作者：朱红庆
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
Python核心编程从入门到开发实战试读：
前言
本书针对“零基础”和“入门”级读者，用实例引导读者深入学习，满足其在基础入门、扩展学习、职业技能、项目实战 4 个方面的需求。本书深入浅出地讲解使用Python语言进行软件编程中的各项技术及实战技能。读者通过系统学习，可以掌握Python语言的基础知识，同时拥有全面的开发能力、优良的团队协同技能和丰富的项目实战经验。
本书内容
全书共 16 章。首先讲解 Python 语言的基本概念、运算符与表达式、变量与数据类型、程序的控制结构等；然后讲解函数、组合数据类型、文件与文件系统、正则表达式、程序进程和线程、Python操作数据库、Web网站编程技术、Python可视化编程；接着重点讲解基于PyQt 5技术的GUI编程等；最后详细讲解Python在交互式游戏开发、智能机器人、人工智能及数据可视化 4 个方面的综合应用。学完本书后，读者将对Python在项目开发中的实际应用拥有切身的体会，为日后进行软件开发积累项目管理及实战开发经验。
全书不仅融入了作者丰富的工作经验和多年的使用心得，还提供了大量来自工作现场的实例，具有较强的实战性和可操作性。我们的目标就是让初学者、应届毕业生快速成长为一名合格的初级程序员，通过演练积累项目开发经验和团队合作技能，在未来的职场中站在高的起点，并能迅速融入软件开发团队中。
本书特色
· 结构科学，自学更易。
本书在内容组织和范例设计中都充分考虑到初学者的特点，由浅入深，循序渐进。无论读者是否接触过Python语言，都能从本书中找到合适的起点。
· 视频讲解，细致透彻。
为了降低学习难度，提高学习效率，本书录制了同步微视频（模拟培训班模式），读者通过视频学习，在轻松学会专业知识之余，还能获得软件开发经验，使学习变得更轻松、有趣。
· 超多、实用、专业的范例和实战项目。
本书结合实际工作中的范例，逐一讲解Python语言的各种知识，使读者在实战中掌握知识，轻松拥有项目经验。
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读者对象
· 没有任何Python语言基础的初学者。
· 有一定的Python语言基础，想精通Python编程的人员。
· 有一定的Python编程基础，没有项目经验的人员。
· 正在进行毕业设计的学生。
· 大专院校及培训学校的老师和学生。
本书由朱红庆著，同时参与编写和资料收集的还有朱性强、王闪闪、陈梦、李良、刘静如、陈献凯，在此一并表示感谢。
在本书的编写过程中，虽然作者尽可能地将最好的讲解呈现给读者，但是难免有疏漏和不妥之处，敬请批评指正。若读者在学习过程中遇到困难或有好的建议，可发邮件至elesite@l63.com。
说明：书中部分省略了大家熟知的“语言”二字，如 Python、C、Java 等，在本书中分别代表Python语言、C语言和Java语言等。【读者服务】
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当下，无论是大数据、人工智能，还是机器学习，Python 都是首选语言。本章具体讲解了程序设计语言的基础，如程序设计语言的分类，编译和解释，Python的由来、优缺点、应用领域及发展，Python 程序开发环境配置、运行，Python 解释器和集成开发环境，以及程序运行流程，为后续学习打下坚实的基础。
本章重点知识：
· Python基础知识。
· Python程序开发环境的建立。
· Python解释器与安装PyCharm。1.1 走进Python
Python 是目前非常热门的编程语言，崇尚优雅、明确、简单。它继承了传统编译语言的强大功能和通用性，同时借鉴了简单脚本和解释语言的易用性。
Python是由吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum，人称“龟叔”，见图1-1）于1989年年底发明的，第一个公开发行版发行于1991年。像Perl语言一样，Python源代码同样遵循GPL（GNU General Public License，通用公共授权协议）标准。图1-1 Python创始人像
用Python编写的程序具有很强的可读性，相比其他语言，它的语法结构非常有特色。
· Python 是解释性语言：这意味着在开发过程中没有编译这个环节，类似于 PHP和Perl语言。
