Python基础教程(第3版)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：Magnus Lie Hetland

出版社：人民邮电出版社

格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT

Python基础教程(第3版)试读：

前言

巨蟒剧团有首老歌唱道：“又来了一个，它走了又来。又来了一个，什么时候是个头？”自本书第2版面世以来，Python 3的普及程度得到了极大提高，因此这一版完全转向了Python 3。在此期间，还有其他的变化：在Python生态系统中，各种包轮番登场，各种编码实践大行其道后又日渐式微。在必要之处或对读者有帮助的前提下，本书的有些部分完全重写，但最初的痕迹还依稀可见。例如，本书前身Practical Python于21世纪初出版时，Usenet依然应用广泛，可现在大多数互联网用户可能从未听说过它。因此，对于第23章创建连接到NNTP服务器的项目，与其说是为了介绍主流编程生涯中将用到的编程技能，不如说是让读者了解一下历史。一些比较古怪的内容也依旧保留，因为它们是很不错的编程示例，也是本书悠长历史的见证。1Monty Python，英国的一个超现实幽默表演团体，喜剧界的披头士，在20世纪70年代风靡全球。Python语言的命名来源于此。——编者注

与以往一样，我要深深地感谢让本书以前各版得以付梓的人。这里我要特别感谢Mark Powers，感谢他在我进度缓慢时极具耐心。还要感谢Michael Thomas，感谢他出色的技术审阅工作（并指出了原稿中所有的Python 2式print语句）。但愿你喜欢全新升级后的这一版。正如Terny Jones在提到那首老歌时所说：“显然，有一个完整的管弦乐队会更好。”

第2版前言

新版的《Python基础教程》终于和大家见面了。如果算上本书的前身Practical Python，实际上这已经是第3版了。这是我将近10年心血的结晶。在此期间，Python发生了很多有趣的变化，我也尽力调整了对这门语言的介绍。当前，Python处于长期以来最为翻天覆地的转变期：Python 3推出。编写本书期间，最终版本还未发布，但其包含的功能已确定，还推出了多个可用的版本。这次修订不向后兼容，这是我编写这一版时面临的最大挑战。换而言之，我不能仅仅挑出一些新增的功能进行介绍。另外，它还修改了一些既有的功能，因此有些在Python 2.5中理所当然的事情在新版本中已不再正确。

倘若整个Python社区都立即转向Python 3并修改所有的遗留代码，那根本不成问题。我只需介绍Python 3就行！然而，目前依然存在大量用Python 2编写的代码，而且大家可能还会继续编写这样的代码，直到有一天所有人都认为应使用Python 3。

那么我是如何应对这种变化的呢？首先，虽然有些向后兼容的变化，但Python语言本身总体变化不大。因此，如果完全针对Python 2.5，编写的内容对Python 3来说也是大体正确的（对Python 2.6来说更是如此）。至于那些不再正确的部分，我采取了比较保守的态度，因为大家完全接受Python 3还需要一段时间。因此，这一版主要是基于Python 2.5编写的，同时指出将会改变的情形。另外，我还提供了附录D，让你对重大变化有大致的了解。对大多数读者来说，这样处理是完全可行的。

编写这一版期间，有几个人帮了我很大的忙。与前两版（本书第1版以及之前的Practical Python）一样，Jason Gilmore扶我上马，并在项目启动期间扮演了重要角色。项目启动后，Richard Dal Porto、Frank Pohlmann和Dominic Shakeshaft不断伸出援手，保证项目得以顺利进行。在确保代码正确方面，Richard Taylor居功至伟（倘若代码依然存在错误，责任在我），而Marilyn Smith出色地完成了手稿润色工作。这里还要感谢Apress出版社的其他工作人员，他们是Liz Berry、Beth Christmas、Steve Anglin和Tina Nielsen。另外，感谢包括Bob Helmbold和Waclaw Kusnierczyk在内的读者提出勘误和宝贵的建议。最后，在本书前两版的出版过程中，很多人都提供了帮助，这里衷心地感谢他们。

第1版前言

几年前，Jason Gilmore找到我，让我为Apress出版社写本书。他看了我撰写的Python在线教程，想让我写一本风格类似的书。我受宠若惊，既兴奋又有点紧张。我最关心的是，这需要多长时间、对学业会有多大的影响，因为当时我正在读博士。结果表明，这是一项非常艰巨的任务，花费的时间远远超出了预期。

所幸这对我的学业没有太大的影响，我按时获得了博士学位。

去年，Jason又找到我说，Apress出版社想让我对原书进行修订和扩充，不知道我是否有兴趣。当时我正忙于熟悉新取得的副教授职位，而业余时间都花在了扮演Peer Gynt上，因此时间依然是主要的问题。事情安排妥当并有更多业余时间后，我接受了这项任务。你可能猜到了，最终的结晶就是你现在手捧的这本书。本书的大多数内容都来自Practical Python，但基于Python的最新变化做了全面修订，同时新增了几章。另外，根据这一版的组织结构，调整了原来一些内容的位置。很多读者对Practical Python提供了积极的反馈，但愿本版保留了读者喜欢的内容，同时新增的内容也能得到读者青睐。

