Python学习笔记-Python概述和开发环境搭建

Python学习笔记-Python概述和开发环境搭建

Python学习笔记

计算机系统

什么是计算机

计算机是一种用于高速计算的电子机器，可以进行数值运算、逻辑判断，还有存储记忆功能，能够接收和存储信息，并按照存储在其内部的程序对海量数据进行自动、高速的处理，然后把处理的结果输出的现代化智能电子设备。日常生活中常见的台式机、笔记本、手机等等都属于计算机。

计算机组成？

计算机系统由硬件(Hardware)系统和软件(Software)系统两大部分组成。
软件是运行在硬件之上，而硬件的好坏会直接影响软件运行的性能。
计算机通过软硬件的共同协作就可以完成日常常见的任务，例如听歌、看电影、购物、聊天等等。

计算机硬件系统

计算机硬件系统主要由主机和外部设备组成。
主机主要是包含中央处理器和内存储器。
中央处理器主要由运算器和控制器组成，运算器用于实现数据的数值计算、逻辑判断，控制器用于控制其他设备控制。
而内存储器分为RAM和ROM，其中RAM(Random Access Memory)表示随机存储内存(俗称内存条)，程序运行时指令和数据都会被加载到内存中,这种存储器在断电时将会丢失其存储的内容，因为内存是电存储，读写性能相对于磁盘高得多。而ROM(Read-Only Memory)表示只读内存，是一种只能读出事先存储数据的固态半导体存储器。

外部设备主要包含外部存储器、输入设备、输出设备组成。
常见的外存储器包含移动硬盘U盘等等。外部存储器通常用于大容量存储数据，IO性能比内存要低的多，但是只要硬件设备不坏的情况下能够永久存储数据。因为磁盘是采用磁存储，电和磁可以相互转换。
而输入输出设备指的是向计算机输入输出数据的设备，常见的输入设备包含鼠标键盘等等，常见的输出设备包含声卡、显卡，打印机等等。网卡也是属于输入输出设备的一种，主要用于网络上的数据接收和发送。

在后期程序排查错误时除了要考虑程序本身的错误以外，还要考虑计算机硬件故障，例如内存不足，磁盘写满，网络不通等问题

每个计算机组件的IO性能也各不相同，CPU、内存、磁盘都遵循容量越大、IO性能越差的特点。

在后期优化程序时需要考虑程序时间复杂度和空间复杂度的问题。

计算机软件系统

软件的出现实现了人和计算机更好的交互，它是由开发人员采用某种编程语言(C/C++/Java等等)编写的一系列指令以及不同业务场景产生的数据组成。

通常将软件分为系统软件和应用软件

• 系统软件
  驱动程序、操作系统、语言处理程序、数据库等都是属于系统软件。
  驱动程序是硬件厂商使用编程语言(汇编、C/C++)编写的程序，在使用硬件(例如打印机、显卡、声卡等等)前必须安装对应的驱动程序。
  操作系统是负责通过驱动程序管理硬件资源，同时给应用软件提供运行平台，目前主流的操作系统有Windows,Linux,macOS,Android,iOS,华为鸿蒙。
  语言处理程序(编译器或者解释器)是用于将开发人员使用某种编程语言编写的源程序编译或者解释成对应平台的机器语言的程序。

• 应用软件
  微信、QQ、钉钉、支付宝、淘宝、WPS等等都是属于应用软件，它们都是运行在操作系统之上的。

运行在不同操作系统之上的软件交互方式也不一样，Linux(CentOS)上的软件通常是使用字符界面的交互方式，运行在Windows,macOS上的软件通常是图形化界面，通过点击鼠标、键盘的交互方式，运行在Android,iOS上的软件通常是图形化界面，通过手势触控、语音等交互方式。

冯诺依曼体系结构

冯诺依曼体系结构主要用于描述现代计算机组成结构，由输入设备，运算器，控制器，内存储器，外存储器和输出设备组成。

数据的来源通常是输入设备和外存储器。对数据进行运算之前必须讲将程序加载到内存储器。
CPU从内存中获取数据调用运算器进行相关的运算，运算完成的结果可以存储到存储器，也可以写出到外存储器(磁盘)永久化存储。

用户通过输入设备输入数据，加载到内存储器，CPU从内存储器获取数据，然后通过运算器计算后将结果返回给内存，内存的数据可以输出到输出设备(硬盘)，也可以保存到外存储器(硬盘)。

计算机程序的运行过程

以播放音乐为例，看看计算机系统是如何通过软硬件的写作完成音乐播放的。

在播放音乐时，音乐数据和播放音乐的程序(例如QQ音乐、网易云音乐)会被系统加载到内存，CPU从内存中获取指令和数据，然后调用对应的声卡驱动，通过声卡驱动来调用声卡播放音乐。