· Python是交互式语言：这意味着可以通过一个Python提示符来直接互动执行应用程序。
· Python是面向对象语言：这意味着Python支持面向对象的风格或代码封装在对象中的编程技术。
· Python 是初学者的语言：Python 对初级程序员而言是一种伟大的语言，它支持广泛的应用程序开发，从简单的文字处理到WWW浏览器，再到游戏。1.1.1 Python的优缺点
通过上面的介绍，可以了解到Python 是一门动态解释性语言。那么，这门语言具有哪些优缺点呢？
1.Python的优点
Python具有如下优点。
1）易学
Python的定位是“优雅”“明确”“简单”，所以Python程序看上去非常简单易懂。初学者学习Python很容易入门，而且将来深入下去，可以编写那些非常复杂的程序。
2）开发效率高
Python拥有强大的第三方库，基本上常用的计算机能实现的功能，在Python官方库里都有相应的模块提供支持。直接下载调用后，在基础库的基础上再进行开发，可以大大缩短开发周期，避免重复“造轮子”。
3）高级语言
在用Python编写程序的时候，无须考虑诸如如何管理程序所使用的内存等底层细节。
4）可移植性
由于Python 的开源本质，它已经被移植到许多平台上（经过改动，使它能够工作在不同的平台上）。如果能够避免使用依赖系统的特性，那么所有的Python程序无须修改，就可以在市场上几乎所有的系统平台上运行。
5）可扩展性
如果你需要一段关键代码运行得更快，或者希望某些算法不公开，则可以用 C 或C++语言编写一部分程序，然后在你的Python程序中调用它们。
6）可嵌入性
可以把Python嵌入C/C++程序中，从而向程序用户提供脚本功能。
2.Python的缺点
Python具有如下缺点。
1）运行速度慢
Python的运行速度比C语言慢很多，跟Java相比也要慢一些，这是很多编程高手不屑于使用Python 的主要原因。其实，这里所指的运行速度慢在大多数情况下用户是无法直接感知的，必须借助测试工具才能体现出来。比如，用 C 语言运行一个程序花了0.01s，用Python花了0.1s，C语言的运行速度比Python的运行速度快了10倍，但这是无法直接通过肉眼感知的，因为这已经超过了一个正常人眼睛所能感知到的时间最小单位。其实，在大多数情况下，Python 已经完全可以满足你对程序运行速度一个的要求，除非你要写对运行速度要求极高的搜索引擎等，在这种情况下，当然还是建议你用C语言或其他语言工具去实现。
2）代码不能加密
因为Python 是解释性语言，所以它的源码是以明文形式存放的。不过，我不认为这算一个缺点。如果你的项目要求源代码必须是加密的，可以通过其他辅助手段实现。
3）线程不能利用多CPU
这是Python被人诟病最多的一个缺点。GIL（Global Interpreter Lock，全局解释器锁）是计算机程序设计语言解释器用于同步线程的工具，它使得任何时刻仅有一个线程在执行。Python的线程是操作系统的原生线程，在Linux系统上为Pthread，在Windows系统上为Win thread，完全由操作系统调度线程的执行。在一个Python解释器进程内有一个主线程，以及多个用户程序的执行线程。即使在多核CPU平台上，由于GIL的存在，也禁止多线程的并行执行。1.1.2 Python的应用领域
Python越来越受欢迎，用户数量每年都大幅增长，原因在于Python逐渐成为所有IT技术的首选语言。目前，Python的应用领域如图1-2所示。图1-2 Python的应用领域
Python 可以应用于数据分析、组件集成、网络服务、图像处理、数值计算、科学计算等众多领域。目前，几乎所有大、中型互联网企业都在使用Python，如YouTube、Dropbox、BT、Quora、豆瓣、知乎、Google、Yahoo！、Facebook、NASA、百度、腾讯、美团等。1.2 建立Python程序开发环境
Python具有跨平台运行的特性，可以运行在Windows、Mac和各种Linux/UNIX系统上。在Windows系统上编写的Python程序，放到Linux系统上也能够顺利运行。要学习Python编程，首先需要安装Python。安装完成后，会得到Python解释器（负责运行Python程序）、一个命令行交互环境，以及一个简单的集成开发环境。本节将详细讲解在Windows系统上建立Python程序开发环境的方法及运行实例。1.2.1 安装Python