本书编写期间，有几个人不断地给予我帮助和鼓励。没有他们，本书根本不可能付梓。这里对他们表示衷心的感谢。感谢本书编写期间直接与我协作的团队：Jason Gilmore让这个项目得以上马并确保不偏离方向；Beckie Stones整理各种材料；Jeremy Jones和Matt Moodie提供了专业的意见和见解；Linda Marousek对我极具耐心；还有其他成员让本书得以顺利出版。如果没有Practical Python打下的基础，本书不会是现在这个样子。这里要感谢Jason Gilmore和Alex Martelli出色的技术编辑工作（Jason负责全书，Alex负责前半部分）以及本职之外的各种意见和建议。感谢Erin Mulligan和Tory McLearn一路上领我前行，并在需要时让我调整方向。感谢Nancy Rapoport对手稿进行润色。感谢Grace Wong回答他人无法回答的问题。感谢Pete Shinners就项目10的游戏提供宝贵的建议。感谢多位读者的来信，这些来信给了我极大的鼓励！最后，感谢我的家人和朋友，尤其是女朋友Ranveig在本书编写期间给予的宽容。

引言

　C++学起来很难，因为它天生如此。——佚名

　Java从很多方面来说，就是简化版的C++。——Michael Feldman

　接下来请欣赏与众不同的表演。——巨蟒剧团之《飞翔的马戏团》

前面引用了别人的几句话，旨在为本书定下基调，就是不那么严肃正式。为让本书阅读起来轻松愉快，我力图以幽默的方式来讨论Python编程这个主题。幽默是Python社区的传统，而这种幽默在很大程度上与巨蟒剧团的短剧相关。因此，本书的有些示例看起来有点傻，但愿你能容忍。［顺便说一句，Python来源于巨蟒剧团（Monty Python），而不是蟒蛇。］这里将简单地说说Python是什么，为何要使用它，有哪些人在使用它，本书为谁而写，并概述本书的组织结构。

Python是什么？为何要使用它？官方宣传说：Python是一种面向对象的解释性高级编程语言，具有动态语义。这句话中有很多术语，在阅读本书的过程中，你会逐渐了解其含义。这句话的要点在于，Python是一种知道如何不妨碍你编写程序的编程语言。它让你能够毫无困难地实现所需的功能，还让你能够编写出清晰易懂的程序（与使用当前流行的其他大多数编程语言相比，编写出来的程序要清晰易懂得多）。

虽然Python的速度可能没有C、C++等编译型语言那么快，但它能够节省编程时间。仅考虑到这一点就值得使用Python，况且对大多数程序而言，速度方面的差别并不明显。如果你是C语言程序员，那么你可轻松地使用C语言实现程序的重要部分，再将其与Python部分整合起来。如果你没有任何编程经验（并对我提及C和C++感到有点迷惑），那么简洁而强大的Python就是你进入编程殿堂的理想选择。

那么，有哪些人在使用Python呢？从Guido van Rossum于20世纪90年代初创造这门语言起，其追随者就在不断增加，最近几年尤其如此。Python广泛用于完成系统管理任务（例如，它是多个Linux发行版的重要组成部分），也被用来向新手介绍编程。NASA使用它来完成开发工作，并在多个系统中将其用作脚本语言；工业光魔公司在预算庞大的故事片中使用Python来制作特效；Yahoo!使用它（以及其他技术）来管理讨论组；Google使用它实现了网络爬虫和搜索引擎的众多组件。Python还被用于计算机游戏和生物信息等众多领域。不久后可能就会有人问：有谁不使用Python呢？

本书是为有志于学习Python编程的人写的，适合从编程门外汉到计算机高手的各种读者阅读。如果你没有任何编程经验，应从第1章开始阅读，阅读到看不懂的内容后，开始动手编写一些程序。等到条件成熟后，再回过头来继续阅读更复杂的内容。

如果你熟悉编程，对有些基础知识可能并不陌生（但书中会不时出现令你意外的细节），因此可大致浏览前几章，以便对Python的工作原理有大致认识。当然，也可通读附录A。它是根据Python在线教程“Instant Python”改编而来的，让你能够快速了解最重要的Python概念。对它有大致认识后，可直接跳到第10章，去学习Python标准库。

本书的最后10章是10个编程项目，展示了Python语言的各种功能。无论你是初学者还是专家，都应该会对这些项目感兴趣。虽然对经验不那么丰富的程序员来说，最后几个项目理解起来有点难，但阅读本书的前半部分之后，完全能够按说明完成这些项目。

这些项目涉及众多主题，掌握这些主题对你自己动手编写程序大有裨益。你将学习如何完成一些现在看起来根本无法完成的任务，如创建聊天服务器、点对点文件共享系统和功能齐备的图形计算机游戏。这些任务乍一看好像很难，但最终你将发现，它们实际上大多容易得难以置信。如果你想下载源代码，可访问Apress网站（http://1www.apress.com）。1图灵社区本书页面也提供源代码下载：http://www.ituring.com.cn/book/2118。——编者注

就说这么多。冗长的引言总是让我觉得有点烦，现在就开始Python编程吧——从第1章或附录A开始。祝你好运，编程愉快！第1章快速上手：基础知识

该动手实践了。在本章中，你将学习如何借助计算机能够听懂的语言——Python——来控制它。这里没有什么太难的内容，只要了解计算机的基本工作原理，就能按部就班地完成本章的示例。我将从最简单的内容着手介绍一些基本知识，但鉴于Python功能强大，你很快就能完成一些非常复杂的任务。

首先，需要安装Python或核实已经安装了它。如果你使用的是macOS或Linux/UNIX，请打开终端（在Mac中为应用程序Terminal），输入python并按回车键。你将看到一条欢迎消息，其末尾为如下提示符：>>>

如果情况确实如此，就可以输入Python命令了，但需要注意的是，你的系统安装的可能是较旧的Python版本。如果第一行消息的开头为Python 2，而不是Python 3，你可能要安装较新的版本，因为Python 3在多个方面发生了翻天覆地的变化。

