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前言
听说现在是全民 Python 的时代,虽然不知道事实如何,但学会 Python 的确可以做很多事。据我了解,Python 目前主要有五大用途:网站开发、网络爬虫、人工智能、数据分析、自动化运维。而对于职场人士来说,Python 则可以用来进行自动化办公。除此之外,如果你想自己开发一些小游戏、小工具,Python 也是一个不错的选择。
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相较于其他编程语言,Python 不仅上手容易,而且由于代码库(就是别人已经写好的代码,我们可以直接拿来用)丰富,我们在实现功能时需要写的代码也更少。
目前,Python 有 2.x 和 3.x 两个版本,且两个版本不兼容。本文主要针对 3.x 版本。
正文
从小白的日常说起
在学习 Python 编程之前,我们先来看一个现实生活中可能出现的场景——
某天,小白下班回到家里,想起今天的《斗罗大陆》更新了。于是赶紧兴冲冲地跑到电脑桌前,打开笔记本电脑,然后登录腾讯视频观看最新一集的《斗罗大陆》。但是,看视频怎么能少得了瓜子呢?于是,小白又从柜子里拿出了一包瓜子,磕着瓜子看着《斗罗大陆》,小白露出了满意的笑容。
看到这里,你可能会一脸懵逼——这傻逼作者在讲什么,这跟 Python 编程有什么关系吗?但我要说的是,上述场景其实就是一个程序的执行过程,它和计算机内的程序执行类似,只不过这个程序的执行,是发生在我们所处的现实世界当中。至于为什么这么说,我们下面就来看看——
一、现实世界 VS 计算机世界
在计算机的世界里,一个程序的执行过程可以简单地理解为:计算机从内存中的指定地址获取到所需数据,然后对该数据进行某种操作,如此循环往复。
现在我们把小白回家日常的场景描述稍微改造一下:小白从家里的电脑桌上获取到笔记本电脑,然后打开笔记本电脑观看《斗罗大陆》。再从柜子里获取到瓜子,开始边嗑瓜子边看《斗罗大陆》。
怎么样?是不是跟计算机内程序的执行过程很相似。其实计算机从内存中的指定地址获取数据,就相当于小白从家里的某个位置获取某个物品。而计算机对数据的操作,就相当于小白对物品的操作。
计算机世界 |
现实世界 |
计算机 |
小白 |
计算机内存 |
小白的家 |
内存地址 |
家里的位置 |
数据 |
物品 |
从内存中指定地址获取数据 |
从家里的某个位置获取物品 |
对数据的操作 |
对物品的操作 |
二、小白执行手册 VS Python 程序代码
现在,假设小白是一个听话的小白,无论你让他做什么,他都会按你的要求一丝不苟的照做。于是你嘿嘿一笑,立马给小白安排了 10 套暑假作业、20 套网络课程、30 套健身计划。小白很开心,并对你表示万分感谢。
但是,你不可能一直呆在小白身边,给他讲解每个步骤。于是,你想到可以写一份执行手册,然后让小白按照上面的步骤去执行。这份执行手册其实就相当于 Python 程序代码。只不过你的执行手册是写给小白看的,而 Python 程序代码是写给计算机看的。换句话说,Python 程序代码就是写给计算机的执行手册。
三、执行手册书写格式 VS Python 编程语法
假设你是一个强迫症患者,为了写出一份美观、简洁的执行手册,你规定了一些书写格式——
1、给物品取别名
可以给某个位置的物品取一个独一无二的别名。当需要用到该物品时,可以使用别名代替。其书写格式为:
别名 = 某个位置的物品
2、给一系列步骤取行为名
在给小白写某个行为的具体步骤时,可以给这一系列步骤取个名称,该名称我们称为行为名。当需要用到这些步骤时,可以使用行为名代替。其书写格式为:
行为名():
步骤1
步骤2
...
步骤n
注意:行为名后面带了括号和冒号。
3、使用行为名代替一系列步骤
由于一些步骤可能被多次用到,如果每次都要写一大堆步骤就太麻烦了。因此,我们可以在给这些步骤取完行为名后,用行为名来代替这些步骤。其书写格式为:
步骤1
步骤2
行为名()
...
