象是否属于另外一个对象。

Python区分列表（list）和元组（tuple）两种类型。list的写法是[1，2，3]，而tuple的写法是（1，2，3）。可以改变list中的元素，而不能改变tuple。在某些情况下，tuple的括号可以省略。tuple对于赋值语句有特殊的处理。因此，可以同时赋值给多个变量。

Python使用'（单引号）和"（双引号）来表示单行字符串，用'''（三个连续单引号）和"""（三个连续双引号）与Perl、Unix Shell语言或者Ruby、Groovy等语言不一样，两种符号作用相同。一般地，如果字符串中出现了双引号，就使用单引号来表示字符串；反之则使用双引号。如果都没有出现，就依个人喜好选择。出现在字符串中的（反斜杠）被解释为特殊字符，比如 表示换行符。表达式前加r指示Python不解释字符串中出现的。这种写法通常用于编写正则表达式或者Windows文件路径。

Python支持列表切割（list slices），可以取得完整列表的一部分。支持切割操作的类型有str，bytes，list，tuple等。它的语法是...[left：right]或者...[left：right：stride]。假定nums变量的值是[1，3，5，7，8，13，20]，那么下面几个语句为真：

nums[2：5]==[5，7，8]从下标为2的元素切割到下标为5的元素，但不包含下标为5的元素。

函数

Python函数支持递归、默认参数值、可变参数，但不支持函数重载。为了增强代码的可读性，可以在函数后书写“文档字符串”（Documentation Strings，或者简称docstrings），用于解释函数的作用、参数的类型与意义、返回值类型与取值范围等。可以使用内置函数help打印出函数的使用帮助。

对象的方法

对象的方法是指绑定到对象的函数。调用对象方法的语法是instance.method（arguments）。它等价于调用Class.method（instance，arguments）。当定义对象方法时，必须显式地定义第一个参数，一般该参数名都使用self，用于访问对象的内部数据。这里的self相当于C++，Java里面的this变量，但是我们还可以使用任何其它合法的参数名，比如this和 mine等，self与C++，Java里面的this不完全一样，它可以被看作是一个习惯性的用法，我们传入任何其它的合法名称都行。

Python认识一些以“__”开始并以“__”结束的特殊方法名，它们用于实现运算符重载和实现多种特殊功能，叫做魔法方法。

类型

Python采用动态类型系统。在编译的时候，Python不会检查对象是否拥有被调用的方法或者属性，而是直至运行时，才做出检查。所以操作对象时可能会抛出异常。不过，虽然Python采用动态类型系统，它同时也是强类型的。Python禁止没有明确定义的操作，比如数字加字符串。

与其它面向对象语言一样，Python允许程序员定义类型。构造一个对象只需要像函数一样调用类型即可，比如，对于前面定义的Fish类型，使用Fish。类型本身也是特殊类型type的对象（type类型本身也是type对象），这种特殊的设计允许对类型进行反射编程。

Python内置丰富的数据类型。与Java、C++相比，这些数据类型有效地减少代码的长度。

除了各种数据类型，Python语言还用类型来表示函数、模块、类型本身、对象的方法、编译后的Python代码、运行时信息等等。因此，Python具备很强的动态性。

数学运算

Python使用与C、Java类似的运算符，支持整数与浮点数的数学运算。同时还支持复数运算与无穷位数。

fractions模块用于支持分数运算；decimal模块用于支持高精度的浮点数运算。

Python定义求余运行a%b的值处于开区间[0，b)内，如果b是负数，开区间变为(b，0]。这是一个很常见的定义方式。不过其实它依赖于整除的定义。为了让方程式：b*(a//b)+a%b=a恒真，整除运行需要向负无穷小方向取值。比如7//3的结果是2，而（-7）//3的结果却是-3。这个算法与其它很多编程语言不一样，需要注意，它们的整除运算会向0的方向取值。

