python历史以及基础知识

1. Python 基础知识

1.1 Python 历史

1.1.1 Python 起源

Python 的作者，Guido von Rossum，荷兰人。1982 年，Guido 从阿姆斯特丹大学
获得了数学和计算机硕士学位。然而，尽管他算得上是一位数学家，但他更加享受计算机带
来的乐趣。用他的话说，尽管拥有数学和计算机双料资质，他总趋向于做计算机相关的工作，
并热衷于做任何和编程相关的活儿。

在那个时候，Guido 接触并使用过诸如 Pascal、C、Fortran 等语言。这些语言的基本
设计原则是让机器能更快运行。在 80 年代，虽然 IBM 和苹果已经掀起了个人电脑浪潮，
但这些个人电脑的配置很低。比如早期的 Macintosh，只有 8MHz 的 CPU 主频和 128KB
的 RAM，一个大的数组就能占满内存。所有的编译器的核心是做优化，以便让程序能够运
行。为了增进效率，语言也迫使程序员像计算机一样思考，以便能写出更符合机器口味的程
序。在那个时代，程序员恨不得用手榨取计算机每一寸的能力。有人甚至认为 C 语言的指
针是在浪费内存。至于动态类型，内存自动管理，面向对象…… 别想了，那会让你的电脑
陷入瘫痪。

这种编程方式让 Guido 感到苦恼。Guido 知道如何用 C 语言写出一个功能，但整个编
写过程需要耗费大量的时间，即使他已经准确的知道了如何实现。他的另一个选择是 shell。
Bourne Shell 作为 UNIX 系统的解释器已经长期存在。UNIX 的管理员们常常用 shell 去写
一些简单的脚本，以进行一些系统维护的工作，比如定期备份、文件系统管理等等。shell
可以像胶水一样，将 UNIX 下的许多功能连接在一起。许多 C 语言下上百行的程序，在 shell
下只用几行就可以完成。然而，shell 的本质是调用命令。它并不是一个真正的语言。比如
说，shell 没有数值型的数据类型，加法运算都很复杂。总之，shell 不能全面的调动计算机
的功能。

Guido 希望有一种语言，这种语言能够像 C 语言那样，能够全面调用计算机的功能接
口，又可以像 shell 那样，可以轻松的编程。ABC 语言让 Guido 看到希望。ABC 是由荷兰
的数学和计算机研究所开发的。Guido 在该研究所工作，并参与到 ABC 语言的开发。ABC
语言以教学为目的。与当时的大部分语言不同，ABC 语言的目标是“让用户感觉更好”。ABC
语言希望让语言变得容易阅读，容易使用，容易记忆，容易学习，并以此来激发人们学习编
程的兴趣。比如下面是一段来自 Wikipedia 的 ABC 程序，这个程序用于统计文本中出现的
词的总数：
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 用于定义一个函数。

一个 Python 程序员应该很容易理解这段程序。ABC 语
言使用冒号和缩进来表示程序块。行尾没有分号。for 和 if 结构中也没有括号() 。赋值采
用的是 PUT，而不是更常见的等号。这些改动让 ABC 程序读起来像一段文字。尽管已经
具备了良好的可读性和易用性，ABC 语言最终没有流行起来。在当时，ABC 语言编译器需
要比较高配置的电脑才能运行。而这些电脑的使用者通常精通计算机，他们更多考虑程序的
效率，而非它的学习难度。除了硬件上的困难外，ABC 语言的设计也存在一些致命的问题：
可拓展性差。ABC 语言不是模块化语言。

