Python简介和环境搭建

Python是一种应用广泛的高级编程语言，由荷兰计算机科学家Guido van Rossum于1989年开发。由于上手难度低、开发效率高等优势，Python语言目前广泛用于数据分析、科学计算、人工智能、Web开发、网络编程、自动化运维、自动化测试等多种领域。

官方主页：https://www.python.org/

Python语言的定位

Python是一种解释型语言，运行Python源代码需要Python解释器，我们可以简单理解为源代码会由Python解释器逐行翻译为系统指令并载入CPU执行。实际上，随着历史的发展，出于提高性能等目的，现在的Python源代码也会由解释器转换为中间字节码（我们可以看到执行Python代码时会生成.pyc文件）再由解释器加载执行，这和Java有些类似，不过Python并没有明确的编译步骤，因此我们仍将其分类为解释型语言。

Python还是一种强类型和动态类型语言。强类型意味着变量是有明确类型的，Python解释器会对不符合类型要求的操作进行检查并抛出错误，也不允许不兼容类型之间的隐式转换。而动态类型则意味着变量的类型在运行时决定，且Python中的一个变量可以在不同的时刻绑定不同类型的值。

Python是使用自动垃圾回收（GC）的编程语言。它使用引用计数、循环垃圾回收等机制自动管理堆内存，无需开发人员手动释放内存。

Python的优势和缺点

Python的最大优势就是上手难度低，没有什么使用门槛，使用Python开发程序不像C++那样有着极高的心智负担，开发者能使用若干行代码迅速实现自己的意图。Python的语法设计的也非常人性化，而且提供了大量的语法糖，代码美观且表现力强。此外，Python的生态也十分丰富和成熟，官方的包管理平台PyPI有大量的第三方扩展模块，我们实现很多功能其实不必自己“造轮子”，直接调用现有的库即可。

当然，Python也不是没有缺点，它最大的缺点就是历史遗留问题。Python2和Python3是Python语言的两个主要版本，Python3在语言规范上进行了较大的改进因此无法向下兼容，这也造成了Python社区在2015年前后的一段时间产生了巨大撕裂，这种版本不兼容的状况差一点毁灭了Python社区，不过好在随着时间的推移Python2的官方支持已经于2020年结束，Python3的生态也基本恢复完整了。然而，Python3版本至今仍埋着一个炸雷，它就是全局解释器锁（GIL），Python是一门古老的语言，它出现时多核CPU还未普及，因此Python为了保证并发状态下的线程安全使用了GIL，这也导致Python只能利用多核CPU的一个核心，这也意味着纯Python代码基本告别了开发计算密集型程序的可能性，GIL这个东西还不能轻易移除，因为大量的库是基于GIL存在的情况来设计的，未来如果移除GIL将再一次引发社区的割裂。

注：前面提到Python无法开发计算密集型程序，但我们知道Python在科学计算和机器学习领域仍有很多可用的库，例如矩阵运算使用的Numpy等，这是因为Numpy这类计算库是C语言开发的，Python只是充当了一个提供接口的“壳”，这种跨语言调用实际上是有FFI开销的，在生产环境进行高性能计算很可能还是有将Python写的原型程序用C/C++重写的情况。

搭建Python开发环境

Linux系统下使用Python

在Linux操作系统下通常系统已经自带Python了，因此我们无需额外安装，我们可以在终端中输入python3运行Python的交互式Shell。

注意：由于Python2和Python3曾在Linux上长期共存，这也导致Linux下Python3软件包对应的命令是python3、pip3等，可执行程序的名字都有一个3，我们知道有这样一个历史原因即可，本系列笔记已经完全移除了Python2的内容，后续章节无论使用python还是python3命令实际上都是指Python3版本。

Windows系统下使用Python

Windows系统没有自带Python程序，我们需要在官方网站下载Python软件包，安装包通常是一个EXE格式的安装程序，运行后可以选择全局安装到操作系统中，安装程序会自动设置环境变量等系统配置，安装完成后我们就可以直接使用Python了，我们可以在命令行中输入python命令打开交互式Shell。

安装完成后我们会在开始菜单中找到相关的功能，其中IDLE是一个简易的Python开发工具，它支持交互式Shell和编辑.py源代码文件，此外还有文档等内容的快捷方式。不过一般来说我们还是通常在CMD或PowerShell中以命令方式使用Python，或使用Eclipse、VSCode等集成开发环境（IDE）编写Python程序。

Python开发工具

在Eclipse IDE中，我们可以在Market Place中搜索安装PyDev插件，该插件提供了Python开发的完整支持。

此外我们也可以选择VSCode代码编辑器开发Python程序，微软官方为VSCode提供了Python扩展，我们安装即可。

除了Eclipse和VSCode，许多其它流行的的集成开发环境和代码编辑器如Visual Studio、Vim、Sublime Text等也都提供了Python开发相关的扩展和支持，这里就不多介绍了。

Hello World

这里我们使用Python语言编写一个最简单的工程，以下使用Linux操作系统来演示，Windows下也是类似的操作，就不过多赘述了。首先我们创建一个文件夹，例如demo-python，然后进入到文件夹中，这个文件夹可以作为我们项目的根目录。

mkdir demo-python && cd demo-python

使用Python语言创建代码工程的一个最佳实践是使用虚拟环境，这是因为Python有着众多的第三方库，这些库版本和库的依赖库版本可能会有着非常复杂的关系，如果全局安装一个特定版本的库会造成很多冲突，因此我们最好创建虚拟环境并将扩展等都安装到虚拟环境中。

通过以下命令，在当前环境下创建一个虚拟环境。

python3 -m venv ./venv/

执行完成后我们可以看到当前文件夹下生成了一个venv文件夹，此时我们还需要激活这个虚拟环境。

source ./venv/bin/activate

现在我们创建一个源代码文件，例如main.py。

main.py

#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-

if __name__ == '__main__':
    print('Hello, world!')

代码中第一行被称为Shebang，这是一种Unix/Linux系统的惯例，标识该脚本使用python3运行；第二行声明该源码文件使用UTF-8编码，实际上这两行不写也可以，Shebang仅用于Unix/Linux系统下赋予脚本可执行权限后直接运行的情况，而源码编码默认就会以UTF-8读取。后面几行就是具体执行的Python代码了。

最后使用命令行执行该源代码文件。

python3 main.py

至此我们已经成功运行了我们的第一个Python程序。

作者：Gacfox
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