Python允许像数学的常用写法那样连着写两个比较运行符。

帮助

1.列出模块中的函数

用import导入模块后，可使用函数dir（m）列出模块的所有函数，import是导入模块的命令，m是模块名。

3.查看某个函数的文档帮助信息

可以用函数help（函数）来查看某个函数的文档帮助信息。

接口

CGI目前由NCSA维护，NCSA定义CGI如下：

CGI（Common Gateway Interface），通用网关接口，它是一段程序，运行在服务器上如：HTTP服务器，提供同客户端HTML页面的接口。

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

服务器

在你进行CGI编程前，确保您的Web服务器支持CGI及已经配置了CGI的处理程序。

所有的HTTP服务器执行CGI程序都保存在一个预先配置的目录。这个目录被称为CGI目录，并按照惯例，它被命名为/var/www/cgi-bin目录。

CGI文件的扩展名为.cgi，python也可以使用.py扩展名。

默认情况下，Linux服务器配置运行的cgi-bin目录中为/var/www。

特色功能

优点

简单：Python是一种代表简单主义思想的语言。阅读一个良好的Python程序就感觉像是在读英语一样。它使你能够专注于解决问题而不是去搞明白语言本身。

易学：Python极其容易上手，因为Python有极其简单的说明文档。

易读、易维护：风格清晰划一、强制缩进

用途广泛

速度较快：Python的底层是用C语言写的，很多标准库和第三方库也都是用C写的，运行速度非常快。

免费、开源：Python是FLOSS（自由/开放源码软件）之一。使用者可以自由地发布这个软件的拷贝、阅读它的源代码、对它做改动、把它的一部分用于新的自由软件中。FLOSS是基于一个团体分享知识的概念。

高层语言：用Python语言编写程序的时候无需考虑诸如如何管理你的程序使用的内存一类的底层细节。

可移植性：由于它的开源本质，Python已经被移植在许多平台上（经过改动使它能够工作在不同平台上）。这些平台包括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开发的android平台。

解释性：一个用编译性语言比如C或C++写的程序可以从源文件（即C或C++语言）转换到一个你的计算机使用的语言（二进制代码，即0和1）。这个过程通过编译器和不同的标记、选项完成。

运行程序的时候，连接/转载器软件把你的程序从硬盘复制到内存中并且运行。而Python语言写的程序不需要编译成二进制代码。你可以直接从源代码运行程序。

在计算机内部，Python解释器把源代码转换成称为字节码的中间形式，然后再把它翻译成计算机使用的机器语言并运行。这使得使用Python更加简单。也使得Python程序更加易于移植。

面向对象：Python既支持面向过程的编程也支持面向对象的编程。在“面向过程”的语言中，程序是由过程或仅仅是可重用代码的函数构建起来的。在“面向对象”的语言中，程序是由数据和功能组合而成的对象构建起来的。

Python是完全面向对象的语言。函数、模块、数字、字符串都是对象。并且完全支持继承、重载、派生、多继承，有益于增强源代码的复用性。Python支持重载运算符和动态类型。相对于Lisp这种传统的函数式编程语言，Python对函数式设计只提供了有限的支持。有两个标准库（functools，itertools）提供了Haskell和Standard ML中久经考验的函数式程序设计工具。

可扩展性、可扩充性：如果需要一段关键代码运行得更快或者希望某些算法不公开，可以部分程序用C或C++编写，然后在Python程序中使用它们。

Python本身被设计为可扩充的。并非所有的特性和功能都集成到语言核心。Python提供了丰富的API和工具，以便程序员能够轻松地使用C语言、C++、Cython来编写扩充模块。Python编译器本身也可以被集成到其它需要脚本语言的程序内。因此，很多人还把Python作为一种“胶水语言”（glue language）使用。使用Python将其他语言编写的程序进行集成和封装。在Google内部的很多项目，例如Google Engine使用C++编写性能要求极高的部分，然后用Python或Java/Go调用相应的模块。《Python技术手册》的作者马特利（Alex Martelli）说：“这很难讲，不过，2004年，Python已在Google内部使用，Google召募许多Python高手，但在这之前就已决定使用Python，他们的目的是Python where we can，C++ where we must，在操控硬件的场合使用C++，在快速开发时候使用Python。”

可嵌入性：可以把Python嵌入C/C++程序，从而向程序用户提供脚本功能。

丰富的库：Python标准库确实很庞大。它可以帮助处理各种工作，包括正则表达式、文档生成、单元测试、线程、数据库、网页浏览器、CGI、FTP、电子邮件、XML、XML-RPC、HTML、WAV文件、密码系统、GUI（图形用户界面）、Tk和其他与系统有关的操作。这被称作Python的“功能齐全”理念。除了标准库以外，还有许多其他高质量的库，如wxPython、Twisted和Python图像库等等。

规范的代码：Python采用强制缩进的方式使得代码具有较好可读性。而Python语言写的程序不需要编译成二进制代码。Python的作者设计限制性很强的语法，使得不好的编程习惯（例如if语句的下一行不向右缩进）都不能通过编译。其中很重要的一项就是Python的缩进规则。一个和其他大多数语言（如C）的区别就是，一个模块的界限，完全是由每行的首字符在这一行的位置来决定（而C语言是用一对大括号来明确的定出模块的边界，与字符的位置毫无关系）。通过强制程序员们缩进（包括if，for和函数定义等所有需要使用模块的地方），Python确实使得程序更加清晰和美观。

