Python基础（一）：认识 Python、第一个 Python 程序和PyCharm 的初始设置

一、认识 Python

人生苦短，我用 Python —— Life is short, you need Python

目标

• Python 的起源
• 为什么要用 Python？
• Python 的特点
• Python 的优缺点

01. Python 的起源

Python 的创始人为吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum）

1. 1989 年的圣诞节期间，吉多·范罗苏姆为了在阿姆斯特丹打发时间，决心开发一个新的解释程序，作为 ABC 语言的一种继承（感觉下什么叫牛人）
2. ABC 是由吉多参加设计的一种教学语言，就吉多本人看来，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，吉多认为是非开放造成的。吉多决心在 Python 中避免这一错误，并获取了非常好的效果
3. 之所以选中 Python（蟒蛇） 作为程序的名字，是因为他是 BBC 电视剧——蒙提·派森的飞行马戏团（Monty Python’s Flying Circus）的爱好者
4. 1991 年，第一个 Python 解释器 诞生，它是用 C 语言实现的，并能够调用 C 语言的库文件

1.1 解释器（科普）

计算机不能直接理解任何除机器语言以外的语言，所以必须要把程序员所写的程序语言翻译成机器语言，计算机才能执行程序。将其他语言翻译成机器语言的工具，被称为编译器

编译器翻译的方式有两种：一个是编译，另外一个是解释。两种方式之间的区别在于翻译时间点的不同。当编译器以解释方式运行的时候，也称之为解释器

• 编译型语言：程序在执行之前需要一个专门的编译过程，把程序编译成为机器语言的文件，运行时不需要重新翻译，直接使用编译的结果就行了。程序执行效率高，依赖编译器，跨平台性差些。如 C、C++
• 解释型语言：解释型语言编写的程序不进行预先编译，以文本方式存储程序代码，会将代码一句一句直接运行。在发布程序时，看起来省了道编译工序，但是在运行程序的时候，必须先解释再运行

编译型语言和解释型语言对比

• 速度 —— 编译型语言比解释型语言执行速度快
• 跨平台性 —— 解释型语言比编译型语言跨平台性好

1.2 Python 的设计目标

1999 年，吉多·范罗苏姆向 DARPA 提交了一条名为 “Computer Programming for Everybody” 的资金申请，并在后来说明了他对 Python 的目标：

• 一门简单直观的语言并与主要竞争者一样强大
• 开源，以便任何人都可以为它做贡献
• 代码像纯英语那样容易理解
• 适用于短期开发的日常任务

这些想法中的基本都已经成为现实，Python 已经成为一门流行的编程语言

1.3 Python 的设计哲学

1. 优雅
2. 明确
3. 简单

• 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
• 如果面临多种选择，Python 开发者一般会拒绝花俏的语法，而选择明确没有或者很少有歧义的语法

在 Python 社区，吉多被称为“仁慈的独裁者”

02. 为什么选择 Python？

• 代码量少
• ……

同一样问题，用不同的语言解决，代码量差距还是很多的，一般情况下 Python 是 Java 的 1/5，所以说 人生苦短，我用 Python

03. Python 特点

• Python 是完全面向对象的语言
  • 函数、模块、数字、字符串都是对象，在 Python 中一切皆对象
  • 完全支持继承、重载、多重继承
  • 支持重载运算符，也支持泛型设计
• Python 拥有一个强大的标准库，Python 语言的核心只包含 数字、字符串、列表、字典、文件 等常见类型和函数，而由 Python 标准库提供了 系统管理、网络通信、文本处理、数据库接口、图形系统、XML 处理 等额外的功能
• Python 社区提供了大量的第三方模块，使用方式与标准库类似。它们的功能覆盖 科学计算、人工智能、机器学习、Web 开发、数据库接口、图形系统 多个领域

面向对象的思维方式

• 面向对象 是一种 思维方式，也是一门 程序设计技术
• 要解决一个问题前，首先考虑 由谁 来做，怎么做事情是 谁 的职责，最后把事情做好就行！
  • 对象 就是 谁
• 要解决复杂的问题，就可以找多个不同的对象，各司其职，共同实现，最终完成需求

04. Python 的优缺点

4.1 优点

• 简单、易学
• 免费、开源
• 面向对象
• 丰富的库
• 可扩展性
  • 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，可以把这部分程序用 C 或 C++ 编写，然后在 Python 程序中使用它们
• ……

