书名：Python从入门到精通
ISBN：978-7-115-54728-6
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编 著 陈政强 广州市薯条橙子信息科技有限公司
责任编辑 张丹阳
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这是一本Python零基础入门的实战型教程，介绍的是当下计算机编程领域颇为流行的Python语言。全书内容包括Python的必备基础、Python的交互模式、变量/内存地址/变量命名、数据类型与结构、字符串、列表、元组、字典、集合、控制语句、函数、文件操作、面向对象/类、异常处理、并发编程、模块、数据库与网络编程、错误调试与单元测试、版本控制工具等内容。另外，为了让读者能学以致用，本书最后一章安排了“项目开发实训”，主要包含爬虫和Web搜索系统的开发。
书中穿插了“编程小知识”“笔者有话说”等内容，请读者不要略去这些内容，它们可以帮助读者了解和理解编程过程中的一些原理、技巧和经验。
本书适合作为计算机相关专业Python语言程序设计课程的教材，也可以作为程序开发人员的参考图书。注意，本书内容是基于Windows 10操作系统（64位）和Python 3.7编写的。
Python是一门跨平台的编程语言，例如，将在Windows系统下编写的Python程序移植到类UNIX系统中时，在版本兼容的情况下，不需要修改任何代码。Python语言借鉴了C语言的语法设计，同时结合了ABC语言的优秀特性——面向非专业程序员、简单和语法优美。这让Python在开发者社区中流行起来。虽然Python有让不少初学者难以捉摸的代码强制缩进规则，但对于习惯了代码缩进的开发者来说，这其实是Python有别于其他语言的一个很大的优点。
近几年随着大数据、AI等技术的流行，Python逐渐在各类编程语言中崭露头角，在编程语言排行榜中也一直名列前茅。相比C/C++、Java等编程语言，Python语言学习梯度较平，易学易用，且适用于多类开发领域，如大数据分析、机器学习、计算机视觉等。不仅如此，Python还有着良好的社区开发氛围，所以Python能得到越来越多的计算机编程爱好者的青睐，且越来越流行，也是情理之中。
初学编程时，读者应对所学的知识建立整体的认识，先学其构架，再探究细节。学一门编程语言，无外乎学习以下5个部分：基本语法、数据类型、数据结构与算法、并发设计和网络编程。建立了整体的认识，了解其大体构架，就大致知道如何学习编程语言了。
以Python学习为例，初学者或普通程序员欲往上进阶，大致需要完成以下4步。
第1步：夯实计算机理论基础。
第2步：精学Python。
第3步：选择一个特定的技术领域，如Web开发、大数据、机器学习、深度学习、计算机视觉或自然语言处理等。
第4步：努力提升自己，精通自己选择的领域。
学习Python并不等同于学习一个软件，这是一个领域的技术，需要循序渐进、步步为营，切不可择一点而努力。
学得怎么样，从细节里见真知。知识的细节很能突显出一个人的功底扎不扎实。以Python中的变量为例，多数初学者知道怎么定义一个Python变量，可变量到底是什么，问其本质，却鲜有初学者答得出。
许多初学者在学习过程中往往追求速度，恨不得三五天内学完本书全部内容，结果是欲速则不达，最后学得零零散散，不甚系统，近乎什么都没学会。大部分初学者之所以迷茫，概因基础不牢。基础若不牢，何以构建知识的高楼大厦？所以长时间困在原地，止步不前！
不只初学者，不少工作几年的程序员也有同样的困扰：学着学着就迷茫了，工作好几年后突然意识到只能做一些低阶的开发工作，不知道接下来该做什么，亦不知该如何进一步提高个人水平。因此，在学习的时候，切忌急功近利，一定要打下扎实的基础，再开始下一个环节的学习。下面介绍打好基础的方法。
（1）快速地学习。在这个阶段只学其轮廓、大概，在脑海里建立起对这门课程的感性认识，只需建立起感性认识，即了解这门课程大概需要学什么。
（2）细究这门课程的来源及历史。通过了解其产生过程、历史，建立起对这门课程的兴趣。例如，Python的发展历史，人工智能的几次大起大落。
（3）为学习这门课程制订学习计划。例如，希望花3个月时间学完，那么对这3个月时间进行细分，计划出哪个时间段该学什么，然后严格按照计划执行。在笔者过往的学习过程中，有时一天学习好几门课程，一本书甚至计划好了一天该看多少页。另外，若这一阶段遇到学习上的难点，可以果断跳过。
（4）学以致用。在这个阶段就是将学过的知识付诸实践。
（5）针对性地学习知识的难点。到了这个阶段，就得问一下自己，还有哪里是没有彻底学明白的，没学明白就继续学。
（6）重复式的学习。学习不是一劳永逸的事，高手都是经历了成千上万次的磨炼才有了现在的成绩。
全书一共20章，主要结构为“基础理论学习+课后习题+程序实战+项目开发实训”。对于基础理论的介绍，全书以让读者易于理解为写作前提；对于程序实战知识的介绍，以新颖的“街霸”游戏、影视中的“超杀女”等为故事背景来设计实战小程序；对于项目开发实训的介绍，则以常用的Python Web后端框架Tornado，以及全文搜索引擎Elasticsearch等作为实训项目。
另外，全书穿插了不少“编程小知识”，帮助初学者掌握编程的一些规则和理解专业术语的含义。同时，也加入了“笔者有话说”模块，这些内容都是笔者多年来的编程经验总结，希望对读者有一些帮助。
全书程序实战和项目开发实训均配有源代码和教学视频，获取方法请参考“资源与支持”页。
首先，感谢人民邮电出版社数字艺术分社的邀请。对于我来说，编程可能是一个命中注定的缘分，很荣幸能借此机会分享十多年编程经验。
学习很考验一个人的毅力。长时间地学习，很容易磨灭一个人的学习热情。在这十多年时间里，我见过不少人半途而废，也见过一部分人从对编程的好奇转变为对编程的厌恶。我想告诫读者的是，如果打算投身计算机编程这个领域，那么就要做好长期学习的准备，以及提早做好职业规划。
我很相信缘分。你遇见过的人、做过的选择，都会在岁月的流转中给你带来影响。如果没有当初的选择，我就不会有现在写作这本书的机缘。这本书写得并不完美，不少地方还有待完善。承认自己的不足，并改进不足的地方，这样才能不断精进，更上一层楼。希望读者能够一直保持对学习的热爱，克服学习上的难关，奋勇向前。
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本节主要介绍如何在Windows和Linux中安装Python。