高级动态编程：虽然Python可能被粗略地分类为“脚本语言”（script language），但实际上一些大规模软件开发计划例如Zope、Mnet及BitTorrent，Google也广泛地使用它。Python的支持者较喜欢称它为一种高级动态编程语言，原因是“脚本语言”泛指仅作简单程序设计任务的语言，如shellscript、VBScript等只能处理简单任务的编程语言，并不能与Python相提并论。

做科学计算优点多：说起科学计算，首先会被提到的可能是MATLAB。除了MATLAB的一些专业性很强的工具箱还无法被替代之外，MATLAB的大部分常用功能都可以在Python世界中找到相应的扩展库。和MATLAB相比，用Python做科学计算有如下优点：

●首先，MATLAB是一款商用软件，并且价格不菲。而Python完全免费，众多开源的科学计算库都提供了Python的调用接口。用户可以在任何计算机上免费安装Python及其绝大多数扩展库。

●其次，与MATLAB相比，Python是一门更易学、更严谨的程序设计语言。它能让用户编写出更易读、易维护的代码。

●最后，MATLAB主要专注于工程和科学计算。然而即使在计算领域，也经常会遇到文件管理、界面设计、网络通信等各种需求。而Python有着丰富的扩展库，可以轻易完成各种高级任务，开发者可以用Python实现完整应用程序所需的各种功能。

缺点

单行语句和命令行输出问题：很多时候不能将程序连写成一行，如import sys；for i in sys.path：print i。而perl和awk就无此限制，可以较为方便的在shell下完成简单程序，不需要如Python一样，必须将程序写入一个.py文件。

给初学者带来困惑：独特的语法，这也许不应该被称为局限，但是它用缩进来区分语句关系的方式还是给很多初学者带来了困惑。即便是很有经验的Python程序员，也可能陷入陷阱当中。

运行速度慢：这里是指与C和C++相比。Python开发人员尽量避开不成熟或者不重要的优化。一些针对非重要部位的加快运行速度的补丁通常不会被合并到Python内。所以很多人认为Python很慢。不过，根据二八定律，大多数程序对速度要求不高。在某些对运行速度要求很高的情况，Python设计师倾向于使用JIT技术，或者用使用C/C++语言改写这部分程序。可用的JIT技术是PyPy。

和其他语言区别

对于一个特定的问题，只要有一种最好的方法来解决

这在由Tim Peters写的Python格言（称为The Zen of Python）里面表述为：There should be one-and preferably only one-obvious way to do it。这正好和Perl语言（另一种功能类似的高级动态语言）的中心思想TMTOWTDI（There's More Than One Way To Do It）完全相反。

Python的设计哲学是“优雅”、“明确”、“简单”。因此，Perl语言中“总是有多种方法来做同一件事”的理念在Python开发者中通常是难以忍受的。Python开发者的哲学是“用一种方法，最好是只有一种方法来做一件事”。在设计Python语言时，如果面临多种选择，Python开发者一般会拒绝花俏的语法，而选择明确的没有或者很少有歧义的语法。由于这种设计观念的差异，Python源代码通常被认为比Perl具备更好的可读性，并且能够支撑大规模的软件开发。这些准则被称为Python格言。在Python解释器内运行import this可以获得完整的列表。

更高级的Virtual Machine

Python在执行时，首先会将.py文件中的源代码编译成Python的byte code（字节码），然后再由Python Virtual Machine（Python虚拟机）来执行这些编译好的byte code。这种机制的基本思想跟Java，.NET是一致的。然而，Python Virtual Machine与Java或.NET的Virtual Machine不同的是，Python的Virtual Machine是一种更高级的Virtual Machine。这里的高级并不是通常意义上的高级，不是说Python的Virtual Machine比Java或.NET的功能更强大，而是说和Java 或.NET相比，Python的Virtual Machine距离真实机器的距离更远。或者可以这么说，Python的Virtual Machine是一种抽象层次更高的Virtual Machine。基于C的Python编译出的字节码文件，通常是.pyc格式。除此之外，Python还可以以交互模式运行，比如主流操作系统Unix/Linux、Mac、Windows都可以直接在命令模式下直接运行Python交互环境。直接下达操作指令即可实现交互操作。