具体的安装步骤视使用的操作系统和安装方式而异，但最简单的方法是访问www.python.org，其中有下载页面的链接。安装过程非常简单，不管你使用的是Windows、macOS、Linux/UNIX还是其他操作系统，只需单击链接就可访问相应的最新版本。如果你使用的是Windows或Mac，将下载一个安装程序，可通过运行它来安装Python。如果你使用的是Linux/UNIX，将下载到源代码压缩文件，需要按说明进行编译，但通过使用Homebrew、APT等包管理器，可简化安装过程。

安装Python后，尝试启动交互式解释器。要从命令行启动Python，只需执行命令python。如果同时安装了较旧的版本，可能需要执行命令python3。如果你更喜欢使用图形用户界面，可启动Python自带的应用程序IDLE。1.1　交互式解释器

启动Python后，可看到类似于下面的提示符：Python 3.5.0 (default, Dec 5 2015, 15:03:35)[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 7.0.0 (clang-700.1.76)] on darwinType "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.>>>

解释器的外观及其显示的错误消息因版本而异。虽然看上去没多大意思，但请相信我，这其实很有趣，因为这是进入黑客殿堂的大门——对计算机进行控制的第一步。更准确地说，这是一个交互式Python解释器。请尝试像下面这样做，以核实它是否管用：>>> print("Hello, world!")

等你按下回车键后，将出现如下输出：Hello, world!>>>

如果你熟悉其他计算机语言，可能习惯了在每行末尾都加上分号。在Python中无需这样做，因为在Python中，一行就是一行。如果你愿意，也可加上分号，但不会有任何影响（除非后面还有其他代码），况且大家通常都不这样做。

这是怎么回事呢？>>>是提示符，可在它后面输入一些内容。例如，如果你输入print("Hello, world!")并按回车键，Python解释器将打印字符串"Hello, world!"，然后再次显示提示符。

如果输入截然不同的内容呢？请尝试这样做：>>> The Spanish InquisitionSyntaxError: invalid syntax>>>1

显然，解释器没有看懂（如果你运行的不是IDLE，而是Linux命令行解释器，错误消息可能稍有不同）。解释器还指出了问题出在什么地方：使用红色背景色（在命令行解释器中，使用的是脱字符号^）突出单词Spanish。1

毕竟，谁都没想到遇上了西班牙宗教裁判所（Spanish Inquisition）。

如果你喜欢这个解释器，可再尝试几次（要获取使用指南，可在提示符下输入命令help()并按回车键。在IDLE中，还可按F1来获取帮助信息），否则请接着往下读。毕竟，在不知道如何与之交流的情况下，这个解释器并不是很有趣。1.2　算法是什么

真刀真枪地编写程序前，先来说说何为计算机编程。简而言之，计算机编程就是告诉计算机如何做。计算机多才多艺，但不太善于独立思考，我们必须提供详尽的细节，使用它们能够明白的语言将算法提供给它们。算法只不过是流程或菜谱的时髦说法，详尽地描述了如何完成某项任务。请看下面的菜谱：鸡蛋火腿肠：先取一些火腿肠。再加些火腿肠和鸡蛋。如果喜欢吃辣，加些辣味火腿肠。煮熟为止。记得每隔10分钟检查一次。

这个菜谱并不神奇，但其结构很有启发性。它由一系列必须按顺序执行的操作说明组成，其中有些可直接完成（取些火腿肠），有些需要特别注意（如果喜欢吃辣），还有一些需要重复多次（每隔10分钟检查一次）。

菜谱和算法都由原料（对象）和操作说明（语句）组成。在这个示例中，火腿肠和鸡蛋是原料，而操作说明包括添加火腿肠、烹饪指定的时间等。下面首先介绍一些非常简单的Python原料，看看可以对它们做些什么。1.3　数和表达式

交互式Python解释器可用作功能强大的计算器。请尝试执行如下操作：>>> 2 + 2

结果应该为4，这不难。下面的运算呢？>>> 53672 + 235253288925

还是觉得没什么？不可否认，这是很常见的运算。（下面假设你对如何使用计算器很熟悉，知道1 + 2 * 3和(1 + 2) * 3有何不同。）所有常见算术运算符的工作原理都与你预期的一致。除法运算的结果为小数，即浮点数（float或floating-point number）。>>> 1 / 20.5>>> 1 / 11.0

如果你想丢弃小数部分，即执行整除运算，可使用双斜杠。>>> 1 // 20>>> 1 // 11>>> 5.0 // 2.42.0

在较旧的Python版本中，对整数执行常规除法运算的结果与使用双斜杠类似。如果你使用的是Python 2.x，要对整数执行常规除法运算，可在程序开头添加如下语句（稍后介绍如何编写完整的程序），也可直接在交互式解释器中执行这条语句：>>> from __future__ import division注意　在上述语句中，future前后分别是两条下划线：__future__。

另外，从命令行运行较旧的Python版本时，还可使用命令行开关-Qnew。1.8.2节将更详尽地介绍__future__。

至此，你了解了基本的算术运算符（加法、减法、乘法和除法），但还有一种与整除关系紧密的运算没有介绍。>>> 1 % 21

这是求余（求模）运算符。x % y的结果为x除以y的余数。换而言之，结果为执行整除时余下的部分，即x % y等价于x - ((x // y) * y)。>>> 10 // 33>>> 10 % 31>>> 9 // 33>>> 9 % 30>>> 2.75 % 0.50.25