下面介绍在Windows环境中安装Python的方法。
进入Python官网，然后单击Downloads（下载）导航菜单，在下拉菜单中选择Windows，接着单击右侧的Python按钮 （本书中为Python 3.7.4），下载Python安装包，如图1-1所示。
图1-1
使用鼠标右键单击安装程序，选择以管理员身份运行安装包，单击Install Now按钮安装Python，如图1-2所示。安装界面如图1-3和图1-4所示。
图1-2
图1-3
图1-4
笔者有话说
选中Add Python 3.7 to PATH复选框是为了将Python解释器加入系统环境变量，以便在后续的Python开发中直接在“命令提示符”（业内称Windows命令行，后续均如此描述）中执行Python脚本。环境变量是系统运行环境的一系列参数，如这里的系统环境变量是PATH，PATH保存了与路径相关的参数，系统在路径查找中会对PATH保存的路径进行搜索。
测试Python是否安装成功。按Windows键（在部分键盘上为Win）并输入cmd，打开Windows命令行，输入python -V，命令行界面中会显示Python的版本信息，即表示安装成功，如图1-5所示。
图1-5
笔者的Linux系统版本是CentOS。Linux系统会默认安装Python，但版本为Python 2.7。下面以源码安装的形式来安装Python 3.7.4。
打开Python的源码包下载页面，选择Python 3.7.4，如图1-6所示。
图1-6
向下滑动页面，选择Gzip格式的Python源码压缩包，如图1-7所示。
图1-7
将Gzip压缩包下载到Linux系统，使用Linux的tar命令进行解压。笔者的压缩包文件为Python-3.7.4，解压的命令为tar -xvzf python-3.7.4。解压后的目录为Python-3.7.4，在终端中输入命令cd python-3.7.4，进入目录，如图1-8所示。
图1-8
笔者有话说
初学者需要在一定程度上熟悉Linux系统，即会使用常用命令。例如，ls命令其实是英文单词list的缩写，有“列出”的意思。如果想知道ls命令更多的含义及用法，可以查阅官方文档。
这里简单说明一下Linux中的configure与make命令。
configure是Linux中的脚本配置工具，主要用于对源码的当前安装环境进行检测，若检测无误，会在当前目录生成一个供源码编译的Makefile脚本文件。
make是Linux系统中的编译安装工具，主要用于解释执行Makefile文件中的脚本命令和编译命令。
在当前目录Python-3.7.4中执行./configure命令，输出内容如图1-9所示。
图1-9
笔者有话说
使用configure命令生成Makefile文件时，可以使用--prefix参数来指定Python的安装目录，语法形式为--prefix="安装目录的路径"。如果不指定这个参数，在Linux中默认安装路径为/usr/local。
configure命令执行结束后，会在当前目录中生成一个Makefile文件，输入make命令源码编译Python，如图1-10所示。
图1-10
编译成功后，执行sudo make install命令安装Python。若不指定安装目录，则默认安装目录为/usr/local，对应的Python解释器则安装于/usr/local/bin目录下。输入/usr/local/bin/python3.7 -V，输出结果如图1-11所示。
图1-11
为安装的Python设置软链接。Python可以以绝对路径的方式来执行，如第6步中的/usr/local/bin/python3.7，但每次输入一大段路径来执行Python显得太麻烦，这时可以考虑为安装的Python设置软链接（类似于Windows的快捷方式）。输入以下命令为Python设置软链接，其中，pip是Python的包管理工具，后续章节中会进行详细讲解。
执行下列命令给Python设置软链接：
ln -s /usr/local/python3/bin/python3.7 /usr/bin/python3在In命令中，是将左边的路径设置为右边路径的软链接。/usr/bin目录已经添加至Linux的环境变量PATH中，所以执行python3相当于执行/usr/bin/python3。
pip是Python的包管理工具，执行下列命令为pip设置软链接。
ln -s /usr/local/python3/bin/pip3.7 /usr/bin/pip3现代计算机基于冯 ·诺依曼体系，由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成，这是它的硬件组成部分。冯 ·诺依曼体系结构如图1-12所示。计算机使用者是不能直接操作这些硬件的，需要通过操作系统来访问这些硬件，操作系统是一种复杂的软件。
图1-12
Windows是大众熟知的计算机操作系统，平常使用的办公软件、浏览器和音/视频播放软件等都是运行在操作系统这个容器中的，而与硬件交互的工作都是由操作系统完成的。
总之，计算机系统由硬件和操作系统构成，在这两者的共同作用下，程序员编写的程序才得以在计算机中运行。下面主要介绍Python程序是如何在计算机中运行的。
笔者有话说
在本节的内容中，初学者只需大概了解Python程序在计算机中的运行过程即可，先建立一个整体的认识。这是一个很有效的学习方法。
Python文件以.py作为扩展名。在计算机桌面上创建一个TXT文本文件，然后输入以下代码，编写完代码后，直接将文件名修改为helloworld.py。
# 以下代码必须顶格
print("hello world") 文件helloworld.py是保存在磁盘中的文本文件，与用记事本创建的.txt文件并无本质区别。现代计算机基于冯 ·诺依曼体系，它只能理解二进制数据，Python程序代码是文本字符，是不能直接在计算机中运行的，所以需要借助某种翻译器，将Python源代码翻译成能被计算机理解的二进制指令。其中，安装的Python解释器就是一种程序源代码翻译器。
编程小知识
二进制数据是用0和1两个数码来表示的数，它的基数为2。现代计算机系统基于冯 ·诺依曼体系，使用的是二进制编码系统。
解释器（Interpreter）本质上是一种计算机程序，这类程序将程序员用编程语言编写的代码一行一行地翻译成字节码，字节码最终被翻译成机器指令，然后才能在计算机系统中运行。
解释器是逐行解释运行程序代码的，不会一次将整个程序转译，每次运行程序时都要先转成另一种语言再运行，因此解释器的程序运行速度比较缓慢。
