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推荐语：零基础入门Python

作者：邓英,夏帮贵

出版社：人民邮电出版社

出版时间：2016-10-01

书籍编号：30469098

ISBN：9787115434876

正文语种：中文

字数：310594

版次：1

所属分类：教材教辅-中职/高职

版权信息

书名：Python 3基础教程

作者：邓英 夏帮贵

ISBN：9787115434876

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内容提要

本书注重基础、循序渐进，系统地讲述了Python程序设计开发的相关知识。全书共分章，涵盖了Python开发环境及工具、编程基础、程序流程控制、函数与模块、面向对象编程、异常处理、数据库编程和tkinter GUI编程等内容。

本书内容丰富，讲解详细，适用于初、中级Python用户，可作为各类院校计算机相关专业教材，也可作为Python爱好者的参考书。

前言

Python因其功能强大、简单易学、开发成本低廉，已成为深受广大应用开发人员喜爱的程序设计语言之一。作为一门优秀的程序设计语言，Python被广泛应用到各种领域，从简单的文字处理，到网站和游戏开发，甚至机器人和航天飞机控制，都可以找到Python的身影。

本书特别针对Python零基础编程爱好者，进行了内容编排和章节组织，争取让读者在短时间内掌握Python的基本技术和方法。

本书具有如下特点。

1. 零基础入门

读者即使没有其他程序设计语言的相关基础，跟随本书也可轻松掌握Python的各种基本技术和使用方法。

2. 学习成本低

本书在构建开发环境时，选择了应用最为广泛的Windows操作系统、稳定版Python 3.5，使用Python 3.5自带的集成开发工具IDLE等进行学习和操作，没有特别的软件和硬件要求。

3. 内容编排精心设计

Python程序设计涉及的范围非常广泛，本书内容编排并不求全、求深，而是考虑零基础读者的接受能力，选择Python中必备、实用的知识进行讲解。知识和配套实例循序渐进、环环相扣。

4. 强调理论与实践相结合

书中每章末尾的编程实践环节都尽量安排一个短小、完整的实例，方便教师教学，也方便学生学习。

5. 完整收集学习必备资源

为了方便读者学习，本书提供所有实例的源代码、数据库文件以及资源。源代码可在学习过程中直接使用，参考相关章节进行配置即可。

本书主要内容如下所示。

本书由西华大学邓英、夏帮贵主编，夏帮贵编写第1～3章，邓英编写第4～8章并负责全书统稿。同时赖霞、刘凡新、雷鸣彬、邵军、宋玉忠、陈利娅、陈子春、刘鹏惠、申绪英等人也参与了本书的编写。本书源代码、PPT等相关资源可登录人民邮电出版社教育社区（www.ryjiaoyu.com）免费下载。

由于编者水平有限，书中难免存在不妥之处，敬请广大读者批评指正。

编者
2016年7月

第1章 Python起步

Python是一种面向对象的、解释型的计算机高级程序设计语言，由Guido van Rossum于1989年开始开发，并于1991年发布第一个公开发行版。Python是纯粹的开源自由软件，其源代码和解释器均遵循GPL（GNU General Public License）协议。Python具有语法简洁、易于学习、功能强大、可扩展性强、跨平台等诸多特点，逐渐成为最受欢迎的程序设计语言之一。

本章要点

• Python的发展

• Python的特点

• Python运行方式

• Python开发环境配置

• Python开发工具

1.1 认识Python

欢迎来到Python的世界。本节将从Python的发展、应用、特点和版本等内容开始，带领读者了解和认识Python。

1.1.1 Python的发展

1989年圣诞节，Guido在阿姆斯特丹开始准备开发一种新的程序设计语言。作为Monty Python喜剧团体的粉丝，Guido将这门新的语言命名为Python。Python的灵感来自ABC语言—Guido参与开发的一种适用于非专业程序开发人员的教学语言。Python认为ABC语言优美、功能强大，ABC未获得成功主要是非开放造成的，所以，Guido一开始将Python主要目标之一定位在开放性。同时，Guido还想在Python中实现一些在ABC中闪现过但未曾实现的东西。可以说，Python起源于ABC，并受到了Modula-3语言的影响，同时结合了UNIX Shell和C语言的习惯。

