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Python

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此条目的主題是计算机程序设计语言。关于与「Python」標題相近或相同的条目，請見「Python (消歧義)」。
Python
Official Python Logo
编程范型多泛型,面向对象,函数式编程,面向切面编程
設計者吉多·范罗苏姆
實作者Python Software Foundation
发行时间1991年
当前版本
  • 3.13.3（2025年4月8日；穩定版本）[1]
  • 3.14.0b2（2025年5月26日；测试版本）[2]
編輯維基數據鏈接
型態系統强类型, 动态类型, "duck"
操作系统跨平台
許可證en:Python Software Foundation License
網站www.python.org
主要實作產品
CPython, IronPython, Jython, Python for S60, PyPy, Unladen Swallow
衍生副語言
Stackless Python
受影响于
ABC、C語言、Haskell、Icon、Java、Lisp、Modula-3、Perl、Smalltalk、Tcl
影響語言
Ruby、Boo、Groovy

Python（[KK] Template:IPA-en, [DJ] Template:IPA-en），是一种面向对象、直譯式计算机程序设计语言，也是一种功能强大的通用型语言，已经具有近二十年的发展历史，成熟且稳定。它包含了一组完善而且容易理解的标准库，能够轻松完成很多常见的任务。它的语法非常简捷和清晰，与其它计算机程序设计语言不一样，它采用缩进来定义语句块。

Python支持命令式编程、面向对象程序设计、函数式编程、面向切面编程、泛型编程多种编程范式。与Scheme、Ruby、Perl、Tcl等动态语言一样，Python具备垃圾回收功能，能够自动管理内存使用。它经常被当作脚本语言用于处理系统管理任务和Web编程，然而它也非常适合完成各种高阶任务。Python虚拟机本身几乎可以在所有的操作系统中运行。使用一些诸如py2exe、PyPy、PyInstaller之类的工具可以将Python源代码转换成可以脱离Python解释器执行的程序。

Python的主要参考实现是CPython，它是一个由社区驱动的自由软件。目前由Python软件基金会管理。基于这种语言的相关技术正在飞速的发展，用户数量急剧扩大，相关的资源非常多。

发展历史

Python的创始人为吉多·范罗苏姆。在1989年圣诞节期间的阿姆斯特丹，吉多为了打发圣诞节的无趣，决心开发一个新的脚本解释程序，作为ABC语言的一种继承。之所以选中Python作为程序的名字，是因为他是一个蒙提·派森的飛行馬戲團的爱好者。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（的确如此，Python与其它的语言如C、C++和Java结合的非常好）。同时，他还想实现在ABC中闪现过但未曾实现的东西。[3]

就这样，Python在吉多手中诞生了。实际上，第一个实现是在Mac机上。可以说，Python是从ABC发展起来，主要受到了Modula-3（另一种相当优美且强大的语言，为小型团体所设计的）的影响。并且结合了Unix shell和C的习惯。

目前吉多·范罗苏姆仍然是Python的主要开发者，决定整个Python语言的发展方向。Python社区经常称呼他是仁慈的独裁者。

Python 2.0于2000年10月16日发布，主要是实现了完整的垃圾回收，并且支持Unicode。同时，整个开发过程更加透明，社区对开发进程的影响逐渐扩大。2008年12月3发布，经过长时间的测试，Python 3.0发布。它不完全兼容之前的Python代码。不过，很多新特性后来也被移植到旧的Python 2.6/2.7版本。

作为编程语言的设计哲学与定位

Python的设计哲学是“优雅”、“明确”、“简单”。因此，Perl语言中“总有多种方法来做同一件事”的理念在Python开发者中通常是难以忍受的。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”。在设计Python语言时，如果面临多种选择，Python开发者一般会拒绝花哨的语法，而选择明确的没有或者很少有歧义的语法。由于这种设计观念的差异，Python源代码通常认为比Perl具备更好的可读性，并且能够支撑大规模的软件开发。这些准则被称为Python格言。在Python解释器内运行import this可以获得完整的列表。

Python开发人员尽量避开不成熟或者不重要的优化。一些针对非重要部位的加快运行速度的补丁通常不会被合并到Python内。所以很多认为Python很慢。不过，根据二八定律，大多数程序对速度要求不高。在某些对运行速度要求很高的情况，Python程序员倾向于使用JIT技术，或者用使用C/C++语言改写这部分程序。目前可用的JIT技术是Pysco。