这里以1.2.1小节中的Python代码来举例，其执行流程如下。
第1步： Python将代码print("hello world")转译成字节码。
第2步：将字节码载入内存。
第3步： Python逐条执行内存中的Python字节码。
笔者有话说
解释器的程序运行速度缓慢是相对于编译器来说的。编译器也是一种计算机程序。相比解释器的逐行运行，编译器有一个编译过程，通过这个编译过程，一次性将全部程序源代码转译成能被计算机执行的机器指令。Python是解释型语言，而C语言是广为开发者所知的编译型语言。
字节码是Python程序的中间形式，一条Python语句会对应多条字节码指令。这里不细究字节码指令的具体形式，打一个简单的比方让初学者理解：假设print("hello world")被转译后的字节码指令为a,b,c，那么Python解释器会逐条执行a,b,c这些指令。
helloworld.py程序是通过计算机中的输入设备（键盘）将代码逐行输入文件中的。在执行这个Python程序前，它被保存在硬盘中。读者已经知道，计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成，硬盘就是计算机的外存储器。有外存储器当然也有内存储器，常说的内存就是内存储器。
不论是解释器还是编译器，待执行的指令最终被载入计算机内存中。CPU通过控制器从内存中读取指令，再执行算术运算和逻辑运算。
编程小知识
内存：计算机中的程序都是在内存中运行的，内存也被称为内存储器或主存储器，其存储的是程序中的数据和指令。
CPU：中文释义为中央处理单元，是计算机的核心部件，负责执行计算机指令，主要由运算器和控制器构成。
在执行完Python程序后，屏幕上会显示结果，如图1-13所示。CPU在执行完Python源程序转译后的机器指令以后，将存储在内存中的数据"hello world"字符串读取到CPU的寄存器中，再从寄存器中复制到输出设备（显示器），就能在屏幕上显示hello world的输出结果。
图1-13
编程小知识
寄存器是CPU的寄存器阵列，这些寄存器用于在内存与CPU之间暂存数据。
本节主要包含以下6个重要的知识点，请读者多加巩固。
① 现代计算机基于冯 ·诺依曼体系，由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备五大部分组成。
② Python是一种解释型语言，Python解释器先将Python源程序转译成Python字节码，再逐行解释执行字节码指令。
③ 计算机只能理解二进制数据，程序员编写的代码需要转译成二进制指令才能被执行。
④ 硬盘是计算机的外存储器，存储了程序源代码；内存是计算机的内存储器，计算机中的程序都是在内存中运行的。
⑤ CPU是计算机的核心部件，主要由运算器和控制器构成，负责执行计算机指令。
⑥ CPU将内存中的数据复制到输出设备中，这样才能在显示器等终端设备中看到程序的输出结果。
注释用于对某一段代码的含义或逻辑作文字性的描述。注释的内容会被编译器或解释器忽略。程序员在编写代码的过程中通常会写注释，目的是增强代码的可读性。
Python规定使用字符#来表示单行注释。单行注释，顾名思义，只能用来注释一行。
# 这是Python中的单行注释，注释的内容会被解释器忽略 笔者有话说
程序员应该养成写注释的习惯。写注释可以增强代码的可读性，方便后期的软件维护。例如，编写完一个函数，一段时间后需要对这个函数进行功能上的修改，这就是维护。
在Python中使用一对英文的三引号'''或"""来表示多行注释。多行注释，顾名思义，可以用来注释多行内容。
'''
这是Python中的多行注释，与单行
注释一样，注释的内容会被Python解释器忽略。
多行注释的内容必须在成对的三引号里面。
'''"""
这也是多行注释
"""初学者在编写Python代码时，喜欢用汉字来进行注释。在Python 2.x版本中，脚本文件的字符编码默认为ASCII码。如果在源程序中使用非ASCII字符来进行注释，Python解释器在解析时会抛出语法错误的异常信息。在Python 3.x版本之后，脚本文件的字符编码默认为UTF-8编码，可以直接使用汉字进行注释。
在文件头部加一行编码注释，Python解释器会按指定的编码方式对源程序进行解析。
编码注释有以下两种写法。
# coding=encoding_name# -*- coding:encoding_name -*-其中，encoding_name表示具体的编码字符集。例如，指定源程序的字符集为UTF-8编码，则写法如下。
# -*- coding:utf-8 -*- 编程小知识
对于Python 2.x版本，在对Python源程序指定UTF-8编码时，汉字能正常显示，初学者只需简单地在文件头加一行“# -*- coding:utf-8 -*-”即可。
本节主要包含以下两个重要的知识点，请读者多加巩固。
① 注释用于对某一段代码的含义或逻辑作文字性的描述，注释的内容会被编译器或解释器忽略。在Python中使用#符号作单行注释，使用一对英文的三引号'''或"""作多行注释。
② 在文件头中进行编码注释，可以指定特定的编码。
字符串是由数字、下画线和字母等字符组成的一串字符，Python中的字符串必须由英文的引号括起来。这里的英文引号主要为单引号（'）、双引号（"）和三引号（'''或"""）。用单引号或双引号括起的是单行字符串，使用三引号可以定义多行字符串。
# 用单引号括起的单行字符串
'123abc'
# 用双引号括起的单行字符串
"123abc" # 用三引号括起的多行字符串
"""
123
abc
""" 编程小知识
字符串在Python语言中是一种数据类型。对于名称、描述性的内容，都可以使用字符串。
变量，顾名思义，是变化的量，它好比一个存放数据的容器，这个容器有特定的容量。变量变化的不是变量本身，而是这个容器中的数据。程序员可以用变量这个容器存放这段内存的数据，也可以存放那段内存的数据，至于能存放多大的数据，取决于这个容器的大小。
编程小知识
程序中的数据存放在内存中，内存的基本单位是字节。如某个变量的大小是4字节，那么这个容器最多只能存放4字节大小的数据。
在Python中使用赋值操作符“=”定义变量。Python中的变量是一个存放内存地址的容器，内存的地址对应的是数据在内存中的字节编号。为了引用这个变量，我们要为变量命名。Python是一种动态类型的脚本语言，在运行时才进行类型解析，变量的类型取决于变量所指向对象的类型。