经过多年的发展，Python已经成为最受欢迎的程序设计语言之一。2011年1月，TIOBE将Python评为编程语言排行榜2010年度语言。TIOBE网站地址为：http://www.tiobe.com/tiobe_index。图1-1显示了截至2016年7月的TIOBE程序设计语言排行榜，Python在众多的程序设计语言中排在Java、C、C++之后，处于第4位，其影响力可见一斑。

图1-1　TIOBE程序设计语言排行榜

详细了解Python的现状，请访问Python官方网站：http://www.python.org。

1.1.2 Python的应用案例

目前，不少公司使用了Python来开发自己的产品。例如：

• 世界上最大的视频分享网站YouTube的视频分享服务大部分采用Python实现。

• 首个P2P文件分享软件BitTorrent也是采用Python实现。

• 大型多人在线游戏EVE Online广泛使用了Python。

• Autodesk旗下的著名三维建模和动画软件Maya，为Python提供了API（Application Programming Interface，应用程序编程接口）。

• Intel、Cisco、HP、Seagate、Qualcomm和IBM等公司使用Python进行硬件测试。

• Pixar、Industrial Light & Magic等电影公司使用Python制作动画电影。

• JPMorgan Chase、UBS、GETCO、Citadel等公司使用Python做市场预测。

• NASA、Los Alamos、Fermilab、JPL等使用Python执行科学计算。

• iRobot使用Python开发了机器人真空吸尘器。

• ESRI使用Python为终端用户定制GIS地图产品。

• NSA应用Python实现加密和智能分析。

• IronPort使用Python实现其电子邮件服务器产品。

• Google、Yahoo、搜狐邮箱、知乎、果壳等也广泛使用了Python。

在Python官方网站的Python Success Stories（http://www.python.org/about/success/）中介绍了大量应用Python获得成功的公司和组织机构的典型案例。

1.1.3 Python的应用领域

作为一门优秀的程序设计语言，Python被广泛应用于各种领域，从简单的文字处理，到网站和游戏开发，甚至于机器人和航天飞机控制，都可以找到Python的身影。

1. 系统编程

Python可以访问操作系统API，为其编写可移植的系统维护和管理工具。Python程序可以访问系统目录和文件，可以运行其他程序，也可编程进程和线程执行并行处理等。

Python标准库集成了POSIX（Portable Operating System Interface，可移植操作系统接口）和其他常见操作系统工具：环境变量、文件、套接字、管道、进程、多线程、正则表达式、命令行参数、标准流接口、Shell目录启动器、文件扩展名等。大部分系统工具继承了Python的可移植特性。

2. GUI编程

GUI指Graphical User Interface（图形用户界面）。使用Python可以非常简单、快捷地实现GUI程序。Python内置了Tkinter的标准面向对象接口Tk GUI API。应用Tk GUI API实现的Python GUI程序，可以不做任何改变运行在Windows、X Window（UNIX和Linux）和Mac OS等多种平台上。

还可以使用其他一些扩展包，如PMW、wxPython GUI、PythonCard和Dabo等，也可在Python中创建GUI应用。

3. Web应用

Python包含了标准Internet模块，可用于实现各种网络任务。Python脚本可以通过套接字进行网络通信；可编写服务器CGI脚本处理客户端表单信息；可通过FTP传输文件；可以生成、解析和分析XML文件；可处理Email；可通过URL获取网页；可从网页中解析HTML和XML；可通过XML-PRC、SOAP和Telnet通信。

Python也可用第三方工具进行Web应用开发。例如，HTMLgen包可用于生成HTML文件，mod_python可用于生成运行于Apache服务器上的Python应用并支持Python Server Page，Jython可以实现与Java无缝集成的Applet。大量的第三方工具，使Python可用于开发完整的、企业级的Web应用。

4. 组件集成

Python本身是用C实现的，所以可以使用C/C++进行扩展。Python也被称为“胶水”语言，既可集成各种C/C++库，也可将Python嵌入到其他语言中。

例如，PythonCOM是Windows支持的COM，Jython是基于Java平台的Python系统，基于.NET平台可实现IronPython和各种CORBA工具包。利用组件包，可以编写Python脚本，在Windows中处理微软的Word和Excel文件。

