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Python的发展史 | 手把手教你入门Python之七

简介: Python就是一门解释型的编程语言,而且是现在世界上最流行的编程语言之一。

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本文来自于千锋教育在阿里云开发者社区学习中心上线课程《Python入门2020最新大课》,主讲人姜伟。

一、什么是Python?

Python就是一门解释型的编程语言,而且是现在世界上最流行的编程语言之一。
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二、Python发展背景

Python的作者,Guido von Rossum(吉多·范·罗苏姆),荷兰人。1982年,吉多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,虽然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事情。

在那个时候,吉多接触并使用过诸如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。

这种编程方式让吉多感到苦恼。吉多知道如何用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。

吉多希望有一种语言,这种语言能够像C语言那样,能够面调⽤用计算机的功能接口,又可以像shell那样,可以轻松的编程。ABC语言让吉多看到希望。ABC是由荷兰的数学和计算机研究所开发的。吉多在该研究所工作,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ABC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。当时吉多在访问的时候,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,吉多开始写Python语言的编译器。Python这个名字,来自吉多所挚爱的电视剧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。吉多作为一个语言设计爱好者,已经有过设计语言的尝试。这一次,也不过是一次纯粹的hacking行为。

三、Python语言的诞生

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。另一⽅方⾯面,Python聪明的选择服从一些惯例例,特别是C语言的惯例,比如回归等号赋值。吉多认为,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完全由吉多本人开发。Python得到吉多同事的欢迎。他们迅速的反馈使用意⻅见,并参与到Python的改进。吉多和一些同事构成Python的核心团队。他们将自己大部分的业余时间用于hackPython。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。

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人生苦短,我用Python

计算机硬件越来越强大,Python又容易使用,所以许多人开始转向Python。吉多维护了一个mail list,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吉多,并由吉多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。由于吉多至⾼高无上的决定权,他因此被称为“终身的仁慈独裁者”。2018年7月12日,在完成PEP(Python Enhancement Proposals)572后,吉多决定退出Python核心决策层。

Python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mail list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。

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。吉多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。

四、关键点常识

  • Python是从ABC发展起来,并且结合了Unix shell和C语言的习惯。
  • Python的解释器如今有多个语言实现,我们常用的是CPython(官方版本的C语言实现),其他还有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)
  • Python目前有两个版本,Python2和Python3,最新版分别为2.7.16和3.7.3(截止至2019年4月)

五、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甚⾄至还有PocketPC、Symbian以及Google基于linux开发的Android平台!
  • 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。
  • 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。
  • 解释型语言:一个用编译型语言比如C或C++写的程序可以从源文件(即C或C++语⾔言)转换到一个你的计算机使⽤用的语言(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。
  • 丰富的库:Python标准库确实很庞大。它可以帮助你处理理各种工作,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(图形用户界⾯面)、Tk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。

缺点

Python语言非常完善,没有明显的短板和缺点,唯一的缺点就是执行效率慢,这个是解释型语言所通有的,同时这个缺点也将被计算机越来越强大的性能所弥补。

六、Python的设计哲学

Python的设计哲学总结起来就是:

  • 优雅
  • 明确:

    • 用一种方法,最好是只有一种方法来做一件事
    • 如果面临多种选择,Python开发者一般会拒绝花俏的语法,而选择明确没有或很少有歧义的语法
  • 简单:代码像纯英文一样便于理解。

在Python的交互编程终端里输入import this可以查看原文。下面是Python设计哲学原文及翻译:

Beautiful is better than ugly. 优美胜于丑陋陋
Explicit is better than implicit. 明了了胜于晦涩
Simple is better than complex. 简单胜过复杂
Complex is better than complicated. 复杂胜过凌乱
Flat is better than nested.      扁平胜于嵌套
Sparse is better than dense.      间隔胜于紧凑
Readability counts.           可读性很重要
Special cases aren't special enough to break the rules. 即使假借特例的实用性之名,也不违
背这些规则
Although practicality beats purity.   虽然实用性次于纯度
Errors should never pass silently.    错误不应该被无声的忽略
Unless explicitly silenced.        除非明确的沉默       
In the face of ambiguity, refuse the temptation to guess. 当存在多种可能时,不要尝试去猜测
There should be one-- and preferably only one --obvious way to do it. 应该有一个,最好只有一个,明显能做到这一点
Although that way may not be obvious at first unless you're Dutch.虽然这种方式可能不容易,除非你是python之父
Now is better than never. 现在做总比不做好
Although never is often better than *right* now. 虽然过去从未比现在好
If the implementation is hard to explain, it's a bad idea. 如果这个实现不容易解释,那么它肯定是坏主意
If the implementation is easy to explain, it may be a good idea. 如果这个实现容易解释,那么它很可能是个好主意
Namespaces are one honking great idea -- let's do more of those! 命名空间是一种绝妙的理念,应当多加利用

配套视频

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