如果想在 ABC 语言中增加功能，比如对图形化的
支持，就必须改动很多地方。不能直接进行 IO。ABC 语言不能直接操作文件系统。尽管你
可以通过诸如文本流的方式导入数据，但 ABC 无法直接读写文件。输入输出的困难对于计
算机语言来说是致命的。你能想像一个打不开车门的跑车么？过度革新。ABC 用自然语言
的方式来表达程序的意义，比如上面程序中的 HOW TO 。然而对于程序员来说，他们更习
惯用 function 或者 define 来定义一个函数。同样，程序员更习惯用等号来分配变量。尽
管 ABC 语言很特别，但学习难度也很大。传播困难。ABC 编译器很大，必须被保存在磁
带上。当时 Guido 在访问的时候，就必须有一个大磁带来给别人安装 ABC 编译器。这样，
ABC 语言就很难快速传播。
1989 年，为了打发圣诞节假期，Guido 开始写 Python 语言
的编译器。Python 这个名字，来自 Guido 所挚爱的电视剧 Monty Python's Flying Circus。
他希望这个新的叫做 Python 的语言，能符合他的理想：创造一种 C 和 shell 之间，功能全
面，易学易用，可拓展的语言。Guido 作为一个语言设计爱好者，已经有过设计语言的尝
试。

1.2 Python 诞生

1991 年，第一个 Python 编译器诞生。它是用 C 语言实现的，并能够调用 C 语言的库
文件。从一出生，Python 已经具有了：类，函数，异常处理，包含表和词典在内的核心
数据类型，以及模块为基础的拓展系统。 Python 语法很多来自 C，但又受到 ABC 语言的
强烈影响。来自 ABC 语言的一些规定直到今天还富有争议，比如强制缩进。但这些语法规
定让 Python 容易读。另一方面，Python 聪明的选择服从一些惯例，特别是 C 语言的惯例，
比如回归等号赋值。Guido 认为，如果“常识”上确立的东西，没有必要过度纠结。 Python
从一开始就特别在意可拓展性。Python 可以在多个层次上拓展。从高层上，你可以直接引
入. py 文件。在底层，你可以引用 C 语言的库。Python 程序员可以快速的使用 Python 写. py 文件作为拓展模块。但当性能是考虑的重要因素时，Python 程序员可以深入底层，写 C
程序，编译为.so 文件引入到 Python 中使用。Python 就好像是使用钢构建房一样，先规
定好大的框架。而程序员可以在此框架下相当自由的拓展或更改。最初的 Python 完全由
Guido 本人开发。Python 得到 Guido 同事的欢迎。他们迅速的反馈使用意见，并参与到
Python 的改进。Guido 和一些同事构成 Python 的核心团队。他们将自己大部分的业余时
间用于 hack Python。随后，Python 拓展到研究所之外。Python 将许多机器层面上的细
节隐藏，交给编译器处理，并凸显出逻辑层面的编程思考。Python 程序员可以花更多的时
间用于思考程序的逻辑，而不是具体的实现细节。这一特征吸引了广大的程序员。Python
开始流行。

1.1.3 时势造英雄

我们不得不暂停我们的 Python 时间，转而看一看瞬息万变的计算机行业。1990 年代
初，个人计算机开始进入普通家庭。Intel 发布了 486 处理器，windows 发布 window 3.0
开始的一系列视窗系统。计算机的性能大大提高。程序员开始关注计算机的易用性，比如图
形化界面。
(Windows 3.0)

由于计算机性能的提高，软件的世界也开始随之改变。硬件足以满足许多个人电脑的需
要。硬件厂商甚至渴望高需求软件的出现，以带动硬件的更新换代。C++和 Java 相继流行。
C++和 Java 提供了面向对象的编程范式，以及丰富的对象库。在牺牲了一定的性能的代价
下，C++和 Java 大大提高了程序的产量。语言的易用性被提到一个新的高度。我们还记得，
ABC 失败的一个重要原因是硬件的性能限制。从这方面说，Python 要比 ABC 幸运许多。
硬件性能不是瓶颈，Python 又容易使用，所以许多人开始转向 Python。Guido 维护了一
个 maillist，Python 用户就通过邮件进行交流。Python 用户来自许多领域，有不同的背景，
对 Python 也有不同的需求。

Python 相当的开放，又容易拓展，所以当用户不满足于现有
功能，很容易对 Python 进行拓展或改造。随后，这些用户将改动发给 Guido，并由 Gu ido
决定是否将新的特征加入到 Python 或者标准库中。如果代码能被纳入 Python 自身或者标
准库，这将极大的荣誉。