4.2 缺点

• 运行速度
• 国内市场较小
• 中文资料匮乏

二、第一个 Python 程序

目标

• 第一个 HelloPython 程序
• Python 2.x 与 3​​.x 版本简介
• 执行 Python 程序的三种方式
  • 解释器 —— python / python3
  • 交互式 —— ipython
  • 集成开发环境 —— PyCharm

01. 第一个 HelloPython 程序

1.1 Python 源程序的基本概念

1. Python 源程序就是一个特殊格式的文本文件，可以使用任意文本编辑软件做 Python 的开发
2. Python 程序的 文件扩展名 通常都是 .py

1.2 演练步骤

• 在桌面下，新建 认识Python 目录
• 在 认识Python 目录下新建 01-HelloPython.py 文件
• 使用 gedit 编辑 01-HelloPython.py 并且输入以下内容：

print("hello python")
print("hello world")

• 在终端中输入以下命令执行 01-HelloPython.py

$ python 01-HelloPython.py

print 是 python 中我们学习的第一个 函数

print 函数的作用，可以把 “” 内部的内容，输出到屏幕上

1.3 演练扩展 —— 认识错误（BUG）

关于错误

• 编写的程序不能正常执行，或者执行的结果不是我们期望的
• 俗称 BUG，是程序员在开发时非常常见的，初学者常见错误的原因包括：
  1. 手误
  2. 对已经学习过的知识理解还存在不足
  3. 对语言还有需要学习和提升的内容
• 在学习语言时，不仅要学会语言的语法，而且还要学会如何认识错误和解决错误的方法

每一个程序员都是在不断地修改错误中成长的

第一个演练中的常见错误

• 1> 手误，例如使用 pirnt("Hello world")

NameError: name 'pirnt' is not defined

名称错误：'pirnt' 名字没有定义

• 2> 将多条 print 写在一行

SyntaxError: invalid syntax

语法错误：语法无效

每行代码负责完成一个动作

• 3> 缩进错误

IndentationError: unexpected indent

缩进错误：不期望出现的缩进

• Python 是一个格式非常严格的程序设计语言
• 目前而言，大家记住每行代码前面都不要增加空格

• 4> python 2.x 默认不支持中文

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

• Python 2.x 默认不支持中文，具体原因，等到介绍 字符编码 时给大家讲解
• Python 2.x 的解释器名称是 python
• Python 3.x 的解释器名称是 python3

SyntaxError: Non-ASCII character '\xe4' in file 01-HelloPython.py on line 3, 
but no encoding declared; 
see http://python.org/dev/peps/pep-0263/ for details

语法错误： 在 01-HelloPython.py 中第 3 行出现了非 ASCII 字符 '\xe4'，但是没有声明文件编码
请访问 http://python.org/dev/peps/pep-0263/ 了解详细信息

• ASCII 字符只包含 256 个字符，不支持中文
• 有关字符编码的问题，后续会讲

单词列表

* error 错误
* name 名字
* defined 已经定义
* syntax 语法
* invalid 无效
* Indentation 索引
* unexpected 意外的，不期望的
* character 字符
* line 行
* encoding 编码
* declared 声明
* details 细节，详细信息
* ASCII 一种字符编码

02. Python 2.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

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

03. 执行 Python 程序的三种方式

3.1. 解释器 python / python3

Python 的解释器

# 使用 python 2.x 解释器
$ python xxx.py

# 使用 python 3.x 解释器
$ python3 xxx.py

其他解释器（知道）

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

3.2. 交互式运行 Python 程序

• 直接在终端中运行解释器，而不输入要执行的文件名
• 在 Python 的 Shell 中直接输入 Python 的代码，会立即看到程序执行结果

1) 交互式运行 Python 的优缺点

优点

• 适合于学习/验证 Python 语法或者局部代码

缺点

• 代码不能保存
• 不适合运行太大的程序

2) 退出 官方的解释器

1> 直接输入 exit()

>>> exit()

2> 使用热键退出

在 python 解释器中，按热键 ctrl + d 可以退出解释器

3) IPython

• IPython 中 的 “I” 代表 交互 interactive

特点

• IPython 是一个 python 的 交互式 shell，比默认的 python shell 好用得多
  • 支持自动补全
  • 自动缩进
  • 支持 bash shell 命令
  • 内置了许多很有用的功能和函数
• IPython 是基于 BSD 开源的