步骤n
注意:使用行为名代替一系列步骤时,要在行为名后面加括号,以表明这是一个行为名。
4、条件判断的写法
当需要根据具体情况(即满足某种条件)来决定是否进行某种操作时,使用以下书写格式:
如果 某种条件:
某种操作
注意:这里的“如果”,是固定写法。
5、重复操作的写法
对于当满足某种条件时,需要一直重复进行某种操作的情况,使用以下书写格式:
当 某种条件:
某种操作
注意:这里的“当”,是固定写法。
规定好了执行手册的书写格式后,只要让小白学会怎么看懂这些书写格式,那他就能根据你的执行手册自己去执行了。
这些书写格式就相当于 Python 编程语言的语法。我们在编写 Python 程序时,只要严格按照 Python 语法去编写程序代码,计算机就能理解并按你的要求去执行了。
四、编写小白执行手册 VS 编写 Python 程序代码
现在,你怀着激动而又忐忑的心情开始给小白编写执行手册了。最终你的《小白执行手册》是这样的——
当 暑假作业没写完10套:
写暑假作业()
当 网络课程没学完20套:
观看网络课程()
当 健身不足30套:
健身()
喝水()
写暑假作业():
暑假作业 = 书桌抽屉里的白色封面暑假作业
铅笔 = 书桌上笔筒里的黑色铅笔
打开暑假作业
如果 铅笔尖钝了:
削铅笔
用铅笔写暑假作业
观看网络课程():
笔记本电脑 = 电脑桌上的ThinkPad笔记本电脑
打开笔记本电脑
登录网易云课堂
观看Python课程
健身():
哑铃 = 南边墙角下的15公斤哑铃
哑铃弯举100下
哑铃划船100下
哑铃卧推100下
喝水():
矿泉水 = 冰箱里的娃哈哈矿泉水
打开矿泉水瓶盖
喝矿泉水
看到如此简单、优雅的执行手册,是不是很令人身心舒畅?我们接下来要学习的 Python 编程语言就是一门简单、优雅的编程语言。
而且,编写 Python 程序代码的过程,与编写《小白执行手册》的过程也很类似。只不过,编写 Python 程序代码时,涉及到语法会更加丰富,对一些格式的要求也更加严格。
现在开始学 Python
我们已经知道了编写 Python 程序的过程,其实就是给计算机编写执行手册的过程。也知道了一个程序的执行过程,就是不断地根据地址从内存中取数据,然后操作数据的过程。而 Python 程序在执行过程中所涉及的东西,有些是计算机本身已有的,有些则是需要我们通过 Python 语言告诉计算机的。
1、程序执行涉及的东西
接下来,我们就来简单地了解一下 Python 程序执行过程中所涉及到的一些东西。同时明确一下哪些是计算机本身已有的,哪些我们需要告诉计算机的——
(1)内存
内存是计算机内用于存放程序运行时所需数据的地方,我们在编写 Python 程序时涉及到的数据,在使用前都会存放在内存中。
内存由计算机自己管理,我们无法直接控制(可以通过一些优化技巧来间接控制,但我们目前先不考虑这个),因此我们在编写 Python 程序时不用管这个。
其实计算机会将内存分配给 Python 虚拟机,然后由 Python 虚拟机负责管理内存,但我们可以把 Python 虚拟机简单地理解为计算机的一部分。
(2)数据
数据可以简单地理解为存储在计算机内的东西。
计算机存储数据的地方有磁盘和内存:磁盘就是我们平常在 Windows 电脑上看到的 C 盘、D 盘等,可永久保存数据;内存则负责临时保存程序运行时所需要的数据,它无法永久保存数据。我们后面提到数据时,如果没有特殊说明就是指内存中的数据。
程序运行时,计算机会给这个程序分配一个内存块,这块内存一开始是没有任何数据的。这就跟小白哪天搬了新家一样,一开始家里是没有任何东西的。因此我们在编写 Python 程序时,就需要告诉计算机如何在内存中生成数据,一般有以下三种生成数据的方式——
- 自己创建:后面我们会学到如何创建基本类型的数据以及自定义类型的数据。基本类型是 Python 本身提供的数据类型,而自定义类型则通过类和对象来创建(类和对象是面向对象编程中的概念,这个我们后面会学到)。
- 从计算机本地磁盘读取:后面我们要学的文件读写,就是用来处理来自计算机本地磁盘的数据的。
- 从网络中读取:由于本文只是带大家入门的,因此我们不讲如何处理来自网络中的数据,有兴趣的可以自己百度下“Python 网络编程”。
无论是自己创建的、从磁盘读取的、还是从网络中读取的数据,最终都会存放在内存中。