① 定义字符串变量。
# 使用"="操作符来定义变量
name = "张三"
# 定义了一个字符串变量，变量名为name，以后使用这个变量时，通过变量名name来引用② 定义整数类型的变量。
number = 1314 ③ 定义浮点数类型的变量。
number = 2019.1314表达式表示一个求值的过程，它会产生一个值。例如，1+2就是一个表达式，它表达的是一个算术运算，结果为3。
表达式亦可由任意的单一表达式组合成复合表达式。例如，常见的数学运算表达式，可以用括号把每个子表达式括起来：1+(2+3)-(4-5)。
使用“=”来直接定义变量，实际上使用的是赋值表达式（语句），“=”操作符在编程语言中常用作赋值运算符。
编程小知识
赋值的过程，即把“=”操作符右边的值赋给“=”操作符左边的变量。
print()是Python的内置函数，可以将表达式的值输出到终端。print()函数的基本语法如下。
print(value,sep='')其中，value表示输出的值，sep表示输出的值之间的分隔符。可以同时输出多个表达式的值，值以逗号进行分隔。
# 输出一个表达式的值
print(1+2)
# 输出多个表达式的值，并通过参数sep来指定分隔符
print(1+2,3*4,sep'#')语句是一个指令块，表示的是一段代码的执行过程。与表达式不同的是，语句通常是没有值的，而表达式一定会产生一个值。举个简单的例子：a = 1 + 2，这条语句表示将表达式1+2的结果赋值给变量a。
在程序中，经常需要根据某种条件来对代码的执行过程进行控制。大多数编程语言提供了一些控制语句来实现这样的控制过程。
在Python中使用if关键字来定义条件控制语句。所谓条件控制，即当条件发生时，就执行相应的操作。例如，如果明天下雨，那么我会待在家里，否则我会出去爬山。这里，“明天下雨”是一个条件，“明天不下雨”也是一个条件，用编程语言来进行翻译，可以写出如下伪代码。
if 明天下雨:
待在家里
else:
出去爬山 编程小知识
伪代码，简言之即不能运行的代码，常以自然语言等来描述编程语言中的逻辑过程。
以上伪代码中的else语句表示“否则”的意思，它表达的是“明天不下雨”这个条件。另外，可以同时设立很多条件：如果明天下雨或者刮大风，那么我会待在家里，否则我会出去爬山。
if 明天下雨 or 刮大风:
待在家里
else:
出去爬山以上伪代码中的or是逻辑运算操作符，用来连接多个条件，表示多个条件中只要其中一个为真即可。逻辑运算符and表示多个条件中，所有条件必须同时满足。
下面继续添加条件：如果明天下雨或者刮大风，那么我会待在家里；如果明天既不下雨又不刮大风，但是气温很高，那么我会去维多利广场购物；否则我会去爬山。
if 明天下雨 or 刮大风:
待在家里
elif 明天气温很高:
去维多利广场购物
else：
出去爬山以上伪代码中的 elif 是else if的简写，表示“否则，如果”的意思，elif 表达的是在if中的条件不满足的情况下，再根据 elif 的条件进行判断，如果条件满足就执行相应的操作。
在Python中通过elif来表达分支条件时，必须先有if才能有elif，这也是符合现实生活中的语义的。不管是if 还是elif，它们后面的表达式必须能转换为逻辑上的真或假，Python解释器根据表达式的值来判断条件的真假，条件为真就执行相应的指令，条件为假则继续判断其他的条件分支。
Python中的关键字True用来表示条件中的真值，False表示条件中的假值。False等价于数学中的0值，True是非0值。表达式的值如果为0或空值，那么表达式的值就是False，否则就是True。
# 定义a变量
a = 1
# 定义b变量
b = 2
if a+b < 0:
"""
（1）下面的代码与首行保持缩进，程序中的缩进空格数保持统一
（2）在1.11节会对Python代码的缩进进行讲解
"""
print("a+b < 0")
elif a+b < 3:
# 注意代码缩进
print("a+b < 3")
else:
# 注意代码缩进
print("a+b >=3")“<”是关系运算符，表示逻辑上的小于，print()是Python中的内置函数，将内容输出到终端。代码中定义了变量a的值为1，变量b的值为2。
Python解释器在执行以上代码时，主要做了以下4步操作。
（1）计算表达式a+b的值，a+b的值等于3。
（2）计算表达式3<0的值，值为假，故不会执行a+b<0下面的代码。
（3）继续判断分支条件elif中的表达式3<3的值，值为假，同样不会执行a+b<3下面的代码。
（4） else语句表示除上述条件之外的条件：a+b不小于0、不小于3，那a+b的值一定是大于或等于3的，故程序会执行else语句下的代码，即print("a+b >= 3")。
循环结构从字面上来理解，是重复运动的结构。昼夜交替是一种循环结构：从白天到晚上，再从晚上到白天，如此周而复始，生生不息。
编程中的循环结构，即重复执行某一段代码的程序结构。在Python中使用while或for关键字来定义循环控制结构。while结构同if结构一样，后面接表达式，表达式的值如果为真，则会一直执行while结构中的代码。
本节以while做实例演示，伪代码如下。
while True:
"我爱Python" 在该例子中，程序会不断输出while 结构中的“我爱Python”。通过Python中的关键字break可以退出循环结构。
while True:
# 代码与首行保持缩进
"我爱Python"
break 添加break语句后，输出一次“我爱Python”，就退出了循环。
a = 1
b = 2
while a+b < 0:
# 代码与首行保持缩进
print("a+b < 0")
print("a + b > 0")在这段代码中，定义了变量a的值为1，变量b的值为2。Python解释器在执行以上代码时主要做了以下3步操作。
（1）计算表达式a+b的值，a+b的值等于3。
（2）计算表达式3 < 0的值，值为假，故不会循环执行while结构下面的代码：print("a+b < 0")。
（3） Python解释器最终执行的代码是print("a +b > 0")。
在Python中用pass 来表示空语句。空语句，顾名思义，即不包含任何语句。使用空语句是为了保持程序结构的完整性，起占位符的作用。
请读者完成以下4题。
（1）定义一个字符串变量，然后判断这个字符串值的真假。如何定义一个输出值为假的字符串？
（2）定义一个输出值非0的表达式。