编程语言

什么叫语言

语言是人和人之间交流的工具 ，例如中国人之间使用中文交流，而中国人和美国人通常使用英语交流。
人和计算机交流也要使用语言，这种语言被称为计算机编程语言。
人如果想让计算机做一件事情，就需要人使用编程语言编写一段程序，然后让计算机执行，当计算机执行那段程序时就是在按照人的要求，自动的做那件事情。
人和人之间交流与人和计算机交流的区别就是计算机只要在编程语言的语法不出错的前提条件下会无条件服从人下达的指令。

主流语言的应用场景

• 嵌入式：C包打天下，极其少量的汇编
• Web开发:前台 HTML5，CSS3,JavaScript，后台主要是Java,Python,Go,PHP相关技术栈
• 高性能服务器: Apache，Nginx,Memcached，Redis等等高性能服务器和数据库都是纯C开发
• 分布式应用:Java,Go,Python
• 游戏服务器:C/C++和Lua脚本
• 并行计算:Java,Go,Erlang
• 游戏引擎:C++和脚本
• 移动开发:Java,C++,Swift
• 桌面开发:C++,QT+JavaScript,C#
• 操作系统:C的天下
• 虚拟机技术:QEMU,KVM,Xen都是纯C开发的
• 数据库:C的天下
• 编译器:C/C++并存
• 大数据:Java
• 云存储:Java,Go

认识Python

发展背景

Python的作者是Guido van Rossum（龟叔）
Python正式诞生于1991年
Python的解释器如今有多个语言实现，我们常用的是CPython（官方版本的C语言实现），其他还有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）
Python目前有两个版本，Python2和Python3，最新版分别为2.7.17和3.8.1，两个版本互不兼容
Life is shot, you need Python. 人生苦短，我用Python。

特性

• 代码风格优雅、强制缩进
• 简单易学
• 免费、开源
• 高级语言
• 可移植性(Windows,Linux,macOS)
• 解释性：解释器逐行解释运行
• 面向对象:
• 可扩展性:调用C/C++
• 丰富的库
  • NumPy:用于存储和处理复杂类型的数据.比如大型矩阵类型等.
  • wxpython:是一种GUI图形库框架,可以开发图形化界面的软件,比如电脑上的QQ,迅雷等软件.
  • matplotlib:是一个2D绘图库,比如绘制圆形图,饼状图,条形图,坐标图等;
  • PIL:是一个图像处理库,比如图像识别,人脸识别等功能;

Python语言非常完善，没有明显的短板和缺点，唯一的缺点就是执行效率慢，这个是解释型语言所通有的，同时这个缺点也将被计算机越来越强大的性能所弥补。

应用场景

• Web应用开发 基于B/S架构，即Broswer/Server
• 游戏开发
• 自动化运维
• 自动化测试
• 人工智能
• 数据分析
• 爬虫

Python开发环境搭建

Python下载

如果想要使用Python开发程序，首先必须搭建开发环境。
以下演示的是基于Window10搭建64位 Python3.8.2的开发环境搭建过程

当访问Python官网，官网首页的Download菜单中提供了各个主流操作系统的最新版本Python下载，还会检测当前系统(Windows,Linux,macOS)，目前(2020/03/09)最新版本的Python是Python3.8.2。

Windows系统点击Download for Windows Python3.8.2即可下载。

默认提供的是32位版本,其下载地址是 https://www.python.org/ftp/python/3.8.2/python-3.8.2.exe

如果想要下载64位版本，可以直接复制地址
https://www.python.org/ftp/python/3.8.2/python-3.8.2-amd64.exe

或者访问官网下载

如果官网的下载速度比较慢，还可以将上面两个链接直接复制到迅雷中下载

Python安装

Python的安装和普通软件安装没有太大的区别，需要双击python-3.8.2-amd64.exe后跟着提示一步步安装就行，需要注意的是勾选Add Python3.8 to Path选项就行

开始安装Python3.8.2

如果勾选了Add Python3.8 to PATH,Python会自动在用户的环境变量中新增PATH环境变量

Python3.8.2

安装中

安装中

安装中

安装中

安装成功

Python的基本使用

当Python安装成功，并且配置过PATH环境变量后，就可以使用Python了。
在使用Python正式开发程序之前我们可以在DOS命令行窗口(也被称为终端)上玩下Python。

Windows上启动终端非常简单，只需要使用快捷键Windows+R 打开运行窗口

然后在运行窗口输入cmd并回车之后

就可以启动Windows的DOS命令行窗口了

然后可以输入python -V 查看当前安装的Python版本

还可以直接输入python命令调用Python解释器

启用Python解释器后可以直接在<<<右边直接编写Python代码

print("Windows10 & Python3.8.2 & Python Interpreter  Hello World With Python")