(3)数据在内存中的地址
Python 程序在执行过程中,所涉及到的数据都会在内存中有一个对应的地址。一旦需要这个数据,就能根据这个地址从内存中获取该数据。
也就是说,我们在编写 Python 程序时,如果需要某个数据的话,只需要告诉计算机这个数据所在的地址就行了。但由于我们不像计算机一样,可以根据地址就能知道里面存的是什么数据,因此,为了方便编写 Python 程序,我们可以给这个地址取个别名,这个别名在编程语言中称为变量名,而取别名则称为赋值。
- 变量:本质上是一小块内存空间。在 Python 中,变量里存储的是地址,而变量具有变量名,这个变量名就是地址的别名。由于计算机会自动将地址转换成数据(从地址中获取数据),因此,我们可以简单地理解为变量里存储的是数据,而变量名就是数据的别名。
- 赋值:将某一数值赋给某个变量的过程。在 Python 中,就是将地址值赋给某个变量的过程,这个过程相当于给地址取别名。由于计算机会自动将地址转换成数据(从地址中获取数据),因此,我们可以把赋值简单理解为给数据取别名。
(4)如何根据地址从内存中获取数据
计算机会自动根据变量名找到对应的地址,再从该地址获取数据。我们在编写 Python 程序时不用管这个。
(5)对数据进行何种操作
由于对数据进行什么操作,是由我们的意愿决定的。因此,我们在编写 Python 程序时,就必须告诉计算机如何操作数据。
一般操作数据有两种方式——
- 运算符:也叫操作符,其实就跟数学里的加、减、乘、除等运算符一样。
- 函数:函数中封装了一系列代码片段,该代码片段一般用于实现特定功能。跟我们前面说的给一系列步骤取一个行为名类似,函数就相当于给一系列代码片段取一个名称(函数名)。
(6)当存在多个操作时,如何控制操作的流程
当存在多个操作时,我们必须告诉计算机哪个操作先执行,哪个后执行。否则,计算机将无法正常执行程序。
在编程语言中,一般有三种控制流程的方式——
- 顺序控制:从上往下依次执行代码。程序执行时,默认就是顺序执行。
- 选择控制:根据不同条件,执行不同代码。后面我们要学的条件语句,就是用来进行选择控制的。
- 循环控制:根据指定条件,重复执行某段代码。后面我们要学的循环语句,就是用来进行循环控制的。
2、编写 Python 程序需要做的事
现在,我们来总结一下,在编写 Python 程序时,一般需要做哪些事情——
- 生成数据:创建基本类型数据、创建自定义数据(类、对象)、从磁盘中读取、从网络中读取。
- 给数据取别名:变量、赋值。
- 操作数据:运算符(操作符)、函数。
- 控制操作数据的流程:顺序、选择、循环。
一、Python 安装与运行
1、Python 安装
由于本人只有 Windows 电脑,因此这里只介绍 Windows 上安装 Python 的过程。
(1)下载 Python 安装包
我们这边下载 Python 3.9.6 版本——
- 32 位 Windows 系统: https://www.python/ftp/python/3.9.6/python-3.9.6.exe
- 64 位 Windows 系统: https://www.python/ftp/python/3.9.6/python-3.9.6-amd64.exe
如果要下载其他平台或者其他版本的 Python 安装包,可以自己到官网去下载。官网下载地址:
https://www.python/downloads/
(2)安装 Python
下载完安装包后,双击运行,勾选上“Add Python 3.9 to PATH”,然后点击“Install Now”即可。
如果不想使用默认安装,也可以选择“Customize installation”进行自定义安装。
(3)检查是否安装成功
安装完成后,打开命令提示符(按下 Windows 键 + R 键,在弹出的输入框内输入“cmd”,敲回车,即可打开命令提示符),输入 python 后,敲回车,如果出现类似以下内容,则说明安装成功。
Microsoft Windows [版本 10.0.19042.1110]
(c) Microsoft Corporation。保留所有权利。
C:\Users\10100>python
Python 3.9.6 (tags/v3.9.6:db3ff76, Jun 28 2021, 15:26:21) [MSC v.1929 64 bit (AMD64)] on win32