版本

• Python 2.x 使用的解释器是 ipython

• Python 3.x 使用的解释器是 ipython3

• 要退出解释器可以有以下两种方式：

1> 直接输入 exit

In [1]: exit

2> 使用热键退出

在 IPython 解释器中，按热键 ctrl + d，IPython 会询问是否退出解释器

IPython 的安装

$ sudo apt install ipython

3.3. Python 的 IDE —— PyCharm

1） 集成开发环境（IDE）

集成开发环境（IDE，Integrated Development Environment）—— 集成了开发软件需要的所有工具，一般包括以下工具：

• 图形用户界面
• 代码编辑器（支持 代码补全／自动缩进）
• 编译器／解释器
• 调试器（断点／单步执行）
• ……

2）PyCharm 介绍

• PyCharm 是 Python 的一款非常优秀的集成开发环境
• PyCharm 除了具有一般 IDE 所必备功能外，还可以在 Windows、Linux、macOS 下使用
• PyCharm 适合开发大型项目
  • 一个项目通常会包含 很多源文件
  • 每个 源文件 的代码行数是有限的，通常在几百行之内
  • 每个 源文件 各司其职，共同完成复杂的业务功能

3）PyCharm 快速体验

• 文件导航区域 能够 浏览／定位／打开 项目文件
• 文件编辑区域 能够 编辑 当前打开的文件
• 控制台区域 能够：
  • 输出程序执行内容
  • 跟踪调试代码的执行
• 右上角的 工具栏 能够 执行(SHIFT + F10) / 调试(SHIFT + F9) 代码

• 通过控制台上方的单步执行按钮(F8)，可以单步执行代码

三、PyCharm 的初始设置（知道）

目标

• 恢复 PyCharm 的初始设置
• 第一次启动 PyCharm
• 新建一个 Python 项目
• 设置 PyCharm 的字体显示
• PyCharm 的升级以及其他

PyCharm 的官方网站地址是：https://www.jetbrains.com/pycharm/

01. 恢复 PyCharm 的初始设置

PyCharm 的 配置信息 是保存在 用户家目录下 的 .PyCharmxxxx.x 目录下的，xxxx.x 表示当前使用的 PyCharm 的版本号

如果要恢复 PyCharm 的初始设置，可以按照以下步骤进行：

• 1. 关闭正在运行的 PyCharm
• 2. 在终端中执行以下终端命令，删除 PyCharm 的配置信息目录：

$ rm -r ~/.PyCharm2016.3

• 3. 重新启动 PyCharm

02. 第一次启动 PyCharm

1. 导入配置信息
2. 选择许可协议
3. 配置初始界面

2.1 导入配置信息

• 在第一次启动 PyCharm 时，会首先提示用户是否导入 之前的配置信息
• 如果是第一次使用，直接点击 OK 按钮

2.2 选择许可协议

• PyCharm 是一个付费软件，购买费用为 199$ / 年 或者 19.90$ ／ 月
• 不过 PyCharm 提供了对 学生和教师免费使用的版本
  • 下载地址是：https://www.jetbrains.com/pycharm-edu/download/#section=linux
• 商业版本会提示输入注册信息，或者选择免费评估

2.3 PyCharm 的配置初始界面

• 在初始配置界面，可以通过 Editor colors and fonts 选择 编辑器的配色方案

2.4 欢迎界面

• 所有基础配置工作结束之后，就可以看到 PyCharm 的 欢迎界面了，通过 欢迎界面 就可以开始开发 Python 项目了

03. 新建/打开一个 Python 项目

3.1 项目简介

• 开发 项目 就是开发一个 专门解决一个复杂业务功能的软件
• 通常每 一个项目 就具有一个 独立专属的目录，用于保存 所有和项目相关的文件
  • 一个项目通常会包含 很多源文件

3.2 打开 Python 项目

• 直接点击 Open 按钮，然后浏览到之前保存 Python 文件的目录，既可以打开项目
• 打开之后，会在目录下新建一个 .idea 的目录，用于保存 项目相关的信息，例如：解释器版本、项目包含的文件等等
• 第一次打开项目，需要耐心等待 PyCharm 对项目进行初始设置