（3）将描述“如果明天天气好并且我有空，那我就去爬山，否则，我得忙工作的事”转换成if语句的伪代码描述。
（4）将描述“如果学好了Python，那我会一直从事Python的开发工作”转换成while语句的伪代码描述。
函数就是一个代码块，也是一个语句块。为了引用变量，需要为变量命名，同样，为了引用这个代码块，也需要对这个代码块进行命名。这里的命名可以理解为函数名。
可以将函数类比为一个从输入到输出的转换器，函数的输入对应的是传递给函数的参数，在函数头中定义参数。而定义从输入到输出的转换逻辑要在函数体中进行。函数的基本属性为函数名、函数头和函数体。
笔者有话说
Python提供了匿名函数。所谓的匿名函数，指的是无函数名的代码块，通常为了引用这个代码块，需将匿名函数赋值给变量，再通过这个变量来执行这个匿名函数。
使用def定义函数的语法如下。
def 函数名(参数列表):
函数体
return 返回值参数列表指的是包含多个参数名的列表，参数之间以逗号进行分隔，如参数1,参数2,参数3。参数列表可以为空，表示不需要传递任何参数。
函数体中的return是返回的意思，表示返回值给函数的调用方。return语句不是必需的，定义函数时，可以不用返回值给调用方。
下面根据Python函数的定义语法，定义一个输入值为整数、输出值为输入值2倍的函数。
def double(number):
# 代码需保持空格缩进
return number * 2 在该函数定义中，函数名为double，参数为number，返回值为number的2倍。例如：
result = double(2) 程序运行结果为4。double(2)表示执行这个函数，2是实际传的参数，对应于函数定义时的参数number。
在使用条件控制语句、循环控制语句，以及定义函数时，语句后面必须加上一个英文的冒号（:），否则程序会出现语法错误的异常信息。
if True:
pass
else:
passif True
pass
else
passwhile True:
passwhile True
passdef function_name():
passdef function_name()
pass（1）定义一个函数，此函数有两个参数，返回值为参数之和。
（2）定义一个函数，此函数有一个参数，在函数中判断参数的真假情况，如果参数值为真就返回1，否则返回0。
（3）定义一个函数，此函数带两个参数，假设分别为a、b，在函数中判断a与b的大小，并返回较大的那个。提示：“>”是Python中的关系运算符，关系运算符左边的操作数称为左操作数，右边的称为右操作数。使用“>”操作符，可以判断左操作数是否大于右操作数。
类是面向对象程序设计中的概念，也是一种抽象的数据类型。程序员可以通过类自定义数据类型。对数据类型进行抽象是指对该数据类型的共有属性和行为进行概括。
在Python中使用class关键字来定义一个类，基本语法如下。
class class_name:
def __init__(self):
passclass_name表示定义的类名，即为定义的数据类型取一个名称，class class_name下面的为类体，在类体中可以定义该数据类型的属性和操作方法。类体中的__init__()函数表示该类的初始化函数，对类进行实例化时，Python会自动执行该初始化函数。实例化是指获取该数据类型的一个具体实例，该具体实例称为类的对象。
__init__()方法中的self参数是必需的，表示实例化后的对象。为对象添加属性使用“self.属性名”的语法，例如添一个name属性，属性值为Backer：self.name = "Backer"。
下面定义一个学生类，表示学生这种数据类型，在学生类的初始化函数中指定一个name参数，表示学生的姓名；在学生类中定义一个study()方法，表示该学生类型的学习行为，方法中的self参数是必需的，表示实例化后的对象。在方法中可以通过self来引用对象的属性。
class Student:
def __init__(self, name):
self.name = name
def study(self, course):
print(self.name, "study", course)对类进行实例化类似于函数调用，使用“类名()”的形式来进行实例化，()中需传递初始化函数__init__()中的参数（self除外），访问对象的属性或方法使用“对象名.”进行访问。
class Student:
def __init__(self, name):
self.name = name
# 对Student类进行实例化
student = Student("Backer")
# 使用“对象名.”来访问student对象的name属性
print(student.name)
# 使用“对象名.”来访问student对象的study()方法
student.study("English")Backer
Backer study English本节主要包含以下3个重要的知识点，请读者多加巩固。
① 类是一种抽象的数据类型，通过类，程序员可以自定义数据类型。
② 类中的__init__()方法为类的初始化函数，对类进行实例化时，Python会自动调用该构造函数。
③ Python中的self表示类实例化后的对象。
（1） 什么是类？什么是抽象？
（2） 定义一个Student类，在__init__()中分别指定name和age参数，将其设置为对象的属性。
（3） 在第（2）题的基础上，在Student类中定义一个output()函数，然后将name与age输出。提示：在构造函数中定义的属性，在类体中的方法中可以通过self来进行引用。
关键字亦称保留字，按保留字的字面意思来解释可能更容易理解——保留字就是保留给Python用的关键字。Python也是程序员编写的软件，编写者已经预先使用这些关键字作其他用途了，如果程序员再使用这些关键字，可能会产生冲突。图1-14所示为Python 3.7的预定义关键字。
图1-14
在定义变量名、函数名和类名等时，应当避免使用Python中的关键字来进行命名，否则Python解释器会抛出语法错误的异常。
Python是一门既有趣又易学的语言，学会Python可以做许多有趣的事。例如，写个爬虫程序爬取短视频应用程序中的短视频。Python的语法简单，学习梯度较平，对编程初学者很友好，但Python也并非完全没有缺点。