Python是完全面向对象的语言。函数、模块、数字、字符串都是对象。并且完全支持继承、重载、派生、多继承，有益于增强代码的复用性。Python支持重载运算符，因此Python也支持泛型设计。相对于Lisp这种传统的函数式编程语言，Python对函数式编程只提供了有限的支持。有两个标准库(functools, itertools)提供了Haskell和Standard ML中久经考验的函数式编程工具。

虽然Python可能被粗略地分类为「脚本语言」（script language），但实际上一些大规模软件开发计划例如Zope、Mnet及BitTorrent，Google也广泛地使用它。Python的支持者较喜欢称它为一种高阶动态编程语言，原因是「脚本语言」泛指仅作简单编程任务的语言，如shell script、JavaScript等只能处理简单任务的编程语言，並不能与Python相提并论。

Python本身被设计为可扩展的。并非所有的特性和功能都集成到语言核心。Python提供了丰富的API和工具，以便程序员能够轻松地使用C语言、C++、Cython来编写扩展模块。Python解释器本身也可以被集成到其它需要脚本语言的程序内。因此，很多人还把Python作为一种「胶水语言」（glue language）使用。使用Python将其他语言编写的程序进行集成和封装。在Google内部的很多项目使用C++编写性能要求极高的部分，然后用Python调用相应的模块。[來源請求]很多游戏使用Python来处理游戏中繁多的逻辑。[來源請求]

Python的应用场景

Python经常被用于Web开发。比如，通过mod_wsgi模块，Apache可以运行用Python编写的Web程序。Python定义了WSGI标准应用接口来协调Http服务器与基于Python的Web程序之间的通信。一些Web框架，如Django,TurboGears,web2py,Zope等，可以让程序员轻松地开发和管理复杂的Web程序。此外，NumPy,SciPy,Matplotlib可以让Python程序员编写科学计算程序。PyQt是Python快速开发桌面应用程序的利器。

在很多操作系统里，Python是标准的系统组件。大多数Linux发行版以及NetBSD、OpenBSD和Mac OS X都集成了Python，可以在终端下直接运行Python。有一些Linux发行版的安装器使用Python语言编写，比如Ubuntu的Ubiquity安装器,Red Hat Linux和Fedora的Anaconda安装器。Gentoo Linux使用Python来编写它的Portage包管理系统。Python标准库包含了多个调用操作系统功能的库。通过pywin32这个第三方软件包，Python能够访问Windows的COM服务及其它Windows API。使用IronPython，Python程序能够直接调用.Net Framework。

Python经常被用来编写黑客工具。因为Python对于各种网络协议的支持很完善。

YouTube、Google、Yahoo!、NASA都在内部大量地使用Python。OLPC的操作系统Sugar项目的大多数软件都是使用Python编写。

Hello World程序

下面是一个在标准输出设备上输出Hello World的简单程序，这种程序通常作为开始学习编程语言时的第一个程序：

  • 适用于Python 3.0以上版本以及Python 2.6, Python 2.7
print("Hello, world!")
  • 适用于Python 2.6以下版本以及Python 2.6, Python 2.7
print "Hello, world!"

将这行代码保存为myhello.py。然后在Linux终端下输入python myhello.py，或者在Windows终端下输入myhello.py运行。Python也可以單步直譯執行。執行Python直譯器進入互動式命令列的環境，你可以在提示符號>>>旁輸入print("Hello, world!")，按Enter鍵輸出結果：

  • 适用于Python 3.0以上版本以及Python 2.6, Python 2.7
>>> print("Hello, world!")
Hello, world!
  • 适用于Python 2.6以下版本以及Python 2.6, Python 2.7
>>> print "Hello, world!"
Hello, world!