在这里，10 // 3为3，因为结果向下圆整，而3 × 3为9，因此余数为1。将9除以3时，结果正好为3，没有向下圆整，因此余数为0。在需要执行之前菜谱指定的“每10分钟检查一次”之类的操作时，这种运算可能很有用：只需检查minute % 10是否为0。（有关如何执行这种检查，请参阅本章后面的旁注“先睹为快：if语句”。）从最后一个示例可知，求余运算符也可用于浮点数。这种运算符甚至可用于负数，但可能不那么好理解。>>> 10 % 31>>> 10 % -3-2>>> -10 % 32>>> -10 % -3-1

你也许不能通过这些示例一眼看出求余运算的工作原理，但通过研究与之配套的整除运算可帮助理解。>>> 10 // 33>>> 10 // -3-4>>> -10 // 3-4>>> -10 // -33

基于除法运算的工作原理，很容易理解最终的余数是多少。对于整除运算，需要明白的一个重点是它向下圆整结果。因此在结果为负数的情况下，圆整后将离0更远。这意味着对于-10 // 3，将向下圆整到-4，而不是向上圆整到-3。

这里要介绍的最后一个运算符是乘方（求幂）运算符。>>> 2 ** 38>>> -3 ** 2-9>>> (-3) ** 29

请注意，乘方运算符的优先级比求负（单目减）高，因此-3**2等价于-(3**2)。如果你要计算的是(-3)**2，必须明确指出。十六进制、八进制和二进制

结束本节前需要指出的是，十六进制数、八进制数和二进制数分别以下面的方式表示：>>> 0xAF175>>> 0108>>> 0b1011010010722

这些表示法都以0打头。（如果你不明白这些表示法有何意义，说明你使用它们的机会不多，只需将其牢记在心即可。）1.4　变量

另一个你可能熟悉的概念是变量（variable）。如果代数对你来说不过是遥远的记忆，也不用担心，因为Python中的变量理解起来很容易。变量是表示（或指向）特定值的名称。例如，你可能想使用名称x来表示3，为此执行如下代码：>>> x = 3

这称为赋值（assignment），我们将值3赋给了变量x。换而言之，就是将变量x与值（或对象）3关联起来。给变量赋值后，就可在表达式中使用它。>>> x * 26

不同于其他一些语言，使用Python变量前必须给它赋值，因为Python变量没有默认值。注意　在Python中，名称（标识符）只能由字母、数字和下划线（_）构成，且不能以数字打头。因此Plan9是合法的变量名，2而9Plan不是。2在某种程度上说，标识符命名规则基于Unicode标准，详情请参阅“Python语言参考手册”（https://docs.python.org/3/reference/lexical_analysis.html）。1.5　语句

前面使用的几乎都是表达式，相当于菜谱中的原料，但语句（菜谱中的操作说明）是什么样的呢？

实际上，刚才说的不完全正确，因为前面已经介绍过两种语句了：print语句和赋值语句。语句和表达式有何不同呢？你可以这样想：表达式是一些东西，而语句做一些事情。例如，2 * 2的结果是4，而print(2 * 2)打印4。表达式和语句的行为很像，因此它们之间的界线可能并非那么明确。>>> 2 * 24>>> print(2 * 2)4

在交互式解释器中执行时，这两段代码的结果没有任何差别，但这是因为解释器总是将表达式的值打印出来（打印的是repr表示的内容，详情请参阅1.10.3节）。然而，在Python中，情况并非都是这样的。本章后面将介绍如何创建无需交互式解释器就能运行的程序。仅3将诸如2 * 2等表达式放在程序中不会有任何作用，但在程序中包含print(2 * 2)将打印结果4。3这个表达式确实会执行一些操作：计算2和2的乘积。但既不会将结果保存起来，也不会向用户显示它。因此除执行计算外，没有其他任何作用。注意　print实际上是一个函数（这将在本章后面更详细地介绍），因此前面说的print语句其实是函数调用。在Python 2.x 中，print是一条语句，无需将要打印的内容作为参数放在圆括号内。

涉及赋值时，语句和表达式的差别更明显：鉴于赋值语句不是表达式，它们没有可供交互式解释器打印的值。>>> x = 3>>>

执行赋值语句后，交互式解释器只是再次显示提示符，但发生了一些变化：有一个名为x的新变量，与值3相关联。可以说，这是所有语句的一个根本特征：执行修改操作。例如，赋值语句改变变量，而print语句改变屏幕的外观。

无论在什么编程语言中，赋值语句都可能是最重要的语句，虽然这一点你可能难以马上明白。变量就像是临时“存储区”（类似于菜4谱中的锅碗瓢盆），其真正威力在于无需知道它们存储的值就能操作它们。4请注意，这里给“存储区”加上了引号。值并非存储在变量中，而是存储在变量指向的计算机内存中。多个变量可指向同一个值。深入阅读后会更清楚地了解这一点。

例如，即便根本不知道x和y是什么，你也知道x * y的结果为x和y的乘积。因此，编写程序时，你能以各种方式使用变量，而无需知道程序运行时它们将存储（指向）的值。1.6　获取用户输入

前面说过，编写程序时无需知道变量的值就可使用它们。当然，解释器最终必须知道变量的值，可它怎么知道我们不知道的事情呢？解释器只知道我们已告知它的内容，不是吗？未必如此。

你编写的程序可能供他人使用，无法预测用户会向程序提供什么样的值。我们来看看很有用的函数input（稍后将更详细地介绍函数）。>>> input("The meaning of life: ")The meaning of life: 42'42'