5. 数据库编程

Python提供了访问各种主流数据库的API，包括Microsoft SQL Server、Oracle、Sybase、DB2、MySQL、SQLite等。Python还自带一个Gadfly模块，提供了一个完整的SQL环境。

从Python 2.5起，SQLite成为了Python内置标准库的一部分。

6. 数值计算和科学计算

Python的NumPy扩展提供了大量的标准数学库的接口，例如矩阵对象、标准数学库等。SciPy和Matplotlib扩展也为Python提供了快速数组处理、数值运算以及绘图功能。众多的扩展库使Python十分适合工程技术、科研人员处理实验数据、制作图表，甚至开发科学计算应用程序。

相比于著名的科学计算商业软件MATLAB，Python是完全免费的，而且是一门更易学、更严谨的程序设计语言。MATLAB主要专注于工程和科学计算，而Python通过各种扩展库，可以在满足计算的同时，实现文件管理、界面设计、网络通信等各种高级任务。

7. 游戏、图像、人工智能、机器人、XML等其他领域

Python的应用领域非常多，其中包括：

• 使用Pygame扩展包进行图形和游戏应用开发。

• 使用PySerial扩展包在Windows、Linux或其他系统上开发串口通信应用。

• 使用PIL、PyOpenGL、Blender、Maya和其他扩展包开发图形或3D应用。

• 使用PyRo扩展包开发机器人控制程序。

• 使用XML库、xmlrpclib模块或第三方扩展包解析XML。

• 使用PyBrain扩展包开发人工智能应用。

• 使用NLTK扩展包开发自然语言分析应用。

提示：Python的应用精彩纷呈，可以从Python官网了解更多信息，也可从IBM的“developerWorks中国”网站的“Python技术专题”（http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/theme/python/）了解Python的各种应用。

1.1.4 Python的特点

Python具有下列显著特点。

1. Python是免费的开源自由软件

Python遵循GPL协议，也是免费的，不管是用于个人还是商业用途，开发人员都无须支付任何费用，也不用担心版权问题。

作为开源软件，程序员可以获得Python源代码，以研究其内部细节，并可加以修改使其针对目标更加适用。也可以将Python嵌入系统或随产品一起发布，甚至于销售Python的源代码，都没有任何限制。

2. Python是面向对象的

面向对象（Object Oriented，OO）是现代高级程序设计语言的一个重要特征。多态、运算符重载、继承和多重继承等面向对象编程（Object Oriented Programming，OOP）的主要特征也在Python的类模块中得到很好的支持。得益于Python简洁的语法和数据类型系统，Python中的OOP也变得极为简单，比其他语言容易。

OOP是Python的一个重要特征，初学者也不必为此感到担心。Python同样支持传统的面向过程的编程模式，完全可以在具有一定基础之后再深入学习Python的OOP。

3. Python具有良好的跨平台特性

Python是用ANSI C实现的。C语言因为跨平台和良好的可移植性成为了经典的程序设计语言。这意味着Python也具有良好的跨平台特性，可在目前所有的主流平台上编译和运行。所以，在Windows下编程的Python程序，可以轻松地在Linux等其他系统中运行。

因为Python是开源的，可以轻松将其移植到各种不同平台，包括Linux、Windows、FreeBSD、Macintosh、Solaris、OS/2、Amiga、AROS、AS/400、BeOS、OS/390、z/OS、Palm OS、QNX、VMS、Psion、Acom RISC OS、VxWorks、PlayStation、Sharp Zaurus、Windows CE、PocketPC、Symbian、Android和iOS等平台。

4. Python功能强大

Python既属于脚本语言，也属于高级程序设计语言，所以，Python具有脚本语言（如Perl、Tcl和Scheme等）的简单、易用特点，也具有高级程序设计语言（如C、C++和Java等）的强大功能。