注意，低于2.5版本的Python要去掉"Hello, world!"周围的括号。Python 3.x与Python 2.x的print函数语法是不一样的。

Python语法

Python的设计目标之一是让源代码具备高度的可读性。它设计时尽量使用其它语言经常使用的标点符号和英语单词，让源代码整体看起来很整洁美观。它不像静态语言如C、Pascal那样需要重复书写声明语句，也不像它们的语法那样经常有特殊情况和惊喜。

縮進

Python開發者有意讓違反了縮進規則的程序不能通過編譯，以此來強制程序員養成良好的編程習慣。並且在Python語言裡，縮進而非花括號或者某種關鍵字，被用於表示語句塊的開始和結束。增加縮進表示語句塊的開始，而減少縮進則表示語句塊的結束。縮進成為了語法的一部分。例如if語句： 

if age < 21:
    print("你不能買酒。")
    print("不過你能買口香糖。")
print("這句話處於if語句塊的外面。")

根據PEP的規定，必須使用4個空格來表示每級縮進。使用Tab字符和其它數目的空格雖然都可以編譯通過，但不符合編碼規範。

语句和控制流

  • if语句，当条件成立时执行语句块。经常与else,elif(相当于else if)配合使用。
  • for语句，遍历列表、字符串等迭代器，循环处理迭代器中的每个元素。
  • while语句，当条件为真时，循环执行语句块。
  • try语句。与except,finally配合使用处理在程序运行中出现的异常情况。
  • class语句。用于定义类型。
  • def语句。用于定义函数。
  • with语句。Python2.6以后定义的语法，在一个场景中运行语句块。比如，运行语句块前加锁，然后在语句块运行结束后释放它。
  • pass语句。表示此行为空，不执行任何操作。
  • assert语句。用于程序调试阶段时测试运行条件是否满足。
  • yield语句。在迭代器函数内使用，用于返回一个元素。自从Python 2.5版本以后。这个语句变成一个运算符。

表达式

Python的表达式写法与C/C++类似。只是在某些方法有所差别。

  • Python使用and, or, not表示逻辑运算。
  • Python支持"列表推导式"（list comprehension），比如计算0-9的平方和:
>>> sum(x * x for x in range(10))
285
  • Python使用lambda表示匿名函数。匿名函数体只能是表达式。比如：
>>> add=lambda x, y : x + y
>>> add(3,2)
5
  • Python使用y if cond else x表示条件表达式。意思是当cond为真时，表达式的值为y，否则表达式的值为x。相当于C++和Java里的cond?y:x。
  • Python区分列表(list)和元组(tuple)两种类型。list的写法是[1,2,3]，而tuple的写法是(1,2,3)。可以改变list中的元素，而不能改变tuple。在某些情况下，tuple的括号可以省略。tuple对于赋值语句有特殊的处理。因此，可以同时赋值给多个变量，比如：
>>> x, y=1, 2 #同时给x,y赋值，最终结果：x=1, y=2

特别地，可以使用以下这种形式来交换两个变量的值： 

>>> x, y=y, x #最终结果：y=1, x=2
  • Python使用'(单引号)和"(双引号)来表示字符串。与Perl、Unix Shell语言或者Ruby、Groovy等语言不一样，两种符号作用相同。一般地，如果字符串中出现了双引号，就使用单引号来表示字符串;反之则使用双引号。如果都没有出现，就依个人喜好选择。出现在字符串中的\(反斜杠)被解释为特殊字符，比如\n表示换行符。表达式前加r指示Python不解释字符串中出现的\。这种写法通常用于编写正则表达式或者Windows文件路径。
  • Python支持列表切割(list slices)，可以取得完整列表的一部分。支持切割操作的类型有str, bytes, list, tuple等。它的语法是...[left:right]或者...[left:right:stride]。假定nums变量的值是[1, 3, 5, 7, 8, 13, 20]，那么下面几个语句为真：
  • nums[2:5] == [5, 7, 8] 从下标为2的元素切割到下标为5的元素，但不包含下标为5的元素。
  • nums[1:] == [3, 5, 7, 8, 13, 20] 切割到最后一个元素。
  • nums[:-3] == [1, 3, 5, 7] 从最开始的元素一直切割到倒数第3个元素。
  • nums[:] == [1, 3, 5, 7, 8, 13, 20] 返回所有元素。改变新的列表不会影响到nums。
  • nums[1:5:2] == [3, 7]

对象的方法

对象的方法是指绑定到对象的函数。调用对象方法的语法是instance.method(arguments)。它等价于调用Class.method(instance, arguments)。当定义对象方法时，必须显式地定义第一个参数为self，用于访问对象的内部数据。self相当于C++, Java里面的this变量。比如： 

class Fish:
    def eat(self, food):
        if food is not None:
            self.hungry=False