这里在交互式解释器中执行了第一行（input(...)），它打印字符串"The meaning of life:"，提示用户输入相应的信息。我输入42并按回车。这个数被input（以文本或字符串的方式）返回，并在最后一行被自动打印出来。通过使用int将字符串转换为整数，可编写一个更有趣的示例：>>> x = input("x: ")x: 34>>> y = input("y: ")y: 42>>> print(int(x) * int(y))1428

对于上述在Python提示符（>>>）下输入的语句，可将其放在完整的程序中，并让用户提供所需的值（34和42）。这样，这个程序将打印结果1428，即前述两个数的乘积。在这种情况下，你编写程序时无需知道这些值，对吧？注意　将程序存储在独立的文件中，让其他用户能够执行时，这种获取输入的方式将有用得多。1.8节将介绍如何这样做。

　先睹为快：if语句为增添学习乐趣，这里提前说说原本要到第5章才介绍的内容：if语句。通过使用if语句，可在给定条件满足时执行特定的操作（另一条语句）。一种条件是使用相等运算符（==）表示的相等性检查。没错，相等运算符就是两个等号。（一个等号用于赋值，还记得吗？） 你将条件放在if后面，再加上冒号，将其与后面的语句分开。>>> if 1 == 2: print('One equals two')...>>> if 1 == 1: print('One equals one')...One equals one>>>条件不满足时什么都不做，但条件满足时，将执行冒号后面的语句（这里是一条print语句）。需要注意的另一点是，在交互式解释器中输入if语句后，需要按两次回车键才能执行它（其中的原因将在第5章介绍）。因此，如果变量time指向的是以分钟为单位的当前时间，可使用如下语句检查当前是不是整点：if time % 60 == 0: print('On the hour!')1.7　函数

1.3节使用了乘方运算符（**）来执行幂运算。实际上，可不使用这个运算符，而使用函数pow。>>> 2 ** 38>>> pow(2, 3)8

函数犹如小型程序，可用来执行特定的操作。Python提供了很多函数，可用来完成很多神奇的任务。实际上，你也可以自己编写函数（这将在后面更详细地介绍），因此我们通常将pow等标准函数称为内置函数。

像前一个示例那样使用函数称为调用函数：你向它提供实参（这里是2和3），而它返回一个值。鉴于函数调用返回一个值，因此它们5也是表达式，就像本章前面讨论的算术表达式一样。实际上，你可结合使用函数调用和运算符来编写更复杂的表达式（就像前面使用函数int时那样）。5函数调用也可用作语句，但在这种情况下，将忽略函数的返回值。>>> 10 + pow(2, 3 * 5) / 3.010932.666666666666

有多个内置函数可用于编写数值表达式。例如，abs计算绝对值，round将浮点数圆整为与之最接近的整数。>>> abs(-10)10>>> 2 // 30>>> round(2 / 3)1.0

请注意最后两个表达式的差别。整数总是向下圆整，而round圆整到最接近的整数，并在两个整数一样近时圆整到偶数。如果要将给定的数向下圆整，该如何做呢？例如，你知道某人的年龄为32.9，并想将这个值向下圆整为32，因为他还没有满33岁。Python提供了完成这种任务的函数floor，但你不能直接使用它，因为像众多很有用的函数一样，它也包含在模块中。1.8　模块

可将模块视为扩展，通过将其导入可以扩展Python功能。要导入模块，可使用特殊命令import。前一节提及的函数floor包含在模块math中。>>> import math>>> math.floor(32.9)32

请注意其中的工作原理：我们使用import导入模块，再以module.function的方式使用模块中的函数。就这里执行的操作而言，也可像前面处理input的返回值那样，将这个数字转换为整数。>>> int(32.9)32注意　还有一些类似的函数，可用于转换类型，如str和float。实际上，它们并不是函数，而是类。类将在本书后面更详细地介绍。

模块math还包含其他几个很有用的函数。例如，ceil与floor相反，返回大于或等于给定数的最小整数。>>> math.ceil(32.3)33>>> math.ceil(32)32

如果确定不会从不同模块导入多个同名函数，你可能不想每次调用函数时都指定模块名。在这种情况下，可使用命令import的如下变种：>>> from math import sqrt>>> sqrt(9)3.0

通过使用命令import的变种from module import function，可在调用函数时不指定模块前缀。提示　事实上，可使用变量来引用函数（以及其他大部分Python元素）。执行赋值语句foo = math.sqrt后，就可使用foo来计算平方根。例如，foo(4)的结果为2.0。1.8.1　cmath和复数

函数sqrt用于计算平方根。下面来看看向它提供一个负数的情况：>>> from math import sqrt>>> sqrt(-1)Traceback (most recent call last):...ValueError: math domain error

在有些平台上，结果如下：>>> sqrt(-1)nan注意　nan具有特殊含义，指的是“非数值”（not a number）。

如果我们坚持将值域限定为实数，并使用其近似的浮点数实现，就无法计算负数的平方根。负数的平方根为虚数，而由实部和虚部组成的数为复数。Python标准库提供了一个专门用于处理复数的模块。>>> import cmath>>> cmath.sqrt(-1)1j

注意到这里没有使用from ... import ...。如果使用了这种import命令，将无法使用常规函数sqrt。类似这样的名称冲突很隐蔽，因此除非必须使用from版的import命令，否则应坚持使用常规版import命令。