由于 Guido 至高无上的决定权，他因此被称为“终身的仁慈独裁
者”。 Python 被称为“Battery Included”，是说它以及其标准库的功能强大。这些是整个
社区的贡献。Python 的开发者来自不同领域，他们将不同领域的优点带给 Python。比如
Python 标准库中的正则表达是参考 Perl，而 lambda, map, filter, reduce 等函数参考了
Lisp。Python 本身的一些功能以及大部分的标准库来自于社区。Python 的社区不断扩大，
进而拥有了自己的 newsgroup，网站，以及基金。从 Python 2.0 开始，Python 也从 maillist
的开发方式，转为完全开源的开发方式。社区气氛已经形成，工作被整个社区分担，Python
也获得了更加高速的发展。到今天，Python 的框架已经确立。Python 语言以对象为核心
组织代码，支持多种编程范式，采用动态类型，自动进行内存回收。Python 支持解释运行，
并能调用 C库进行拓展。Python有强大的标准库。由于标准库的体系已经稳定，所以Python
的生态系统开始拓展到第三方包。这些包，如 Django、web.py、wxpython、numpy、
matplotlib、PIL，将 Python 升级成了物种丰富的热带雨林。

1.4 启示录

Python 崇尚优美、清晰、简单，是一个优秀并广泛使用的语言。Python 在 TIOBE 排
行榜中排行第八，它是 Google 的第三大开发语言，Dropbox 的基础语言，豆瓣的服务器
语言。Python 的发展史可以作为一个代表，带给我许多启示。在 Python 的开发过程中，
社区起到了重要的作用。Guido 自认为自己不是全能型的程序员，所以他只负责制订框架。
如果问题太复杂，他会选择绕过去，也就是 cut the corner。这些问题最终由社区中的其他
人解决。社区中的人才是异常丰富的，就连创建网站，筹集基金这样与开发稍远的事情，也
有人乐意于处理。如今的项目开发越来越复杂，越来越庞大，合作以及开放的心态成为项目
最终成功的关键。 Python 从其他语言中学到了很多，无论是已经进入历史的 ABC，还是
依然在使用的 C 和 Perl，以及许多没有列出的其他语言。可以说，Python 的成功代表了
它所有借鉴的语言的成功。同样，Ruby 借鉴了 Python，它的成功也代表了 Python 某些
方面的成功。每个语言都是混合体，都有它优秀的地方，但也有各种各样的缺陷。同时，一
个语言“好与不好”的评判，往往受制于平台、硬件、时代等等外部原因。程序员经历过
许多语言之争。其实，以开放的心态来接受各个语言，说不定哪一天，程序员也可以如 Guido
那样，混合出自己的语言。

1.5 Python 优缺点

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，尽管这个英语的要求非常严格！Python 的这种伪代码本质
是它最大的优点之一。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————就如同你即将看到的一样，Python 极其容易上手。前面已经提到了，
Python 有极其简单的语法。

免费、开源————Python 是 FLOSS（自由/开放源码软件）之一。简单地说，你可
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。这是为什么 Python 如此优秀
的原因之一——它是由一群希望看到一个更加优秀的 Python 的人创造并经常改进着
的。

高层语言————当你用 Python 语言编写程序的时候，你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）。如果你小心地避免使用依赖于系统的特性，那么你的所有
Python 程序无需修改就可以在下述任何平台上面运行。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甚至还有PocketPC、Symbian以及Google
基于 linux 开发的 Android 平台！


解释性————这一点需要一些解释。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。当你运行你的程序的时候，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。事实上，由于你不再需要担心如何编译程序，如何确保连接转载正确的库等等，
所有这一切使得使用 Python 更加简单。由于你只需要把你的 Python 程序拷贝到另外
一台计算机上，它就可以工作了，这也使得你的 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。与其他主要的语言如 C++
和 Java 相比，Python 以一种非常强大又简单的方式实现面向对象编程。


可扩展性————如果你需要你的一段关键代码运行得更快或者希望某些算法不公
开，你可以把你的部分程序用 C 或 C++编写，然后在你的 Python 程序中使用它们。