类型

Python采用动态类型系统。在编译的时候，Python不会检查对象是否拥有被调用的方法或者属性，而是直至运行时，才做出检查。所以操作对象时可能会抛出异常。不过，虽然Python采用动态类型系统，它同时也是强类型的。Python禁止没有明确定义的操作，比如数字加字符串。

与其它面向对象语言一样，Python允许程序员定义类型。构造一个对象只需要像函数一样调用类型即可，比如，对于前面定义的Fish类型，使用Fish()。类型本身也是特殊类型type的对象(type类型本身也是type对象)，这种特殊的设计允许对类型进行反射编程。

Python内置丰富的数据类型。与Java、C++相比，这些数据类型有效地减少代码的长度。下面这个列表简要地描述了Python内置类型(适用于Python 3.x)：

类型 描述 例子
str 一个由字符组成的不可更改的有序列。在Python 3.x里，字符串由Unicode字符组成。 'Wikipedia'
"Wikipedia"
"""Spanning
multiple
lines"""
bytes 一个由字节组成的不可更改的有序列。 b'Some ASCII'
b"Some ASCII"
list 可以包含多种类型的可改变的有序列 [4.0, 'string', True]
tuple 可以包含多种类型的不可改变的有序列 (4.0, 'string', True)
set, frozenset 与数学中集合的概念类似。无序的、每个元素唯一。 {4.0, 'string', True}
frozenset([4.0, 'string', True])
dict 一个可改变的由键值对组成的无序列。 {'key1': 1.0, 3: False}
int 精度不限的整数 42
float 浮点数。精度与系统相关。 3.1415927
complex 复数 3+2.7j
bool 逻辑值。只有两个值：真、假 True
False

数学运算

Python定义求余运行a % b的值处于开区间[0, b)内，如果b是负数，开区间变为(b, 0]。这是一个很常见的定义方式。不过其实它依赖于整除的定义。为了让方程式：b * (a // b) + a % b = a恒真，整除运行需要向负无穷小方向取值。比如7 // 3的结果是2，而(-7) // 3的结果却是-3。这个算法与其它很多编程语言不一样，需要注意，它们的整除运算会向0的方向取值。

Python允许像数学的常用写法那样连着写两个比较运行符。比如a < b < c与a < b and b < c等价。C++的结果与Python不一样，首先它会先计算a < b，根据两者的大小获得0或者1两个值之一，然后再与c进行比较。

标准库

Python之所以有这么大的魅力，原因之一就是它有一个强大的标准库[4]。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标准库命名接口清晰、文档良好，很容易学习和使用。

Python社区提供了大量的第三方模块，使用方式与标准库类似。它们的功能无所不包，覆盖科学计算、Web开发、数据库接口、图形系统多个领域，并且大多成熟而稳定。第三方模块可以使用Python或者C语言编写。SWIG,SIP常用于将C语言编写的程序库转化为Python模块。Boost C++ Libraries 包含了一組函式庫，Boost.Python，使得以 Python 或 C++ 編寫的程式能互相呼叫。借助于拥有基于标准库的大量工具、能够使用低级语言如C和可以作为其他库接口的C++，Python已成为一种强大的应用于其他语言与工具之间的胶水语言。

Python标准库的主要功能有：

  • 文本处理，包含文本格式化、正则表达式匹配、文本差异计算与合并、Unicode支持，二进制数据处理等功能
  • 文件处理，包含文件操作、创建临时文件、文件压缩与归档、操作配置文件等功能
  • 操作系统功能，包含线程与进程支持、IO复用、日期与时间处理、调用系统函数、写日记(logging)等功能
  • 网络通信，包含网络套接字，SSL加密通信、异步网络通信等功能
  • 网络协议，支持HTTP，FTP，SMTP，POP，IMAP，NNTP，XMLRPC等多种网络协议，并提供了编写网络服务器的框架
  • W3C格式支持，包含HTML，SGML，XML的处理。
  • 其它功能，包括国际化支持、数学运算、HASH、Tkinter等