设置项目使用的解释器版本

• 打开的目录如果不是由 PyCharm 建立的项目目录，有的时候 使用的解释器版本是 Python 2.x 的，需要单独设置解释器的版本
• 通过 File / Settings… 可以打开设置窗口，如下图所示：

3.3 新建项目

1) 命名规则

• 以后 项目名 前面都以 数字编号，随着知识点递增，编号递增

  • 例如：01_Python 基础、02_分支、03_循环…

• 每个项目下的 文件名 都以 hm_xx_知识点 方式来命名

  • 其中 xx 是演练文件的序号

• 注意

  • 1. 命名文件名时建议只使用 小写字母、数字 和 下划线
  • 2. 文件名不能以数字开始

• 通过 欢迎界面 或者菜单 File / New Project 可以新建项目

2) 演练步骤

• 新建 01_Python基础 项目，使用 Python 3.x 解释器
• 在项目下新建 hm_01_hello.py Python 文件
• 编写 print("Hello Python") 代码

04. 设置 PyCharm 的字体显示

05. PyCharm 的升级以及其他

PyCharm 提供了对 学生和教师免费使用的版本

• 教育版下载地址：https://www.jetbrains.com/pycharm-edu/download/#section=linux
• 专业版下载地址：https://www.jetbrains.com/pycharm/download/#section=linux

5.1 安装和启动步骤

• 1. 执行以下终端命令，解压缩下载后的安装包

$ tar -zxvf pycharm-professional-2017.1.3.tar.gz

• 2. 将解压缩后的目录移动到 /opt 目录下，可以方便其他用户使用

/opt 目录用户存放给主机额外安装的软件

$ sudo mv pycharm-2017.1.3/ /opt/

• 3. 切换工作目录

$ cd /opt/pycharm-2017.1.3/bin

• 4. 启动 PyCharm

$ ./pycharm.sh

5.2 设置专业版启动图标

• 在专业版中，选择菜单 Tools / Create Desktop Entry… 可以设置任务栏启动图标
  • 注意：设置图标时，需要勾选 Create the entry for all users

5.3 卸载之前版本的 PyCharm

1) 程序安装

• 1. 程序文件目录
  • 将安装包解压缩，并且移动到 /opt 目录下
  • 所有的相关文件都保存在解压缩的目录中
• 2. 配置文件目录
  • 启动 PyCharm 后，会在用户家目录下建立一个 .PyCharmxxx 的隐藏目录
  • 保存 PyCharm 相关的配置信息
• 3. 快捷方式文件
  • /usr/share/applications/jetbrains-pycharm.desktop

在 ubuntu 中，应用程序启动的快捷方式通常都保存在 /usr/share/applications 目录下

2) 程序卸载

• 要卸载 PyCharm 只需要做以下两步工作：

• 1. 删除解压缩目录

$ sudo rm -r /opt/pycharm-2016.3.1/

• 2. 删除家目录下用于保存配置信息的隐藏目录

$ rm -r ~/.PyCharm2016.3/

如果不再使用 PyCharm 还需要将 /usr/share/applications/ 下的 jetbrains-pycharm.desktop 删掉

5.4 教育版安装演练

# 1. 解压缩下载后的安装包
$ tar -zxvf pycharm-edu-3.5.1.tar.gz

# 2. 将解压缩后的目录移动到 `/opt` 目录下，可以方便其他用户使用
$ sudo mv pycharm-edu-3.5.1/ /opt/

# 3. 启动 `PyCharm`
/opt/pycharm-edu-3.5.1/bin/pycharm.sh

后续课程都使用专业版本演练

设置启动图标

• 1. 编辑快捷方式文件

$ sudo gedit /usr/share/applications/jetbrains-pycharm.desktop

• 3. 按照以下内容修改文件内容，需要注意指定正确的 pycharm 目录

[Desktop Entry]
Version=1.0
Type=Application
Name=PyCharm
Icon=/opt/pycharm-edu-3.5.1/bin/pycharm.png
Exec="/opt/pycharm-edu-3.5.1/bin/pycharm.sh" %f
Comment=The Drive to Develop
Categories=Development;IDE;
Terminal=false
StartupWMClass=jetbrains-pycharm