丰富的库————Python 标准库确实很庞大。它可以帮助你处理各种工作，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）和其他与系
统有关的操作。记住，只要安装了 Python，所有这些功能都是可用的。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极佳的可读性。

缺点：
 运行速度，有速度要求的话，用 C++改写关键部分吧。
 国内市场较小。
 中文资料匮乏。

1.6 Python 应用场景

 Web 应用开发。Python 经常被用于 Web 开发。比如，通过 mod_wsgi 模块，Apache
可以运行用 Python编写的 Web程序。Python 定义了 WSGI标准应用接口来协调Http
服务器与基于 Python 的 Web 程序之间的通信。一些 Web 框架，如
Django,TurboGears,web2py,Zope 等，可以让程序员轻松地开发和管理复杂的 Web
程序。

操作系统管理、服务器运维的自动化脚本。在很多操作系统里，Python 是标准的系统
组件。大多数 Linux 发行版以及 NetBSD、OpenBSD 和 Mac OS X 都集成了 Python，
可以在终端下直接运行 Python。Python 标准库包含了多个调用操作系统功能的库。
通过 pywin32 这个第三方软件包，Python 能够访问 Windows 的 COM 服务及其它
Windows API。使用 IronPython，Python 程序能够直接调用.Net Framework。一
般说来，Python 编写的系统管理脚本在可读性、性能、代码重用度、扩展性几方面都
优于普通的 shell 脚本。

科学计算。NumPy,SciPy,Matplotlib 可以让 Python 程序员编写科学计算程序。

桌面软件。PyQt、PySide、wxPython、PyGTK 是 Python 快速开发桌面应用程序的
利器。

服务器软件（网络软件）.Python 对于各种网络协议的支持很完善，因此经常被用于编
写服务器软件、网络爬虫。

游戏。很多游戏使用 C++编写图形显示等高性能模块，而使用 Python 或者 Lua 编写
游戏的逻辑、服务器。相较于 Python，Lua 的功能更简单、体积更小；而 Python 则
支持更多的特性和数据类型。
 构思实现，产品早期原型和迭代。YouTube、Google、Yahoo!、NASA 都在内部大量
地使用 Python。

1.7 Py2.x 与 3.x 版本简介

目前市场上有两个 Python 的版本并存着，分别是 Python 2.x 和 Python 3.x:
# 使用 python 2.x 解释器
$ python xxx.py
# 使用 python 3.x 解释器
$ python3 xxx.py

新的 Python 程序建议使用 Python 3.0 版本的语法
Python 2.x 是过去的版本,解释器名称是 python. Python 3.x 是现在和未来主流的版本,解释器名称是 python3. 相对于 Python 的早期版本，这是一个较大的升级.为了不带入过多的累赘，Python
3.0 在设计的时候没有考虑向下兼容.许多早期 Python 版本设计的程序都无法在
Python 3.0 上正常执行. Python 3.0 发布于 2008 年,到目前为止，Python 3.0 的稳定版本已经有很多年了:
Python 3.3 发布于 2012
Python 3.4 发布于 2014
Python 3.5 发布于 2015
Python 3.6 发布于 2016
为了照顾现有的程序，官方提供了一个过渡版本 —— Python 2.6,基本使用了
Python 2.x 的语法和库,同时考虑了向 Python 3.0 的迁移，允许使用部分 Python 3.0 的
语法与函数.
2010 年中推出的 Python 2.7 被确定为最后一个 Python 2.x 版本. 提示：如果开发时，无法立即使用 Python 3.0（还有极少的第三方库不支持 3.0 的语法），

建议:
先使用 Python 3.0 版本进行开发. 然后使用 Python 2.6、Python 2.7 来执行，并且做一些兼容性的处理.

1.8 Python 的解释器

Python 的解释器如今有多个语言的实现，包括：
CPython —— 官方版本的 C 语言实现
Jython —— 可以运行在 Java 平台
IronPython —— 可以运行在 .NET 和 Mono 平台
PyPy —— Python 实现的，支持 JIT 即时编译

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