Python 3.0

Python的3.0版本，常被称为Python 3000，或简称Py3k[5]。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在设计的时候就没有考虑向下兼容。许多针对早期Python版本设计的程序都无法在Python 3.0上正常运行。为了照顾现有程序，Python 2.6作为一个过渡版本，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。基于早期Python版本而能正常运行于Python 2.6并无警告的程序可以通过一个2 to 3的转换工具无缝迁移到Python 3.0[6]。

新的Python程序建议使用Python 3.0版本的语法[7]。除非运行环境无法安装Python 3.0或者程序本身使用了不支持Python 3.0的第三方库。目前不支持Python 3.0的第三方库有Django, Twisted, py2exe, PIL等。大多数第三方库都正在努力地兼容Python 3.0版本。即使无法立即使用Python 3.0，也建议编写兼容Python 3.0版本的程序，然后使用Python 2.6, Python 2.7来运行。Python 2.7被确定为最后一个Python 2.x版本。

主要变化

Python 3.0的变化主要在以下几个方面[8]：

部分函数和语句的改变[9]：

最引人注意的改变是print语句没有了，取而代之的是print函数；

字符串和字节：

类似Java，str类表示一个Unicode字符串，代替了早期版本的unicode类。而一堆字节则用类似b"abc"的语法创建，用bytes类表示；

其他变化：

详见參考文獻[8]。

各种实现

Python是一门跨平台的脚本语言，Python规定了一个Python语法规则，实现了Python语法的解释程序就成为了Python的解释器。

  • CPython（Classic Python，也就是原始的经典Python实现，需要区别于其他实现的时候才以CPython称呼；或解作C语言实现的Python）。这是最常用的Python版本。
  • Jython（原名JPython；Java语言实现的Python，现已正式发布）。Jython可以直接调用Java的各种函数库。
  • PyPy（使用Python语言寫的Python）
  • IronPython（面向.NET和ECMA CLI的Python实现）。IronPython能够直接调用.net平台的各种函数库。可以将Python程序编译成.net程序。
  • 周蟒（支持繁簡中文的Python语言）

集成开发环境

适用于Python的集成开发环境（IDE）软件，除了标准二进制发布包所附的IDLE之外，还有许多其他选择。其中有些软件设计有语法着色、语法检查、运行调试、自动补全、智能感知等便利功能。由于Python的跨平台出身，这些软件往往也具备各种操作系统的版本或一定的移植性。

专门为Python设计的IDE软件：

有相应插件的通用IDE软件（使用难度往往较大）：

另外，诸如EditPlus、UltraEdit、PSPad等通用的程序员文本编辑器软件也能对Python代码文本作出一定解释，但是否够得上集成开发环境的水平，尚有待评估。

著名应用

從其它語言到Python

影響

  • ECMAScript 從Python 參考了 iterators, generators, 以及 list comprehensions.
  • OCaml 有個 optional syntax, 稱為 twt (The Whitespace Thing), 取材自 Python 與 Haskell.

外部链接

Python 3000相關連結

参考文献

  1. ^ "Python Insider: Python 3.14.0a7, 3.13.3, 3.12.10, 3.11.12, 3.10.17 and 3.9.22 are now available"; 作者姓名字符串: Hugo; 出版日期: 2025年4月8日; 检索日期: 2025年4月9日.
  2. ^ Python 3.14.0 beta 2 is here!. 2025年5月26日 [2025年5月27日] （英語）. 
  3. ^ Guido van Rossum. Foreword for "Programming Python" (1st ed.). 1996/5/1 （英语）. 
  4. ^ Przemyslaw Piotrowski, Build a Rapid Web Development Environment for Python Server Pages and Oracle, Oracle Technology Network, July 2006. Accessed October 21, 2008.
  5. ^ Python Software Foundation. Python 3.0b3 Release. 2008/8/20 [2008/8/30] （英语）. 
  6. ^ Python Software Foundation. Conversion tool for Python 2.x code: 2to3. [2008/8/30] （英语）. 
  7. ^ Python Software Foundation. Should I use Python 2 or Python 3 for my development activity?. 2010/9/14 （英语）. 
  8. ^ 8.0 8.1 Guido van Rossum. What’s New in Python 3.0—Python v3.0b3 documentation. Python Software Foundation. [2008/8/30] （英语）. 
  9. ^ Guido van Rossum. What’s New in Python 3.0—Python v3.0b3 documentation: Common Stumbling Blocks. Python Software Foundation. [2008/8/30] （英语）. 

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