提示：提到脚本语言容易让人想到JavaScript和VBScript等网页脚本编程语言，Python的功能远远不是普通脚本语言能够比拟的。

Python具有的一些强大功能如下。

• 动态数据类型：Python在代码运行过程中跟踪变量的数据类型，不需要在代码中声明变量的类型，也不要求在使用之前对变量进行类型声明。

• 自动内存管理：良好的内存管理机制意味着程序运行具有更高的性能。Python程序员无须关心内存的使用和管理，Python自动分配和回收内存。

• 大型程序支持：通过子模块、类和异常等工具，允许Python应用于大型程序开发。

• 内置数据结构：Python提供了常用数据结构支持。例如，列表、字段、字符串等都属于Python内置对象。同时，Python也实现了各种数据结构的标准操作，如合并、分片、排序和映射等。

• 内置库：Python提供丰富的标准库，从正则表达式匹配到网络等，使Python可以现实多种应用。

• 第三方工具集成：Python很容易集成第三方工具，通过各种扩展包将其应用到各种不同领域。

5. Python简单易学

Python的设计理念是“优雅”“明确”“简单”，提倡“用一种方法，最好是只有一种方法来做一件事”，所以，Python语言语法简洁、代码易读。在国外一些知名大学，开始采用Python作为程序设计课程的编程语言。例如，卡耐基梅隆大学的编程基础、麻省理工学院的计算机科学及编程导论均使用Python语言讲授。

Python不强调数据类型，变量在使用之前无须定义其数据类型，同一个变量可存储不同类型的数据。

提示：可以在交互方式下执行import this命令，查看Python开发人员的设计理念，如图1-2所示。

图1-2　Python开发人员的设计理念

1.1.5 Python的版本

Python发展到现在，经历了多个版本，如表1-1所示。

表1-1　Python版本历史

提示：截至本书成稿时，Python最新为3.5.1版本。需要注意的是Python 3.x不再兼容现有的2.x程序。可根据实际需要选择使用的版本，当然，选择较新的版本有利于以后软件升级。

作为一个开源软件，Python拥有一个参与者众多的开发社区，它保持Python的不断更新和改进。Python的开发者通过一个在线的源代码控制系统协同工作，所有对Python的修改必须遵循PEP（Python Enhancement Proposals）协议，并通过Python扩展回归测试系统的测试。目前，由一个非正式的组织PSF（Python Software Foundation，Python软件基金）负责组织会议并处理Python的知识产权问题。

1.1.6 Python 3.x与2.x的区别

Python 3.x与2.x的主要区别如下。

1. Python 3.x默认使用UTF-8编码

Python 3.x源代码中的字符默认使用UTF-8编码，可以很好地支持中文或其他非英文字符。例如，在Python 3.x中可使用汉字作为变量名。

>>>长度=100

>>> print(长度)
100

在Python 2.x中不能使用汉字作为变量名，否则会出错。例如：

>>>速度=100

  File \"<stdin>\", line 1
速度=100
     ^
SyntaxError: invalid syntax

2. print()函数代替了print语句

在Python 3.x中，调用print()函数来输出数据。例如：

>>> x=100

>>> print(10,\'abc\',x)
10 abc 100

在Python 2.x中则使用print语句。例如：

>>> x=100

>>> print 10,\'abc\',x
10 abc 100
>>> print(10,\'abc\',x)    #这里print语句将(10,\'abc\',x)作为一个元组输出
(10, \'abc\', 100)

3. 完全面向对象

在Python 2.x中的各种数据类型，在3.x中全面升级为类（class）。例如，在Python 2.x中输出数据类型结果如下。

>>> int,float,str

(<type \'int\'>, <type \'float\'>, <type \'str\'>)

在Python 3.x中输出数据类型结果如下。

>>> int,float,str

(<class \'int\'>, <class \'float\'>, <class \'str\'>)

4. 用视图和迭代器代替了列表

下面的常用方法或函数在Python 2.x中返回列表，在3.x中有很多改变。

• 在3.x中，字典的keys()、items()和values()方法用返回视图代替了列表，不再支持2.x中的iterkeys()、iteritems()和itervalues()。

