计算思维与Python编程
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1.3 Python解释器

以数字序列的方式来编写程序是非常烦琐的（尽管在计算机时代的早期阶段，程序员就是这么做的）。幸运的是，人们很快意识到，他们可以为编写程序而定义特殊的语言，并使用计算机将程序从高级编程语言转换为机器代码。早期的编程语言有Fortran、COBOL和BASIC。今天流行的语言有C++、C＃、Java和JavaScript等。Python是另一种非常流行的编程语言：它是由荷兰数学中心（Stichting Mathematisch Centrum）的Guido van Rossum于20世纪90年代初发明的。与流行的看法不同，Python并不是以蛇来命名，它是以英国喜剧团体Monty Python的名字命名的。他们的流行喜剧节目Monty Python’s Flying Circus于1969年至1974年在英国广播公司播出。IDLE是Python的集成开发环境，实际上暗示了该团体的成员Eric Idle。

在高级编程语言中，每个语句都转换为多个CPU指令。图1-3展示了一个用Python编写的函数，它由一个文档字符串（Docstring，三引号中的一段注释，帮助使用该函数）和一些语句组成。

图1-3 用Python编写的函数

用机器语言或汇编语言编写的程序仅适用于具有兼容性CPU的计算机。换句话说，命令/语句限定于特定的CPU。用高级语言编写的程序可以与任何CPU一起使用。例如，它可以在PC或Mac上运行。

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有两种方法，可以将高级编程语言编写的程序转换为机器代码。第一种方法称为“编译”：一种称为“编译器”的特殊程序，检查高级语言编写的程序文本，生成适当的机器语言指令，并将它们保存在一个可执行文件中，该文件可以在计算机上运行。程序编译后，运行该文件就不需要编译器了。第二种方法称为“解释”：一种称为“解释器”的特殊程序，检查程序的文本，生成适当的指令，并立即执行这些指令。解释器不会创建可执行文件，每次运行程序都需要解释器。

编译就像外语教材的书面翻译一样，解释就像在外国人说话的同时进行同声翻译。解释器可以从文件中读取程序，也可以允许你以交互方式逐行输入程序语句。

一些现代语言（如Java）使用混合的方法。首先，它们将程序编译成一种称为“字节码”的中间低级语言，它仍然独立于特定的CPU，但更紧凑，更接近机器语言。然后它们在解释字节码时执行程序。Python也将“模块（函数库）”预编译为字节码。

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程序的文本由相当严格的语法规则控制：你不能简单地输入随心所欲的内容，并指望计算机理解它。

程序中的每个符号都必须位于正确的位置。

在英语或其他自然语言中，你可以拼错一个单词或省略一些标点符号，但仍然可以生成可读的文本。这是因为自然语言具有“冗余”，信息以低于最佳效率的方式传输，但这导致即使它有某种乱码，读者仍可以正确地解释消息（见图1-4）。

图1-4 Lyla Fletcher Groom的故事，5岁（由写作研讨会提供）

编程语言实际上没有冗余，几乎每个字符都是必不可少的。编程中很可能会犯错误，因此编程人员必须学会耐心并注重细节，在修复代码的错误时坚持不懈。

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我们现在准备使用Python。根据开源许可证，Python可免费获得，即使是商业应用程序也是如此。Python许可证由Python Software Foundation管理。

在本书中，我们将使用Python 3，即Python的较新版本。

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早期版本的Python称为“Python 2”。Python 2和Python 3之间存在一些差异——它们不是百分之百兼容。在撰写本书时，Python 3的最新版本是3.7.3。

关于如何下载适用于你的计算机和操作系统的Python安装程序，请参阅其他相关入门教程。

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在编译语言时，你需要创建程序文本，并将它保存在一个文件中，称为“源代码”，然后让源代码文件通过编译器运行，以得到可执行程序。在Python中，你可以从源文件中读取程序，也可以在Python解释器Shell中输入单个语句，并立即查看结果。

使用GUI（图形用户界面）前端运行Python解释器很方便。标准安装的Python附带的GUI称为IDLE（见图1-5）。

图1-5 在Windows系统中，Python的GUI“Shell”，称为IDLE

>>>是Python解释器的“提示符”。提示符是来自程序的信号，表示它正在等待用户输入。用户可以输入语句，当用户按<Enter>键时，解释器会显示结果。

例如，输入：

>>> 2+3 <Enter>

（用户输入以粗体显示）。Python会显示：

5
>>>

看起来很不错！这里发生了很多事情。解释器读取你输入的文本行（语句），然后分析文本并发现该语句有两个用+号分隔的数字。分析文本并提取它的组件的过程称为“解析”。

一些小实验会让你相信空格并不重要（只要语句在提示后立即开始，没有前导空格）。例如，你可以输入2+3或2+3或2+3——结果相同。但是如果你输入2+* 3，你就会得到：

>>> 2+*3
      ^
SyntaxError: invalid syntax
>>>

现在尝试：

>>> 2(3+4)

你预期会得到14，对吗？没有！你得到的是：

Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell#4>", line 1, in <module>
    2(3+4)
TypeError: 'int' object is not callable

显然，Python解释器“认为”你输入的语句有问题。但是，Python（让我们将解释器简称为Python）不是报告语法错误，而是报告了别的内容，这似乎没有什么帮助。TypeError指的是一个对象的“类型”（一个整数、一个函数等），而不是你在键盘上输入的内容。显然Python已经断定你试图用一个名为2的函数调用输入值3+4，所以Python告诉你（以它自己神秘的方式），2不是一个函数。你可能会认为Python有时非常愚蠢。事实上，它既不聪明也不愚蠢——它只是一段代码。

同时，你真正的意思是：

>>> 2*(3+4)

也许你认为乘法符号是可省略的，就像在数学中一样。不是这样。正如我们告诉过你：每个字符都很重要！

1．定义“冗余”。✔

2．在Python解释器中输入2+−3。这是有效的语法吗？解释结果。现在对2++ 3做同样的事情。

3．■尝试2+++ 3。解释结果。

4．尝试2** 3和2 ** 4。Python的运算符**表示什么？

5．在Python中，单引号、双引号或三引号中的文本片段代表“文字字符串”。尝试"abc" + "def"和'abc' + 'def'和'''abc''' + '''def'''和"""abc""" + """def"""。解释+运算符应用于字符串时的作用。✔

6．*运算符可以应用于整数和字符串吗？尝试3 *'La'并解释结果。

7．输入9−8*2+6并解释结果。输入(5−1)*(1+2)**3并解释结果。Python表达式中，“运算符的优先级”是什么（即首先应用哪些运算符）？ ✔

8．■在Python提示符处输入17%3，同时尝试15%4和15%5。%运算符计算什么？与+、 −、*、/和**相比，运行一些测试以确定其等级（优先级）。 ✔

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