目前，Python有两个常用版本，一个是2.x版本，另一个是3.x版本，这两个版本互不兼容。由于3.x版本越来越普及，并且本书大多数案例均是在Python 3.6环境下运行的，因此，本书内容以Python 3.6.3版本为基础。在学习本书内容之前，请确保自己的计算机上已经安装了Python 3.6.3版本，这样才能保证和本书操作的一致性。
在浏览器的地址栏中输入Python官网地址进入Python下载页面，在该页面中提供了适合不同环境的版本链接，如图1-3所示。图1-3 Python下载页面
根据操作系统不同，可以选择对应的软件版本进行安装。本书以 Windows 系统为软件运行环境，以Python 3.6.3版本为例讲解Python。具体安装过程如下。【范例1-1】安装Python。
步骤1：单击“Download Windows x86 executable installer”链接，下载Python环境安装包（Python 3.6.3.exe）。
步骤2：双击下载的Python 3.6.3.exe文件，启动Python安装引导程序，在该界面中勾选“Add Python 3.6 to PATH”复选框，如图1-4所示。图1-4 安装引导程序启动界面
注意
如果取消勾选“Add Python 3.6 to PATH”复选框，则在cmd下输入python会报错，提示“python”不是内部或外部命令，也不是可运行的程序。
步骤3：单击“Install Now”按钮，开始安装Python，如图1-5所示。图1-5 开始安装Python
步骤4：安装完成后，将显示安装成功界面，单击“Close”按钮关闭该界面，便完成了Python的安装，如图1-6所示。图1-6 Python安装成功界面
步骤5：Python安装完成后，将在系统中安装一批与Python开发和运行相关的环境程序，其中最重要的两个程序是Python集成开发环境（IDLE）和Python命令行。
步骤6：测试安装是否成功。按“Win+R”组合键，打开“运行”对话框，在“打开”文本框中输入“cmd”，如图1-7所示，单击“确定”按钮，进入命令行窗口。图1-7 “运行”对话框
步骤 7：在命令提示符下输入“python”命令并按“Enter”键确认，验证 Python是否安装成功。会出现两种情况。
情况一：进入Python交互式环境界面。
如果能看到如图1-8所示的Python交互式环境界面，就说明Python安装成功。图1-8 Python交互式环境界面
情况二：得到一个错误提示。
看到图1-9所示的Python错误提示界面（此图为另一台电脑测试），提示“python”既不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件。图1-9 Python错误提示界面
这是因为Windows会根据Path环境变量设定的路径去查找python.exe文件，如果没找到，就会报错。如果在安装时忘记勾选“Add Python 3.6 to PATH”复选框，就需要手动将python.exe文件所在的路径添加到Path环境变量中。
步骤8：手动添加python.exe文件所在的路径到Path环境变量中。在计算机桌面上右击“计算机”图标，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令，依次选择“高级系统设置”→“高级”→“环境变量”→“Administrator的用户变量”，单击“新建”按钮，新建Path变量并设置变量值（浏览目录选择python.exe文件），最后单击“确定”按钮，如图1-10所示（此图为另一台电脑测试，以后不再提示）。图1-10 添加Python路径
如果不知道怎么配置环境变量，则建议把Python 安装程序重新运行安装一遍，务必记得勾选“Add Python 3.6 to PATH”复选框。
步骤9：在“＞＞＞”命令提示符后面输入exit（）并按“Enter”键，就可以退出Python交互式环境界面（直接关闭命令行窗口也可以）。接下来便可踏上Python的编程之路了。1.2.2 运行Python程序
运行Python程序有两种方式：交互式和文件模式。交互式是指Python解释器即时响应用户输入的每条指令代码，同时给出输出结果反馈。文件模式也称批量式，指用户将Python程序编写在一个或多个文件中，然后启动Python解释器运行程序，批量执行文件中的代码。交互式常用于少量代码的调试，文件模式则是最常用的编程模式。常用的编程语言仅有文件模式的执行方式。接下来以在Windows系统中运行“Hello World！”程序为例，介绍交互式和文件模式运行Python程序。