• 在3.x中，map()、filter()和zip()函数用返回迭代器代替了列表。

5. 比较运算中的改变

比较运算的主要改变如下。

• 用!=代替了<>。

• 比较运算<、<=、>=和>在无法比较两个数据大小顺序时，会产生TypeError异常。

• 在Python 2.x中，1 < \'\'、0 > None、len <= len等运算返回False，而在3.x中则产生TypeError异常。

• 在==和!=中，不兼容类型的数据视为不相等。

6. 整数类型的改变

整数类型的主要改变如下。

• 取消了long类型，整数类型只有int一种。不再支持用后缀l或L表示长整数。

• 在Python 3.x中，/（除法）运算返回浮点数（float类型）。2.x中两个整数的/运算返回整数（截断了小数部分）。

• 整数不再限制大小，删除sys模块中的maxint（最大整数）常量。

• 不再支持以数字0开头的八进制常量（如012），而改成用前缀“0o”表示（如0o12）。

7. 字符串的改变

在Python 2.x中，字符串中的字符默认为单字节（8位），字符串的类型可分为str和unicode两种。带前缀“u”或“U”的字符串为unicode类型，其他的字符（包含带前缀“b”“B”“r”或“R”的字符串）为str类型。所有的字符串在输出时会将包含的字符直接输出。例如：

>>> print type(\'\\\\abc\'),type(b\'abc\'),type(r\'\\\\abc\'),type(u\'abc\')

<type \'str\'><type \'str\'><type \'str\'><type \'unicode\'>
>>> print \'\\\\abc\',b\'abc\',r\'\\\\abc\',u\'abc\'
\\abc abc \\\\abc abc

在Python 3.x中，字符默认为unicode字符，即双字节字符。字符串的数据类型分为str和bytes两种。仍可使用字符串前缀“u”或“U”，但会被忽略。

在Python 3.x中，字符串前缀“b”或“B”表示二进制字符串，其类型为bytes。例如：

>>> print(type(\'\\\\abc\'),type(b\'abc\'),type(r\'\\\\abc\'),type(u\'abc\'))

<class \'str\'><class \'bytes\'><class \'str\'><class \'str\'>
>>> print(\'\\\\abc\',b\'abc\',r\'\\\\abc\',u\'abc\')
\\abc b\'abc\' \\\\abc abc

8. 取消了file数据类型

Python 3.x取消了2.x中的file数据类型。使用open()函数打开文件时，返回的是_io.TextIOWrapper类的实例对象。例如：

>>> f=open(\'d:/test.txt\',\'w\')

>>> type(f)
<class \'_io.TextIOWrapper\'>

Python 2.x的open()函数返回的是file类型的对象。例如：

>>> f=open(\'d:/test.txt\',\'w\')

>>> type(f)
<type \'file\'>

9. 异常处理的改变

在Python 3.x中，异常处理的改变主要如下。

• 所有异常都从BaseException继承，并删除了StandardError异常。

• 取消了异常类的序列行为和.message属性。

• 用raise Exception(args)代替raise Exception, args语法。

• 捕获异常的语法改变，引入了as关键字。

在Python 2.x中，用下面的代码捕捉和处理异常。

>>> try:

...     raise TypeError,\'类型错误\'
... except TypeError,err:
...     print err.message
...
类型错误

在Python 3.x中，用下面的代码捕捉和处理异常。

>>> try:

...      raise TypeError(\'类型错误\')
... except TypeError as err:
...     print(err)
...
类型错误

10. 其他主要的语法改变

其他主要的语法改变如下。

• 加入了关键字“as”和“with”。

• 增加了常量“True”“False”和“None”。

• 加入nonlocal语句。使用nonlocal x声明x为函数外部的变量。

• 删除了raw_input()，用input()代替。

• 去除元组参数解包。不能像def(a, (b, c)):pass这样定义函数了。

• 增加了二进制字面量，如 \'0b110110110\'。bin()函数可返回整数的二进制字符串。

• 扩展了可迭代解包。在Python 3.x 里，“a, b, *x = seq”和“*x, a = seq”都是合法的，只要求两点“x”是list。

• 对象和“seq”是可迭代的。

• 面向对象引入了抽象基类。

• 类的迭代器方法next()改名为__next__()，并增加内置函数next()，用以调用迭代器的__next__()方法。

1.2 Python程序的运行方式

不同程序设计语言的程序运行方式可能有所不同。

1.2.1 计算机程序设计语言分类

计算机程序设计语言通常可分为三类：机器语言、汇编语言和高级语言。

1. 机器语言

计算机内部只能识别用0、1表示的二进制代码，计算机能够直接识别和执行的二进制指令的集合称为机器语言。机器语言的

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