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>
否则,有可能是没有勾选上“Add Python 3.9 to PATH”,这时候就需要修改环境变量,把 python.exe 所在路径添加在 Path 中。如果不知道怎么修改环境变量,可以直接卸载重装。
2、Python 运行
下面介绍三种运行 Python 的方式——
(1)命令行模式运行 Python
按下 Windows 键 + R 键,在弹出的输入框内输入“cmd”,敲回车,即可进入命令行模式。
在命令行模式下,可进入 Python 文件(.py 文件)所在目录,输入 python 文件名.py 后敲回车,来运行 Python 文件。
Microsoft Windows [版本 10.0.19042.1110]
(c) Microsoft Corporation。保留所有权利。
C:\Users\10100>cd /d D:\mypython
D:\mypython>python hello.py
hello world
也可以直接输入 python 文件完整路径 ,而不用进入 Python 文件所在目录。
Microsoft Windows [版本 10.0.19042.1110]
(c) Microsoft Corporation。保留所有权利。
C:\Users\10100>python D:\mypython\hello.py
hello world
(2)交互模式运行 Python
进入命令行模式后,输入 python ,敲回车,即可进入交互模式。输入 exit() ,敲回车,即可退出交互模式。
在交互模式下,会有 >>> 提示符, >>> 后可直接编写 Python 代码。编写完后敲回车,即可执行代码。
Microsoft Windows [版本 10.0.19042.1110]
(c) Microsoft Corporation。保留所有权利。
C:\Users\10100>python
Python 3.9.6 (tags/v3.9.6:db3ff76, Jun 28 2021, 15:26:21) [MSC v.1929 64 bit (AMD64)] on win32
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> print('hello world')
hello world
>>>
(3)集成开发环境(IDE)运行 Python
集成开发环境(IDE)可理解为用于编写 Python 程序的一整套工具,只不过这些工具被集中放在一个软件内。比如 PyCharm 或者装了相关插件的 Visual Studio Code(简称 VS Code)。
我们在实际编写 Python 程序时,一般会使用 IDE。由于 IDE 自带了运行 Python 的功能,因此前面两种运行 Python 的方式,我们了解即可。
二、第一个 Python 程序
这里推荐使用 VS Code 来编写 Python 程序,推荐理由很简单——它的界面清爽、干净,看起来贼舒服(一个不太正经的理由,勿喷,谢谢)!除此之外,VS Code 也可以通过安装插件来集成更多的功能。
1、安装 VS Code
安装过程中,注意勾选上“创建桌面快捷方式”的选项,其他按默认的来就行。
2、使用 VS Code 编写程序
现在,我们来使用 VS Code 编写一个打印“hello world”的 Python 程序——
(1)创建新文件
点击左上角的 File -> New File(或者按 Ctrl + N)即可创建新文件。
(2)编写代码
在编辑栏内输入 print('hello world') 。
print() 函数用于在控制台打印内容。
(3)保存文件
点击左上角的 File -> Save(或者按 Ctrl + S),在弹出框内选择保存路径(图例中保存在 D:\mypython),并命名为 hello.py 后点击保存。
(4)执行程序文件
点击 View -> Termina
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