1.交互式运行Python程序
交互式运行Python程序有两种实现方式，分别是通过命令行运行Python程序和通过IDLE运行Python程序。
1）通过命令行运行Python程序
步骤1：执行“运行”命令（按“Win+R”组合键），在“打开”文本框中输入“cmd”命令，或者启动Windows系统的命令行工具（＜Windows系统安装目录＞\system32\cmd.exe），在命令提示符下输入“python”命令并按“Enter”键，进入Python交互式环境界面。
步骤2：在“＞＞＞”命令提示符后输入如下代码。
步骤3：按“Enter”键，程序便会输出运行结果“Hello World！”，如图1-11所示。图1-11 通过命令行运行Python程序
步骤4：在“＞＞＞”命令提示符后输入“exit（）”或“quit（）”，即可退出Python交互式环境界面。
2）通过IDLE运行Python程序
步骤1：在Windows系统中执行“开始”→“程序”→“Python 3.6”→“IDLE（Python 3.6 32-bit）”菜单命令，启动IDLE（Python 3.6 32-bit）。
步骤2：在“＞＞＞”命令提示符后输入如下代码。
步骤3：按“Enter”键，程序便会输出运行结果“Hello World！”，如图1-12所示。图1-12 通过IDLE运行Python程序
2.文件模式运行Python程序
文件模式也有两种运行方式，与交互式相对应。
1）通过命令行运行Python程序
步骤 1：自建 Python 文件。打开记事本或其他文本工具，按照 Python 的语法格式编写代码，并保存为.py格式的文件。这里仍以“Hello World！”为例，将代码保存为hello.py文件，如图1-13所示。
步骤2：启动Windows系统的命令行工具（＜Windows系统安装目录＞\system32\cmd.exe），打开Windows的命令行窗口并执行“cd/”命令，进入hello.py文件所在的目录（本例hello.py文件位于C盘中），在命令行中输入“Python hello.py”命令并按“Enter”键运行程序，如图1-14所示。图1-13 通过记事本创建heIIo.py文件图1-14 通过命令行运行Python程序
2）通过IDLE创建并运行Python程序
步骤1：启动IDLE，在“Python 3.6.3 Shell”窗口的菜单栏中执行“File”→“New File”命令，或者按“Ctrl+N”组合键打开新建窗口，按照Python的语法格式编写代码，如图1-15所示。图1-15 编写Python程序代码
步骤2：保存并运行程序。将新建的程序保存到C盘中，文件名为hello.py，在菜单栏中执行“Run”→“Run Module”命令，或者按“F5”键运行程序，如图1-16所示。图1-16 通过IDLE运行Python程序1.3 Python解释器与安装PyCharm
学习Python编程，首先需要把Python软件安装到计算机中，这样Python解释器就具有了简单的开发环境。集成开发环境（Integrated Development Environment，IDE）是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器或解释器、调试器和图形用户界面，同时还具有对所开发程序的运行、调试、打包、发布等功能。
举一个例子，我们下载了一部电视剧，不同格式的视频需要具有对应解码器的播放器来播放，这个播放器就相当于“开发环境”。如果想给这部电视剧配上字幕、剪辑一下或再加一点特效，就需要用功能更为强大的视频剪辑工具，而不仅仅是具有播放功能的播放器。这种功能超强的工具就是超强工具集，相当于“集成开发环境”。1.3.1 Python解释器
当我们完成Python程序代码编写后，将获得以.py为扩展名的Python代码文件。要让计算机读懂并运行这些代码，就需要Python解释器的帮助。在安装Python软件后，就获得了一个官方版本的解释器——CPython。在命令行下运行 Python 就是启动CPython。
由于Python 从规范到解释器都是开源的，所以，从理论上讲，只要水平够高，任何人都可以编写 Python 解释器来执行 Python 代码（当然难度很大）。事实上，除了CPython，还存在多种Python解释器，常见的有如下几种。