1j是个虚数，虚数都以j（或J）结尾。复数算术运算都基于如下定义：-1的平方根为1j。这里不深入探讨这个主题，只举一个例子来结束对复数的讨论：>>> (1 + 3j) * (9 + 4j)(-3 + 31j)

从这个示例可知，Python本身提供了对复数的支持。注意　Python没有专门表示虚数的类型，而将虚数视为实部为零的复数。1.8.2　回到未来

据说Python之父Guido van Rossum有一台时光机，因为这样的情况出现了多次：大家要求Python提供某项功能时，却发现这项功能早已实现。当然，并非什么人都能进入这台时光机，不过Guido很体贴，通过神奇模块__future__让Python具备了时光机的部分功能。对于Python当前不支持，但未来将成为标准组成部分的功能，你可从这个模块进行导入。这一点你在1.3节已经见识过，本书后面也将经常遇到这个模块。1.9　保存并执行程序

交互式解释器是Python的亮点之一，它让你能够实时地测试解决方案以及尝试使用Python。要了解隐藏在背后的工作原理，只需尝试使用即可！然而，等你退出交互式解释器时，你在其中编写的所有代码都将丢失。你的终极目标是编写自己和他人都能运行的程序。本节将介绍如何达成这种目标。

首先，你需要一个文本编辑器——最好是专门用于编程的（不推荐使用Microsoft Word之类的软件，但如果你使用的是这样的软件，务必以纯文本的方式保存代码）。如果你使用的是IDLE，那就太幸运了。在这种情况下，只需选择菜单File→New File。这将新建一个编辑器窗口，其中没有交互式提示符。首先，输入如下代码：print("Hello, world!")

接下来，选择菜单File→Save保存程序（其实就是一个纯文本文件）。务必将文件存储在以后能够找到的地方，并指定合理的文件名，如hello.py（扩展名.py很重要）。

保存好了吗？请不要关闭包含程序的窗口。如果关闭了，选择菜单File→Open重新打开。现在可以运行这个程序了，方法是选择菜单Run→Run Module。（如果你使用的不是IDLE，请参阅下一节，了解如何从命令提示符运行程序。）

结果如何呢？在解释器窗口中打印了Hello, world!，这正是我们想要的结果。根据你使用的版本，解释器提示符可能消失，要让它重新出现，可在解释器窗口中按回车键。

接下来，将脚本扩展成下面这样：name = input("What is your name? ")print("Hello, " + name + "!")

如果你运行这个脚本（别忘了先保存），将在解释器窗口中看到如下提示信息：What is your name?

输入你的名字（如Gumby）并按回车键，你将看到类似于下面的内容：Hello, Gumby!强大的海龟绘图法编写简单示例时，print语句很有用，因为几乎在任何地方都可使用它。如果你要尝试提供更有趣的输出，应考虑使用模块turtle，它实现了海龟绘图法。如果你正在运行IDLE，就可使用这个模块，它让你能够绘制图形（而不是打印文本）。通常，应避免导入模块中所有的名称，但尝试使用海龟绘图法时，这样做可提供极大的方便。from turtle import *确定需要使用哪些函数后，可回过头去修改import语句，以便只导入这些函数。海龟绘图法的理念源自形如海龟的机器人。这种机器人可前进和后退，还可向左和向右旋转一定的角度。另外，这种机器人还携带一只铅笔，可通过抬起或放下来控制铅笔在什么时候接触到脚下的纸张。模块turtle让你能够模拟这样的机器人。例如，下面的代码演示了如何绘制一个三角形：forward(100)left(120)forward(100)left(120)forward(100)如果你运行这些代码，将出现一个新窗口，其中有一个箭头形“海龟”不断地移动，并在身后留下移动轨迹。要将铅笔抬起，可使用penup()；要将铅笔重新放下，可使用pendown()。要了解其他的命令，请参阅“Python库参考手册”的相关部分（https://docs.python.org/3/library/turtle.html）。要了解如何绘图，可尝试在网上搜索海龟绘图法（turtle graphic）。学习更多的概念后，你可能想用海龟绘图法替换平淡的print语句。在尝试使用海龟绘图法的过程中，你很快就会发现需要使用后面将介绍的一些基本编程结构。例如，如何在前面的示例中避免反复调用命令forward和left，如何绘制八角形（而不是三角形）以及如何以尽可能少的代码绘制多个边数各不相同的正多边形。1.9.1　从命令提示符运行Python脚本

实际上，运行程序的方式有多种。首先，假定你打开了DOS窗口或UNIX shell，并切换到了Python可执行文件（在Windows中为python.exe，在UNIX中为python）或将该可执行文件所在的目录加入6到了环境变量PATH中（仅适用于Windows）。另外，假定前一节的脚本（hello.py）存储在当前目录下。满足上述条件后，就可在Windows中使用如下命令来执行这个脚本：6如果你看不懂这句话，可以跳过1.9.1节，因为这一节的内容不是非得掌握的。C:\>python hello.py

在UNIX系统中，可使用如下命令：$ python hello.py

如你所见，命令是一样的，只是系统提示符不同。1.9.2　让脚本像普通程序一样

在有些情况下，你希望能够像执行其他程序（如Web浏览器或文本编辑器）一样执行Python脚本，而无需显式地使用Python解释器。UNIX提供了实现这种目标的标准方式：让脚本的第一行以字符序列#!（称为pound bang或shebang）开始，并在它后面指定用于对脚本进行解释的程序（这里是Python）的绝对路径。即便你对这一点不太明白，只需将下面的代码作为脚本的第一行，就可在UNIX中轻松运行脚本：#!/usr/bin/env python