Python是一种解释型语言，相对于C/C++等编译型语言来说，运行较慢。此外，Python对代码采取的强制性缩进规则，对于部分初学者来说是比较严格的。初学者在掌握Python的代码缩进规则之前，很容易导致IndentationError异常，从而不知所措。
# __date__ = "2019-09-02"
name="张三"
def main():
print("hello")
print("world")
main() 在执行这段程序时，Python会抛出一个IndentationError异常。
笔者有话说
按照如下步骤操作可重现IndentationError异常。
（1）在D盘创建main.py文件，并将上述代码写到文件中。
（2）按Windows键，输入cmd命令，进入Windows命令行，在命令行中输入d:，按回车键进入D盘，然后在命令行中输入python main.py。
Python对代码采取了强制性的缩进，程序员在写Python程序时必须按照其缩进规则来编写代码，否则程序在运行时会报错，抛出IndentationError的错误异常。以下是Python中的代码缩进规则。
（1）缩进必须有空格。
（2）全局对象或全局语句中的首行没有缩进，必须顶格。
（3）同一层次的语句须缩进相同的空格数。
（4）子级层次的语句与父级层次的语句必须有缩进。
（5）单行注释可以随意缩进，多行注释与同层次的代码缩进相同。
下面通过实例代码来加深对Python代码缩进规则的记忆和理解。
# __date__ = "2019-05-08" # 单行注释可随意缩进
GREETINGS = "hello world" # 定义了一个全局变量，必须顶格
def main(): # 在Python中使用def来定义函数
"""
(1)多行注释与同层次的代码保持相同的缩进
(2)与下方执行print()函数的代码处于同一层级
"""
print("hello world") # 与def语句是子级与父级的关系，必须进行缩进
print(GREETINGS) # 与上行中的print()是同级关系，缩进相同的空格数
if 0 == 0:
# print("0-0")与上行中的if语句是子级与父级的关系，必须进行缩进
print("0-0")
main() # 必须顶格需要注意的是，在Python开发者社区中，通常按照4个空格来缩进。
笔者有话说
键盘上的Tab键输出的是空白字符，它在计算机系统中的编码与空格的编码是不一样的，一些集成开发环境（IDE）或编辑器自动将Tab键的输出转化为4个或8个空格，读者在使用集成开发环境时可能需要进行额外配置，否则会带来移植上的问题。最佳的做法是在需要缩进的地方只用空格键来输入空格，这样就不会出错。
Python通过代码缩进来规范代码的书写格式，区分代码的逻辑层次。在适应并熟悉了Python的代码缩进规则以后，程序员写的代码会变得整齐美观。
切记，编写Python程序必须遵守其代码缩进规则，否则其会抛出IndentationError异常。
学习是有梯度的。在初学编程时务必先建立对编程概念的感性认识，不要把过多的时间虚耗在对复杂概念的抽象理解上。所谓感性认识，就是依托于你的想象力，把生活中的经验与编程概念结合起来。
先建立起对编程的感性认识，能激发出对学习的兴趣，而后再逐步加深对概念的理解。
学习是一个渐进的过程，也是一个重复的过程。这本节中，笔者从生活中的例子出发来讲解Python中的模块。
用文本编辑器打开一个Python文件，常会在文件头部看到这样几行代码：
import module1
import module2import单词有“导入”的含义，而位于其右侧的正是Python中的“模块”，“import+空格+模块名”意为从当前源文件中导入某个模块。模块的英语单词是module，对于初学者来说模块这一概念可能有点抽象。
编程中的许多概念都源于生活经验，模块亦然。以手机为例，摄像头是它的一个组件，按键也是它的一个组件，各种基础组件共同组装成一部手机，这里的手机组件即模块，如图1-15所示。
图1-15
在Python中，读者可以把要实现的一系列功能通过变量、函数和类等工具写成一个模块。关于变量、函数和类等，在后续的章节中会进行详细讲解，这里只需要知道有这些概念即可。
模块可以重复使用，这是它的一个很重要的意义。再次以手机为例，手机的按键或其他部件如果损坏了，我们可以换个新的部件继续使用。
Python程序员会把模块写到文件中，Python文件以.py为扩展名，但.py对Python来说并不是必需的（这里不过多地阐述这类逻辑概念），.py对于用户的意义就是当人们看到以.py为扩展名的文件时会想到这是Python文件。
笔者有话说
本书的第16章有关于模块的进一步描述，笔者会一步一步地教读者实现一个自定义的模块。本节只起一个引领的作用，让读者对模块有一个直观的印象。
在当前的Python文件中，如果需要使用其他模块的功能，需要进行模块的导入。在Python中使用import语句来实现模块的导入。导入模块主要有以下3种形式。
os是Python中的内置模块，如需一次性导入整个os模块，可以采用以下语法：
import os例如，path是os模块下的子模块，如需导入path模块，可以采用以下语法：
from os import pathsplit 是path模块下的一个方法模块，如只需导入split模块，可使用成员操作符“.”来导入。
from os.path import splitfrom os.path import split表示从os模块中的path模块中导入split模块。
使用as关键字可以为导入的模块取别名。继续以os模块为例，为导入的os模块取别名Windows，代码如下。
import os as Windows为os模块下的path取别名Windows_path，代码如下。
from os import path as Windows_path在安装Python时，会同时安装一系列基础模块。Python的内置模块是为节省开发者时间而预先编写的一系列基础组件。当开发者需要使用某个内置模块时，直接使用“import ”导入相应模块即可。
Python默认会在当前目录中进行模块查找，如果找不到，会在指定路径中进行模块的查找，通过PYTHONPATH环境变量可配置模块的查找路径。所有的模块查找路径都保存在sys模块的path属性中。
本节主要包含以下4个重要的知识点，请读者加以巩固。
① 使用“import 模块名”的语法来导入一个模块。
② 模块的一个很重要的意义在于它可以被重复使用，也就是所谓“复用”。