然后回车就可以运行，并看到程序的执行结果。当回车时就会调用Python解释器，Python解释器负责将Python程序翻译成机器语言，让计算机能够识别和执行。换句话说如果Python程序没有Python解释器则无法执行。

这段程序实际上就是Pyhton的helloworld,相对于其他语言(例如C/C++/Java)而言更加简单。

如果想要了解Python3的更多用法，可以阅读官方文档:https://docs.python.org/3/

Visual Studio Code 介绍

Visual Studio Code是一个轻量级但功能强大的源代码编辑器，可在您的桌面上运行，并且可用于Windows，macOS和Linux。它具有对JavaScript，TypeScript和Node.js的内置支持，并具有丰富的其他语言（例如C ++，C＃，Java，Python，PHP，Go）和运行时（例如.NET和Unity）扩展的生态系统。

关于Visual Studio Code的详细使用，官网也提供了文档，其访问地址是 https://code.visualstudio.com/docs ，读者可以阅读该文档了解Visual Studio Code的详细使用。

Visual Studio Code 下载、安装

当使用Chrome浏览器访问Visual Studio Code的官网首页时，浏览器会自动检测系统的版本(Windows,Linux,macOS)，然后显示和系统对应的Visual Studio Code版本下载。

如果电脑是Windows系统,点击Download for Windows即可，目前(2020/03/08)最新的版本是1.42.1

下载完成后直接双击VSCodeUserSetup-x64-1.42.1.exe程序便可以进行安装

接受协议

选择安装路径

选择开始菜单文件夹

选择其他任务

安装准备就绪

安装完成并启动Visual Studio Code

Visual Studio Code启动界面

Viusal Studio Code在首次启动时会自动创建一个文件Untitled-1,如果不需要使用该文件，直接关闭该窗口即可

启动界面

使用Visual Studio Code开发Python程序

如果想要了解 VS Code中更多的Python技巧，可以阅读官方文档
https://code.visualstudio.com/docs/python/python-tutorial

VS Code开发Python准备

在使用Visual Studio Code开发Python程序之前，必须安装好Python,Visual Studio Code以及Visual Studio Code的Python插件，如果你安装的Visual Studio Code版本是1.4.2，已经内置了Python插件，如果其他版本没有Python插件到Visual Studio Code的插件市场搜索并安装即可。

工作目录规划

在正式开发Python程序之前，首先在本地磁盘(我这里选择D盘作为根目录)创建两个工作目录:D:workspacepythonittimelinevs_code和D:workspacepythonittimelinepycharm，用于区分两个不同Python开发工具的工作目录。

其中D:workspacejavaittimelinevs_code用于存放Visual Studio Code开发的Python程序，而D:workspacepythonittimelinepycharm用于存放Pycharm开发的Python程序。

使用VS Code编写Python程序

https://code.visualstudio.com/docs/python/python-tutorial

在启动VS Code之后，从左侧的文件夹视图中点击打开文件夹

然后选择之前规划的VS Code的工作目录

VS Code 项目列表

然后在vs_code文件夹下依次建立目录python-core etittimelinepythoncorefoundationalobject

然后编写Python的helloworld程序

print("Windows10 & Python3.8.2 &Visual Studio Code Hello World With Python")

• 源程序左边不能包含空格,python不是编程自由的，代码强制缩进
• python区分大小写
• 标点符号必须是英文状态输入的
• 语句结尾不需要使用分号

编写完成以后输入Ctrl+Shift+p进入命令模式，然后输入Python:Select Interpreter 选择一个Python解释器

在弹出的Python解释器列表中选择Python3.8.2即可

然后可以点击右上方的运行按钮直接运行Python程序，还可以在VS Code内置的终端查看程序运行的结果。

Python注释

在程序中给代码添加的解释说明的文字叫做注释，适当的添加注释能增加程序的可读性和方便后期的维护。注释的内容不会被Python解释器解释执行，在后期开发Python程序时通常会注释部分逻辑代码来调试程序的错误。

Python的注释分为单行注释和多行注释

单行注释表示注释的文字只能写在一行，单行注释通常是写在那行代码的上面或者后面，使用# 空格开头，在# 后面写解释说明的文字。

Windows版VS Code的单行注释快捷键是Ctrl+/

单行注释的应用

# 打印输出当前的Python开发环境
print("Windows10 & Python3.8.2 &Visual Studio Code Hello World With Python")

多行注释是使用三对单引号或者三对双引号表示，注释的内容写在三对单引号或者三对双引号之间。

"""
python的应用场景
web应用开发
自动化测试
自动化运维
数据分析
爬虫
人工智能
"""

Python单行注释和多行注释都不会影响程序的运行结果