1.IPython
IPython是基于CPython的一个交互式解释器，比默认的python shell更方便，支持变量自动补全、代码自动缩进、bash shell命令，并内置了许多有用的功能和函数。IPython只是在交互方式上有所增强，执行Python代码的功能和CPython是完全一样的。
2.PyPy
PyPy是另一个Python解释器，执行速度快。PyPy采用JIT技术，对Python代码进行动态编译（注意不是解释），可以显著提高 Python 代码的执行速度。PyPy 比CPython 更加灵活，易于使用和试验，以制定具体的功能在不同情况的实现方法，并且很容易实施。
虽然绝大多数Python代码都可以在PyPy下运行，但是PyPy和CPython仍有不同之处，如果要将代码放到PyPy下执行，就需要了解PyPy和CPython的不同之处。
3.Jython
Jython是运行在Java平台上的Python解释器，用户可以直接把Python代码编译成Java的字节码来执行。它是Python在Java中的完全实现。Jython也有很多从CPython中继承的模块库。Jython不仅提供了Python的库，还提供了所有的Java类。
4.IronPython
IronPython和Jython类似，只不过它是运行在微软.NET平台上的Python解释器，可以直接把Python代码编译成.NET的字节码。
虽然Python解释器有很多，但使用最广泛的还是CPython。如果要与Java或.NET平台交互，最好是通过网络调用来实现，以确保各程序之间的独立性。1.3.2 安装PyCharm
为了使读者对IDE有一个感性认识，在这里选择PyCharm进行介绍。PyCharm是一个跨平台的Python集成开发环境，是JetBrains公司的产品。其特征包括自动代码完成、集成的Python调试器、括号自动匹配、代码折叠。PyCharm支持Windows、Mac OS及Linux等系统，而且可以远程开发、调试、运行程序。安装PyCharm请执行如下操作。【范例1-2】安装PyCharm。
步骤1：在浏览器中打开PyCharm官网的下载页面，其中提供了Professional（专业版，需购买，或免费使用30天）和Community（社区版，免费）两个版本，二者在功能方面有所差异，根据自己的需求下载即可（这里以 Windows 专业版为例），如图1-17所示。图1-17 PyCharm下载页面
步骤 2：直接双击下载好的 pycharm-professional-2019.2.5.exe 文件进行安装，如图1-18所示。
步骤3：单击“Next”按钮，在设置软件安装路径文本框中使用默认路径或者指定新的安装路径后，单击“Next”按钮继续安装，如图1-19所示。图1-18 PyCharm安装界面图1-19 设置PyCharm安装路径
步骤4：在新的安装界面中，选择创建桌面快捷方式的模式和设置关联文件扩展名，单击“Next”按钮继续安装，如图1-20所示。
步骤5：接下来只需单击“Next”或“Install”按钮就可以完成PyCharm的安装，如图1-21所示。图1-20 设置PyCharm安装选项图1-21 完成PyCharm的安装第2章 快速使用Python编程
本章重点学习Python中的一些语法元素和运算符。跟其他语言一样，Python也有自己的一些语法规则。作为开发人员，只有遵循这些规则，开发程序才会更加高效。Python 采用严格的“缩进”来表明程序的框架。缩进是指每行代码前端的空白区域，用来表示代码之间的包含和层次关系。
本章重点知识：
· 编程基础知识。
· Python基本语法元素分析。
· Python程序中的运算符与表达式。
· 简单数据类型。
· 数字类型的操作。2.1 编程基础知识
软件的运行过程就是模拟人类解决问题的思路、方法和手段，通过编译，以计算机能够识别的形式告诉计算机一步一步地去完成某项特定的任务。程序运行通常是数据运算的过程。数据运算包括3个要素：输入数据（获取数据）、处理数据和输出数据，如图2-1所示。图2-1 数据运算3要素
1.输入数据
输入（Input）数据是一个程序的开始。程序要处理的数据有多种来源，形成了多种输入方式，包括文件输入、网络输入、控制台输入、交互界面输入、随机数据输入、内部参数输入等。
2.处理数据
处理（Process）数据是程序对输入数据进行计算并产生输出结果的过程。计算问题的处理方法统称为“算法”，它是程序最重要的组成部分。可以说，算法是一个程序的“灵魂”。