③ Python文件常以.py为扩展名，我们通过函数、类等工具将要实现的功能以模块的形式写到Python文件。
④ Python的环境变量为PYTHONPATH。
（1）谈谈你对模块的理解。
（2） Python中的内置模块sys有一个getsizeof()方法，请你写一行代码，只导出sys模块下的getsizeof()方法。
（3）写一行代码，为os.path模块下的getsize()方法取一个别名。
（4）查找相关资料，然后描述os模块与sys模块的功能。
不少打算从事程序开发的人找不到入门之法，所谓难者不会，概因找不到好老师细心教你。在写出第1个Python程序hello world之前，读者必须按照1.1节中的内容对Python解释器进行安装。这里以Windows环境来进行程序的编写。
第1个Python程序为向屏幕输出字符串"hello world"，程序代码如下。
# __author__ = 薯条老师
def main():
print("hello world")
if __name__ == "__main__":
main()编写程序之前，得有个代码编辑器。常用的编辑器主要有Notepad++和PyCharm，前者是一款轻量工具，后者是一款IDE工具，包含了更加丰富的功能，稍显笨重。下面分别教大家下载和安装Notepad++和PyCharm。
Notepad++是 Windows操作系统下的一个文本编辑器，有完整的中文版界面。Notepad++支持语法高亮显示，不仅可以用来制作一般的纯文字说明文件，还十分适合编写计算机程序代码。读者可到Notepad++官方网站的下载页面中下载该编辑器，下载后直接双击文件安装即可。Notepad++界面如图1-16所示。
图1-16
PyCharm是专为Python开发的IDE工具，提供了诸多功能，以帮助程序员提升开发效率，如调试、语法高亮、代码跳转、自动完成、智能提示等。PyCharm分为商业版和社区版，商业版是收费的，社区版面向Python社区的学习人员，其提供的功能与商业版并无太大区别。一般来说，社区版即可满足程序员的开发需求。
读者可到JetBrains公司的官方网站下载PyCharm。单击Community下的DOWNLOAD按钮即可下载社区版PyCharm，如图1-17所示。下载完毕后，双击安装即可。PyCharm界面如图1-18所示。
图1-17
图1-18
从一开始学编程时，就得有一个目录组织的概念。清晰的目录结构有助于对项目的整体维护，这是作为一个程序员最基本的素养，读者须谨记在心。
（1）在D盘创建python-learning目录，打开这个目录，创建chapter1目录，然后在chapter1目录中创建一个名为 helloworld.py 的文件，如图1-19所示。
图1-19
（2）双击打开helloworld.py文件，原样输入以下代码，红色箭头处示意必须有空格缩进（一般缩进4个空格），如图1-20所示。
图1-20
# __author__ = 薯条老师
def main():
print("hello world")
if __name__ == "__main__":
main() 笔者有话说
注意，代码中的__name__和__main__两侧是两根下画线。写完这个程序后，想让它运行，务必按照以下步骤来执行这个Python程序。
（1）按Windows键，输入cmd命令，按回车键，进入Windows的命令行界面。
（2）输入d: 再按回车键，以切换到D盘。
（3）输入cd python-learning，进入创建的python-learning目录。
（4）在python-learning目录中执行python helloworld.py命令。
按照以上4步操作以后，若看到hello world输出在终端，则表示程序执行成功。笔者会在1.13.4小节对程序源代码进行逐行解释。
编程小知识
Windows系统使用盘符来对磁盘进行标识，如C盘的盘符C:、D盘的盘符D:。要在命令行中进行磁盘的切换，可直接输入对应的盘符，然后按回车键，例如，从C盘切换到D盘，命令为d:。在磁盘内部进行切换使用cd命令加对应的路径，例如，在D盘中切换到python-learning目录，命令为cd python-learning。
下面用代码编辑器打开上一小节创建的helloworld.py，并对代码进行逐行讲解。
# __author__ = 薯条老师 这里的#字符在Python中是用来作注释的，是单行注释，多行注释使用3个英文的单引号'或双引号"将待注释的内容括起来，举例如下。
# 单行注释
'''
多行
注释
'''
"""
多行
注释
"""注释的内容会被Python解释器忽略。有良好编程习惯的程序员通常都会写注释，加注释是为了提供一些代码之外的信息，其他人通过这些信息可以知道程序的编写日期、程序的作者、函数的功能、复杂的逻辑描述，等等。
当解释器读到注释字符时, 会略过接下来的内容，直到读到下一个注释字符为止，也就是说解释器只翻译除注释之外的内容。
def main():
print("hello world")此处的def实为英语单词define的简写，define有“下定义，规定”的意思，是一个动词，在Python中使用def来定义函数。函数包含函数头和函数体，函数头又包含函数名和参数列表，函数体是用来实现函数功能的代码块。
知识超链接
对函数定义还不是很熟悉的读者，可以复习1.5~1.8节中的变量、表达式、语句和函数等内容。
在我们定义的这个函数中，函数名为main，函数体中执行了内置的print()函数，读者可以将main自行改写为其他函数名来进行测试。
print()是Python的内置函数。所谓内置函数，就是在Python中预先写好的函数，可直接调用。print("hello world") 语句的功能即为执行print()函数，将hello world输出到屏幕上。
我们也可以将数字或其他数据类型输出到屏幕上，如 print(666)、print(2019.888) 等，读者可以自行改写 helloworld.py文件，然后测试输出其他类型的数据。
笔者会在后面对函数单独进行讲解，初学者需要做的是按照书中的内容反复练习，直到熟练为止，如果没有达到熟练的程度，那就不要开始学习下一节内容。
if __name__ == "__main__":
main()
"""
注意：__name__ 与 __main__前后都是双下画线
""" __name__是Python中的一个系统变量，保存了当前模块的完整名称，“==”是逻辑运算符，用于判断两侧的量是否相等。
