Python教程-基础全版.pdf

第 1 章 Python 编程基础 1.1 编程语言是什么 其实，程序指的就是一系列指令，用来告诉计算机做什么，而编写程序的关键在于，我们需要用计算机可以理 解的语言来提供这些指令。 虽然借助Siri （Apple ）、Google Now （Android ）、Cortana （Microsoft ）等技术，我们可以使用汉语直 接告诉计算机做什么，比如“Siri ，打开酷狗音乐”，但使用过这些系统的读者都知道，它尚未完全成熟，再加 上我们语言充满了模糊和不精确因素，使得设计一个完全理解人类语言的计算机程序，仍然是一个有待解决的 问题。 为了有效避开所有影响给计算机传递指令的因素，计算机科学家设计了一些符号，这些符号各有其含义，且之 间无二义性，通常称它们为编程语言。编程语言中的每个结构，都有固定的使用格式（称为语法）以及精确的 含义（称为语义）。换句话说，编程语言指定了成套的规则，用来编写计算机可以理解的指令。习惯上，我们 将这一条条指令称为计算机代码 ，而用编程语言来编写算法的过程称为编码。 本教程要讲解的 Python 就是一种编程语言，除此之外，你肯定也听说过其他一些编程语言，如 C、C++、 Java、Ruby 等。至今，计算机科学家已经开发了成百上千种编程语言，且随着时间演变，这些编程语言又产生 了多个不同的版本。但无论是哪个编程语言，也无论有多少个版本，虽然它们在细节上可能有所不同，无疑它 们都有着固定的、无二义性的语法和语义。 以上提到的编程语言，都是高级计算机语言，设计它们的目的是为了方便程序员理解和使用。但严格来说，计 算机硬件只能理解一种非常低级的编程语言，称为机器语言。 比如说，让计算机对2 个数做求和操作，那么CPU 可能要执行以下指令： 1. 将位于内存空间位置在 2001 的数加载到CPU 中； 2. 再将位于内存空间位置在2002 的数也加载到CPU 中； 3. 在CPU 中，对这2 个数做求和操作； 4. 将结果存储在位置为2003 的内存空间。 可以看到，对2 个数执行求和操作需要做这么多工作，且这还只是笼统地描述，实际会更加复杂。 而使用 Python 这样的高级语言，对 2 个数求和可以很自然地用c = a + b 表示，但由此带来的问题是，我们 需要设计一种方法，将高级语言翻译成计算机可以执行的机器语言，有两种方法可以实现，分别是使用编译器 和解释器。 使用编译器将自身等效转换成机器语言的高级语言，通常称为编译型语言 ；而使用解释器将自身转换成机器语 言的高级语言，称为解释型语言 ，Python 就是解释型编程语言的一种。 关于编译型语言和解释型语言的含义和区别，后续章节会进行详细介绍。 1.2 编译型语言和解释型语言的区别 我们编写的源代码是人类语言，我们自己能够轻松理解；但是对于计算机硬件（CPU ），源代码就是天书，根 本无法执行，计算机只能识别某些特定的二进制指令，在程序真正运行之前必须将源代码转换成二进制指令。 所谓的二进制指令，也就是机器码，是 CPU 能够识别的硬件层面的“代码”，简陋的硬件（比如古老的单片机） 只能使用几十个指令，强大的硬件（PC 和智能手机）能使用成百上千个指令。 然而，究竟在什么时候将源代码转换成二进制指令呢？不同的编程语言有不同的规定： • 有的编程语言要求必须提前将所有源代码一次性转换成二进制指令，也就是生成一个可执行程序（Windows 下 的.exe ），比如C 语言、C++、Golang、Pascal （Delphi ）、汇编等，这种编程语言称为编译型语言 ，使用 的转换工具称为编译器。 • 有的编程语言可以一边执行一边转换，需要哪些源代码就转换哪些源代码，不会生成可执行程序，比如 Python、 JavaScript、PHP、Shell、MATLAB 等，这种编程语言称为解释型语言 ，使用的转换工具称为解释器。 简单理解，编译器就是一个“翻译工具”，类似于将中文翻译成英文、将英文翻译成俄文。但是，翻译源代码 是一个复杂的过程，大致包括词法分析、语法分析、语义分析、性能优化、生成可执行文件等五个步骤，期间 涉及到复杂的算法和硬件架构。解释器与此类似，有兴趣的读者请参考《编译原理》一书，本文不再赘述。 Java 和C# 是一种比较奇葩的存在，它们是半编译半解释型的语言，源代码需要先转换成一种中间