Python入门-环境搭建

DeanWu

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计算机编程基础知识

编程入门准备知识

计算机基本组成

个人PC计算机系统组成分硬件软件量大部分。硬件系统主要由中央处理器、存储器、输入输出控制系统和各种外部设备组成。软件分为系统软件和应用软件。

图片来源:百度百科

那本教程涉及的部分,为计算机应用软件编程。

计算机中的编码


第一代电子计算机 - ENIAC

计算机是不能识别人类语言的,那么她们是如何处理任务的呢?计算机归根结底是一种电路设备,她们底层处理都是通过电路的开关来识别。根据这一点,人们就通过将任务指令转化为用0和1的二进制串来标识,从而让计算机系统可以识别。这种直接有二进制代码组成的程序语言叫机器语言。后来人们在二级制的机器语言上发明了汇编语言,只用指令集来对应不同的机器指令,通过汇编过程转换成机器指令来执行。再后来到20世纪中期,一大批高级语言诞生,包括后来应用广泛的C、VB等语言。

现在我们知道,计算机是使用 0和1 的二进制串来执行指令的。那么这些0和1是如何表示指令的呢? 这便需要一个二进制数据和实际人类语言的一个对应关系,这套对应关系便成为字符编码。字符编码使用8个二进制位作为一个单位,叫做一个字节,8个二进制位可以标识256中状态。

ASCII

上世纪60年代,美国制定了一套字符编码,对英语字符与二进制位之间的关系,做了统一规定。这被称为 ASCII 码,一直沿用至今。

ASCII 码一共规定了128个字符的编码,比如空格SPACE是32(二进制00100000),大写的字母A是65(二进制01000001)。这128个符号(包括32个不能打印出来的控制符号),只占用了一个字节的后面7位,最前面的一位统一规定为0。

随着计算机的普及,ASCII码已经不能满足人们的需求,除英语外的其他语言无法用ASCII编码来映射。于是,各国家自己制定一些编码,如我国制定了简体中文GB2312,使用2个字节来标识一个汉字,即可表示256*256=65535个汉字,后来的升级版GBK,这种以2个字节来表示的编码成为ANSI编码;欧洲国家则使用没有使用的首位二进制位来制定了标识字符的标准。

Unicode

随着计算机的发展普及,不统一的编码问题,极大的影响了计算机的发展及交流。Unicode (统一码,万国码)编码此时应运而生,1991年由统一码联盟首次发布标准。他使用2到4个字节来表示一个字符,一个字符的Unicode编码是确定的。Unicode 是一个很大的集合,现在的规模可以容纳100多万个符号,详细可见Unicode编码表,现在还在完善扩充。

Unicode 只是一个符号集,它只规定了符号的二进制代码,却没有规定这个二进制代码应该如何实现。造成以下问题:

  • 1)出现了 Unicode 的多种存储方式,也就是说有许多种不同的二进制实现方式,可以用来表示 Unicode。
  • 2)Unicode 在很长一段时间内无法推广,直到互联网的出现,对网络传输中数据的大小要求严格。

UTF

Unicode 编码表示同一个字符时,比ASCII码的占用空间大的多,这在网络传输过程中是非常占用资源的。Unicode的实现方式不同于编码方式,是有多重实现方式的,为了节省空间,人们设计了可变长的Unicode实现方式,Unicode的实现方式称为Unicode转换格式(Unicode Transformation Format,简称为UTF)。UTF-8 就是在互联网上使用最广的一种可变长 Unicode 的实现方式。除了UTF-8含有 UTF-16、UTF-32等版本。

总结如下:

  • UTF-8: 使用1、2、3、4个字节表示字符;优先使用1个字符、无法满足则使增加一个字节,最多4个字节。英文占1个字节、欧洲语系占2个、东亚占3个,其它及特殊字符占4个
  • UTF-16: 使用2、4个字节表示所有字符;优先使用2个字节,否则使用4个字节表示。
  • UTF-32: 使用4个字节表示所有字符;

计算机编码基本分类如下:

图片来源:regexlab

扩展阅读:

发展至今,现在计算机中,当内存处理时统一使用了Unicode编码,当需要保存到硬盘或者需要传输的时候,就转换为UTF-8等可变编码。因为UTF编码的可变性,在内存中处理非常耗时,在内存中统一使用Unicode编码,Unicode在编码方式上对应的字符是唯一的。在存储和专属时,UTF编码则更节省空间。

一门语言的基本组成

我们先来看一段Python代码:

name = input('请输入姓名:')

def say_hello(name='Tim'):
    print('%s,hello!'%name)
    
say_hello(name)

我们来看下这段程序做了什么事?程序提示我们输入姓名,当我们输入姓名后,程序把我们录入的姓名加工组成了一条语句,打印了出来。在这个过程中,计算机内部是如何运作的呢?程序运行时,它在计算机的内存中开辟了一块空间,用来存储我们接下要录入的信息。当我们输入姓名后,它把姓名和内部定义好的hello拼接在一起,打印了出来。

我们把这种存储可变化的值的对象叫做变量。相对应的存储不可变值的对象叫做常量。而处理我们输入数据的这块代码叫做方法。方法有方法名(say_hello)、参数(name)、和方法体(print)组成。其中最复杂的地方便是这个方法体,这个方法的功能和处理任务的逻辑都在这块。

变量、常量和方法,以及方法体中复杂的控制逻辑语法共同构成了一套基本的编程语言。

环境搭建

Python下载和安装(window/mac/linux)

windows 系统安装

window系统可直接从官网下载地址对应操作系统位数的exe安装包,安装即可。

安装时需要注意一下几点:

  • 1、选择适合自己操作系统的安装包。
  • 2、安装时勾选“Add Python 3.6 to PATH”,会将python的安装目录和命令目录一并加到系统环境变量中,这样我们在CMD窗口中才可以使用 python 命令。
  • 3、点击自定义安装,将python的常用工具包(pip包等)安装上。
  • 4、因windows不同操作系统版本,安装可能出现 “xx.dll” 文件缺失的情况,我们到微软官方网站下载对应版本自行安装即可。

安装完毕后,打开系统CMD窗口,输入python命令,见到如下信息便说明成功。

$ python3
Python 3.6.5 (default, Mar 30 2018, 06:42:10)
[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 9.0.0 (clang-900.0.39.2)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>

Mac 系统安装

mac 系统自带了python2.7。我们开发使用python3.6,那怎么办呢?建议重新安装python3.6,而不是升级系统版本,因为系统python为mac系统自带的许多工具提供了语言环境,我们尽量不要去污染系统自带的python,以免造成系统工具不可用的情况发生。

那如何安装python3.6呢?我们建议使用brewmac软件包管理工具统一安装,执行如下命令即可:

brew install python

安装完毕后,在我们的命令行终端中输入python命令检查是否安装成功。

Linux 系统安装

Linux系统同mac一样也自带了python。同样建议我们安装自己开发使用的python包,不要污染系统python包。Linux 系统安装比较麻烦,需要我们自己编译安装,具体步骤如下:

  • 首先,安装python开发的一些依赖包
yum -y install zlib-devel bzip2-devel openssl-devel ncurses-devel sqlite-devel readline-devel tk-devel gdbm-devel db4-devel libpcap-devel xz-devel
  • 第二,从Python官网下载python的源码包并解压。

wget https://www.python.org/ftp/python/3.6.5/Python-3.6.5.tgz

tar zxvf Python-3.6.5.tgz
  • 第三,编译安装
cd Python-3.6.5

./configure --with-ensurepip=install 

make && make install 

安装成功后,会在/usr/local/bin 路径下增加python3命令,我们运行 python3 命令便是执行了我们刚才安装的python,执行python 命令则会运行系统自带的python。

同样,在终端运行python3命令检测是否安装成功。

交互式环境

终端shell

在命令行终端下,输入 python 即打开了python的交换式环境,这是解释性语言特有的。 在此环境下,我们可以直接运行python代码,来做简单的测试。

$ python3
Python 3.6.5 (default, Mar 30 2018, 06:42:10)
[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 9.0.0 (clang-900.0.39.2)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> print('hello, world!')
hello, world!
>>>

退出交互式环境,使用exit()

IDLE

针对于windows用户,python 自带了一个python shell小工具 IDLE。带有代码高亮和提示功能,如图:

ipython

ipython 在命令行终端中使用,提供了代码高亮和提示功能, 是mac和linux用户常用的python shell。

集成式开发环境选择

Sublime

sublime, 是一款插件式的代码编辑器,可通过安装不同的插件模块来支持不同语言和扩展功能,并且扩平台。

可通过如下步骤安装配置:

1、可以通过官方网站下载安装程序安装Sublime 3或Sublime 2。

2、安装包管理工具。通过快捷键Ctrl+`或者在View菜单中选择Show Console打开控制台,输入下面的代码。

# Sublime 3
import  urllib.request,os;pf='Package Control.sublime-package';ipp=sublime.installed_packages_path();urllib.request.install_opener(urllib.request.build_opener(urllib.request.ProxyHandler()));open(os.path.join(ipp,pf),'wb').write(urllib.request.urlopen('http://sublime.wbond.net/'+pf.replace(' ','%20')).read())
# Sublime 2
import  urllib2,os;pf='Package Control.sublime-package';ipp=sublime.installed_packages_path();os.makedirs(ipp)ifnotos.path.exists(ipp)elseNone;urllib2.install_opener(urllib2.build_opener(urllib2.ProxyHandler()));open(os.path.join(ipp,pf),'wb').write(urllib2.urlopen('http://sublime.wbond.net/'+pf.replace(' ','%20')).read());print('Please restart Sublime Text to finish installation')
  • 安装插件。通过Preference菜单的Package Control或快捷键Ctrl+Shift+P打开命令面板,在面板中输入Install Package就可以找到安装插件的工具,然后再查找需要的插件。我们推荐大家安装以下几个插件。
SublimeCodeIntel - 代码自动补全工具插件
Emmet - 前端开发代码模板插件
Git - 版本控制工具插件
Python PEP8 Autoformat - PEP8规范自动格式化插件
ConvertToUTF8 - 将本地编码转换为UTF-8

VSCode

VSCode 是微软公司出的一款轻量级插件式代码编辑工具。它类似sublime也是可以通过安装插件模块来扩展,它也是扩平台的。

相比于Sublime VSCode 自带部分代码开发必须的插件,如git、debug工具和命令行工具等。

对于不喜欢折腾插件,且喜欢轻量级IDE的用户来说,VSCode是最佳选择了。

PyCharm

JetBrains 公司推出的标榜 Eclipse的跨平台的 python 集成开发工具,它带有一整套可以帮助用户在使用Python语言开发时提高其效率的工具,比如调试、语法高亮、Project管理、代码跳转、智能提示、自动完成、单元测试、版本控制。此外,该IDE提供了一些高级功能,以用于支持Django等框架下的专业Web开发。

PyCharm 是收费的,但是有功能阉割的社区版本可供我们学习测试使用,下载地址

Pycharm 的使用可参阅一些文档:

总结

本章主要讲解了:

  • 计算机的编程基础知识,包括计算机系统的组成、计算机编码等。
  • 在3大系统平台如何安装python
  • python 编译器
  • python IDE的选择

参考

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