不管Python库位于什么地方，这都将让你能够像运行普通程序一样运行脚本。如果你安装了多个版本的Python，可用更具体的可执行文件名（如python3）替换python。

要像普通程序一样运行脚本，还必须将其变成可执行的：$ chmod a+x hello.py

现在，可以像下面这样来运行它（假定当前目录包含在执行路径中）：$ hello.py

如果这不管用，请尝试使用./hello.py，这在当前目录（.）未包含在执行路径中时也管用（负责的系统管理员会告诉你执行路径是什么）。

如果你愿意，可对文件进行重命名并删除扩展名.py，使其看起来更像普通程序。

如果双击会如何呢

在Windows中，扩展名.py是让脚本像普通程序一样的关键所在。请尝试双击前一节保存的文件hello.py。如果正确地安装了Python，这将打开一个DOS窗口，其中包含提示信息What is your 7name?。然而，这样运行程序存在一个问题：输入名字后，程序窗口将立即关闭，你根本来不及看清结果。这是因为程序结束后窗口将立即关闭。尝试修改脚本，在末尾添加如下代码行：7是否会这样取决于你使用的操作系统以及安装的Python解释器。例如，在macOS中，如果文件是使用IDLE存储的，双击文件将只会在IDLE代码编辑器中打开它。input("Press ")

现在运行这个程序并输入名字后，DOS窗口将包含如下内容：What is your name? GumbyHello, Gumby!Press

等你按回车键后，窗口将立即关闭，因为程序结束了。1.9.3　注释

在Python中，井号（#）比较特殊：在代码中，井号后面到行尾的所有内容都将被忽略。（这也是Python解释器未被前面的/usr/bin/env卡住的原因所在。）下面是一个示例：# 打印圆的周长：print(2 * pi * radius)

第一行为注释。注释让程序更容易理解：对其他人来说如此，在程序编写者回过头来阅读代码时亦如此。据说程序员应遵守的首要戒律是“汝应注释”，但是一些不那么宽容的程序员的座右铭是“如果写起来难，理解起来必然也难”。注释务必言而有物，不要重复去讲通过代码很容易获得的信息。无用而重复的注释还不如没有。例如，下述代码中的注释根本就是多余：# 获取用户的名字：user_name = input("What is your name?")

在任何情况下，都应确保代码即便没有注释也易于理解。所幸Python是一种卓越的语言，能让人很容易编写出易于理解的程序。1.10　字符串

前一节的代码"Hello, " + name + "!"是什么意思呢？本章的第一个程序只包含如下代码：print("Hello, world!")

编程教程通常以类似的程序开篇，问题是我还未全面阐述其工作原理。你已掌握了print语句的基本知识（后面将更详细地介绍它），但"Hello, world!"是什么呢？这是一个字符串（string）。几乎所有真实的Python程序中都有字符串的身影。字符串用途众多，但主要用途是表示一段文本，如感叹句“Hello, world!”。1.10.1　单引号字符串以及对引号转义

与数一样，字符串也是值：>>> "Hello, world!"'Hello, world!'

在这个示例中，有一点可能让你颇感意外：Python在打印字符串时，用单引号将其括起，而我们使用的是双引号。这有什么差别吗？其实没有任何差别。>>> 'Hello, world!''Hello, world!'

这里使用的是单引号，结果却完全相同。既然如此，为何同时支持单引号和双引号呢？因为在有些情况下，这可能会有用。>>> "Let's go!""Let's go!">>> '"Hello, world!" she said''"Hello, world!" she said'

在上述代码中，第一个字符串包含一个单引号（就这里而言，可能称之为撇号更合适），因此不能用单引号将整个字符串括起，否则解释器将报错（做出这样的反应是正确的）。>>> 'Let's go!'SyntaxError: invalid syntax

在这里，字符串为'Let'，因此Python不知道如何处理后面的s（更准确地说是当前行余下的内容）。

第二个字符串包含双引号，因此必须使用单引号将整个字符串括起，原因和前面一样。实际上，并非必须这样做（这样做只是出于方便考虑）。可使用反斜杠（\）对引号进行转义，如下所示：>>> 'Let\'s go!'"Let's go!"

这样Python将明白中间的引号是字符串的一部分，而不是字符串结束的标志。虽然如此，Python打印这个字符串时，还是使用了双引号将其括起。与你预期的一样，对于双引号可采用同样的处理手法。>>> "\"Hello, world!\" she said"'"Hello, world!" she said'

像这样对引号进行转义很有用，且在有些情况下必须这样做。例如，在字符串同时包含单引号和双引号（如'Let\'s say "Hello, world!"'）时，如果不使用反斜杠进行转义，该如何办呢？注意　厌烦了反斜杠？你在本章后面将看到，在大多数情况下，可通过使用长字符串和原始字符串（可结合使用这两种字符串）来避免使用反斜杠。1.10.2　拼接字符串

为处理前述不太正常的示例，来看另一种表示这个字符串的方式：>>> "Let's say " '"Hello, world!"''Let\'s say "Hello, world!"'

我依次输入了两个字符串，而Python自动将它们拼接起来了（合并为一个字符串）。这种机制用得不多，但有时候很有用。然而，仅当你同时依次输入两个字符串时，这种机制才管用。>>> x = "Hello, ">>> y = "world!">>> x ySyntaxError: invalid syntax

换而言之，这是一种输入字符串的特殊方式，而非通用的字符串拼接方法。那么应该如何拼接字符串呢？就像将数相加一样，将它们相加：>>> "Hello, " + "world!"'Hello, world!'>>> x = "Hello, ">>> y = "world!">>> x + y'Hello, world!'1.10.3　字符串表示str和repr

Python打印所有的字符串时，都用引号将其括起。你可能通过前面的示例发现了这一点。这是因为Python打印值时，保留其在代码中的样子，而不是你希望用户看到的样子。但如果你使用print，结果将不同。>>> "Hello, world!"'Hello, world!'>>> print("Hello, world!")Hello, world!