这一段代码在逻辑上表示如果系统变量__name__的值等于"__main__"，就执行main()这个函数。
main()函数已经在前面定义过，这个函数的函数体为执行print()函数，给print()函数传递"hello world"字符串参数，print()函数会把 hello world输出到屏幕上。
能否不加 if__name__ == "__main__":呢？
答案是肯定的，读者可以自行将这一行删掉，再将main()左移到行首。1.12节中已对模块进行简单介绍，在Python中每个.py文件都可以作为一个模块，请读者牢记以下知识点。
如果当前模块是直接执行的，__name__的值就为"__main__"；如果当前模块被导入其他模块，__name__的值就为模块名字，模块名字是创建的文件名（不包含.py）。
（1）尝试改写main()函数名为其他的函数名。
（2）改写helloworld.py，输出10个阿拉伯数字到屏幕上。
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教学视频 1个 2分钟
交互即互动。举一个浅显的例子：在社交软件里给人发消息，对方收到消息后回复消息，以作出相应的反馈，这就是所谓互动。
互动不只是人与人之间的交流、沟通，人与机器之间也能产生互动。例如，计算机向用户提供一个交互接口或界面，使得用户与计算机之间可以产生互动。用户打开浏览器上网，在搜索引擎中输入一个关键词并按回车键，网页上呈现的内容就是计算机程序给人提供的反馈信息。
常见的人与机器的互动还有在ATM机中取款，或者在苹果手机上召唤智能语音助手Siri，等等。
本节主要介绍Python交互模式的使用方法和相关代码编写模式。
Python中的交互模式本质上是一个命令行程序，它向程序员提供了一个交互界面，程序员可以在这个界面里做许多神奇的事，例如在10秒内快速打印九九乘法表。读者按照以下几个步骤操作，即可进入Python的交互模式，如图2-1所示。
图2-1
按Windows键，输入cmd， 按回车键，进入Windows的命令行界面。
在命令行中输入python，然后按回车键进入Python的交互模式。
输入"你好，世界" ，然后按回车键，可以看到图2-2所示的输出结果。
图2-2
图2-2中的“你好，世界”就是Python解释器对输入做出的反馈，当用户按回车键后，Python会对输入的内容进行解析，只要输入的内容符合Python语法，Python就会解析、执行，得到相应的输出。
笔者有话说
笔者输入的用双引号括起来的是Python中的字符串类型，读者可以尝试将双引号去掉，看看Python会给你什么样的反馈。字符串类型是Python的内置类型，更多与数据类型相关的介绍会在后续的内容中逐渐展开。
可以直接在交互模式中执行算术运算，这里先简单介绍一下Python中常用的算术运算符+、-、*、和/，分别对应于数学上的加、减、乘和除。图2-3所示为在交互模式中进行1+1、1*1、 1-1和1/1的算术运算。以此类推，读者可以在交互模式中尝试其他的算术运算。
图2-3
在交互模式中能直接调用函数，以内置函数print()为例，如图2-4所示。
图2-4
读者可以惊奇地发现直接在交互模式中输入"你好，世界"与用print()函数打印的“你好，世界”十分相似，唯一的不同点在于print()打印的内容没有引号。有没有引号对于用户来说并没有区别，对程序员来说，带引号的输出表示字符串类型。
下面使用Python中的for循环语句打印九九乘法表。
for i in range(1, 10):
for j in range(i):
j += 1
print('%d*%d=%-3d'% (i, j, i*j), end=' ')
print(' ')将这段代码输到Python的交互模式中，如图2-5所示。在输入的过程中，须注意Python中的代码缩进。
图2-5
输入完毕后按回车键，即可看到图2-6所示的九九乘法表。
图2-6
Python中的交互模式提供了方便的查找功能，通过内置函数help()，可以查阅函数、模块、类型和属性等的详细信息。
在执行help()函数进行特定的查找时，需要给help()函数传递参数。参数传递有两种形式：字符串类型和参数对象名。语法形式为help(字符串类型参数)或help(对象名)。
字符串类型参数通常是Python中预定义的关键字、属性名和模块名等；对象名参数可以是Python中内置的全局变量、函数名和已导入的模块名， 也可以是用户自定义的对象名（变量名、函数名等）。
笔者有话说
在交互模式中直接执行help()，不传递任何参数时，会进入help模式，此时直接输入待查阅的属性名或对象名，即可执行相应的查阅。在help模式中执行quit命令可退出help模式。
在交互模式中输入help("keywords")，可以输出Python中预定义的关键字，如图2-7所示。
图2-7
以Python中的关键字False为例，使用help查看关于False关键字的详细描述。在交互模式中输入help("False")，可以看到图2-8所示的输出结果。
图2-8
help输出的内容若超出当前的页面，可在页面底部看到一行-- More --的提示，表示还有更多内容，读者可以按回车键以查阅更多内容，或输入q退出当前的help视图。
以内置函数print()为例，print对应的是该函数的名字，直接在交互模式中输入help(print)，即可查看该函数的信息，如图2-9所示。
图2-9
随着后续内容的慢慢展开，读者可以看到在交互模式中更多有意思的操作，现在需要好好消化目前的学习内容。
到了对交互模式说再见的时候了，在交互模式中执行exit()或quit()函数可以退出交互模式，返回到Windows的命令行。
本章内容比较简单，请读者掌握以下3个重要的知识点。
① 交互即互动，人与机器可以产生互动。
② 在Python的交互模式中可以进行算术运算等复杂操作。
③ 执行exit()或quit()函数可退出Python的交互模式。
（1）在交互模式中计算今年是否闰年，先用文字描述算法过程，再尝试以Python代码的形式写到交互模式中。
（2）进入help模式，查阅Python内置模块os的用法。提示：在Python中导入模块可以使用“import 模块名”指令，如导入os模块的指令为import os。
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