3.输出数据
输出（Output）数据是程序展示运算成果的方式。程序的输出方式包括控制台输出、图形输出、文件输出、网络输出、操作系统内部变量输出等。
下面列举一个非常简单的计算圆面积的Python程序。【范例2-1】输入圆半径求圆面积。
在程序运行流程中，比较简单的有数据存取、加减乘除、逻辑运算、向量运算等。如果将各种运算叠加起来，就可以实现复杂的运算功能。2.2 Python基本语法元素分析
本节主要讲述Python 中的基本语法元素，主要包括程序的层次结构、代码注释、代码换行与并行、变量与保留字、赋值语句、数据输入与输出等。学习这些基本语法元素，有助于加快代码编写速度，增强代码的可读性。2.2.1 程序的层次结构
习惯了C、C++之类的程序结构，Python初学者经常会被莫名其妙的缩进错误搞得心烦意乱，因为Python必须使用正确的缩进格式。在Python程序中，既不能使用大括号（{}）来表示语句块，也不能使用开始/结束标识符来表示语句块，而是靠缩进来表示程序的层次结构的，原来“缩进”不仅仅是为了让程序结构美观。
空白（缩进）在 Python 中是非常重要的。缩进是指每行代码前端的空白区域，用来表示代码之间的包含和层次关系。这意味着同一层次的语句必须有相同的缩进。每组这样的语句被称为一个块。借用“缩进”的方式会使程序的层次结构非常清晰，便于代码阅读。
在编写Python程序代码的过程中，缩进可以通过按下“Tab”键或使用多个空格（通常是4个空格）来实现。下面看一段Python程序代码。【范例2-2】程序的层次结构。
从这段代码中可以发现，除第1、2、7行代码外都存在缩进，不需要缩进的代码顶行编写，不留空白（缩进）。其中，第3行代码采用单层代码缩进，第4行代码用到了多层代码缩进（缩进嵌套）。通过缩进可以很清楚地区分哪个if与else是相匹配的条件判断。
值得注意的是，处于同一级别的代码缩进量和缩进的符号（“Tab”键或空格）要保持一致，这样才能保持嵌套的层次关系清晰、正确；否则，由于缩进的方式不一致，可能会导致嵌套错误，甚至会影响程序的正确运行。另外，在Python 的代码缩进中，最好采用空格的方式，每层向右缩进4个空格。通常不建议采用“Tab”键的方式，更不能两种方式混合使用。
现在，有一些Python辅助开发工具可以自定义按一次“Tab”键生成4个空格的代码缩进，还有一些工具可以自动实现代码缩进，这些工具都给编写 Python 程序带来了极大的便利。2.2.2 代码注释
在大多数编程语言中，注释是一项很有用的功能。注释是程序员在程序代码中添加的一行或多行说明信息，在编程中是很重要的部分。由于注释不是程序的组成部分，所以它是不被计算机执行的，这样一来就可以借用注释来删除或跳过一部分暂时不需要执行的代码。例如，在如下代码中，第1行就是一条注释，会被编译器或解释器略去，是不被计算机执行的。【范例2-3】代码注释。
Python 有两种使用注释的方法：单行注释和多行注释。单行注释是在每行前面输入“＃”，“＃”后面的内容都会被Python解释器所忽略，如下：
多行注释是使用3个单引号来添加注释的，如下：
1.注释的意义
在程序中编写注释的目的是表明代码要做什么，以及是如何做的。在项目开发期间，程序员可能对程序的工作原理了如指掌，但过一段时间后，就有可能遗忘部分细节问题。当然，没有注释的程序是可以花费时间重新研究代码来确定各部分的工作原理的，但这势必会浪费测试员和其他人很多时间和精力。通过编写注释，以清晰自然的描述语言对程序解决方案进行阐述，可以节省他们很多时间和精力。
2.注释的主要用途
注释在程序开发中的用途主要体现在如下几个方面。（1）标注软件作者及版权信息。
在每个程序源代码文件的开始增加注释，标明编写代码的作者、日期、用途、版权声明等信息。根据注释内容的多少，可采用单行或多行注释。（2）注释代码原理和用途。
在程序关键代码附近增加注释，解释关键代码的用处、原理及注意事项，增加程序的可读性。由于程序本身已经表达了设计意图，所以，为了不影响程序阅读的连贯性，程序中的注释一般采用单行注释，标记在关键行，与关键代码同行。对于一段关键代码，可以在附近添加一个多行注释，或者多个单行注释，给出代码设计原理等信息。（3）辅助程序调试。
在调试程序时，可以通过单行或多行注释，临时去掉一行或多行与当前调试无关的代码，辅助程序员找到程序出现问题的可能位置。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]