如果再加上表示换行符的编码\n，差别将更明显。>>> "Hello,\nworld!"'Hello,\nworld!'>>> print("Hello,\nworld!")Hello,world!

通过两种不同的机制将值转换成了字符串。你可通过使用函数8str和repr直接使用这两种机制。使用str能以合理的方式将值转换为用户能够看懂的字符串。例如，尽可能将特殊字符编码转换为相应的字符。然而，使用repr时，通常会获得值的合法Python表达式表示。8实际上，像int一样，str也是一个类，但repr是一个函数。>>> print(repr("Hello,\nworld!"))'Hello,\nworld!'>>> print(str("Hello,\nworld!"))Hello,world!1.10.4　长字符串、原始字符串和字节

有一些独特而有用的字符串表示方式。例如，有一种独特的语法可用于表示包含换行符或反斜杠的字符串（长字符串和原始字符串）。对于包含特殊符号的字符串，Python 2还提供了一种专用的表示语法，结果为Unicode字符串。这种语法现在依然管用，但是多余，因为在Python 3中，所有的字符串都是Unicode字符串。Python 3还引入了一种新语法，用于表示大致相当于老式字符串的字节对象。你将看到，在处理Unicode编码方面，这种对象依然扮演着重要的角色。01. 长字符串要表示很长的字符串（跨越多行的字符串），可使用三引号（而不是普通引号）。print('''This is a very long string. It continues here.And it's not over yet. "Hello, world!"Still here.''')还可使用三个双引号，如"""like this"""。请注意，这让解释

器能够识别表示字符串开始和结束位置的引号，因此字符串本身

可包含单引号和双引号，无需使用反斜杠进行转义。提示　常规字符串也可横跨多行。只要在行尾加上反斜杠，反斜杠和换行符将被转义，即被忽略。例如，如果编写如下代码：print("Hello, \ world!")它将打印Hello, world!。这种处理手法也适用于表达式和语句。>>> 1 + 2 + \ 4 + 512>>> print \ ('Hello, world')Hello, world02. 原始字符串原始字符串不以特殊方式处理反斜杠，因此在有些情况下很9

有用。在常规字符串中，反斜杠扮演着特殊角色：它对字符进

行转义，让你能够在字符串中包含原本无法包含的字符。例如，

你已经看到可使用\n表示换行符，从而像下面这样在字符串中包

含换行符：>>> print('Hello,\nworld!')Hello,world!这通常挺好，但在有些情况下，并非你想要的结果。如果你

要在字符串中包含\n呢？例如，你可能要在字符串中包含DOS路

径C:\nowhere。>>> path = 'C:\nowhere'>>> path'C:\nowhere'这好像没问题，但如果将其打印出来，就会出现问题。>>> print(path)C:owhere这并非你想要的结果，不是吗？那该怎么办呢？可对反斜杠

本身进行转义。>>> print('C:\\nowhere')C:\nowhere这很好，但对于很长的路径，将需要使用大量的反斜杠。path = 'C:\\Program Files\\fnord\\foo\\bar\\baz\\frozz\\bozz'在这样的情况下，原始字符串可派上用场，因为它们根本不

会对反斜杠做特殊处理，而是让字符串包含的每个字符都保持原

样。>>> print(r'C:\nowhere')C:\nowhere>>> print(r'C:\Program Files\fnord\foo\bar\baz\frozz\bozz')C:\Program Files\fnord\foo\bar\baz\frozz\bozz如你所见，原始字符串用前缀r表示。看起来可在原始字符

串中包含任何字符，这大致是正确的。一个例外是，引号需要像

通常那样进行转义，但这意味着用于执行转义的反斜杠也将包含

在最终的字符串中。>>> print(r'Let\'s go!')Let\'s go!另外，原始字符串不能以单个反斜杠结尾。换而言之，原始

字符串的最后一个字符不能是反斜杠，除非你对其进行转义（但

进行转义时，用于转义的反斜杠也将是字符串的一部分）。根据

前一个示例，这一点应该是显而易见的。如果最后一个字符（位

于结束引号前面的那个字符）为反斜杠，且未对其进行转义，

Python将无法判断字符串是否到此结束。>>> print(r"This is illegal\")SyntaxError: EOL while scanning string literal这合乎情理，但如果要指定以反斜杠结尾的原始字符串（如

以反斜杠结尾的DOS路径），该如何办呢？本节介绍了大量技巧，

应该能够帮助你解决这个问题，但基本技巧是将反斜杠单独作为

一个字符串，下面是一个简单的示例：>>> print(r'C:\Program Files\foo\bar' '\\')C:\Program Files\foo\bar\请注意，指定原始字符串时，可使用单引号或双引号将其括

起，还可使用三引号将其括起。03. Unicode、bytes和bytearrayPython字符串使用Unicode编码来表示文本。对大多数简单

程序来说，这一点是完全透明的，因此如果你愿意，可跳过本节，

等需要时再学习这个主题。然而，鉴于处理字符串和文本文件的

Python代码很多，大致浏览一下本节至少不会有什么坏处。大致而言，每个Unicode字符都用一个码点（code point）表

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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