Python
編程範型 | 多範式:程序式、結構化、模組化、反射式、物件導向、函數式 |
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設計者 | 吉多·范羅蘇姆 |
實作者 | Python軟體基金會 |
釋出時間 | 1991年[1] |
目前版本 |
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型態系統 | 鴨子型別[3]、動態、強型別[4]、漸進(自從3.5)[5] |
作業系統 | 跨平臺 |
特許條款 | Python軟體基金會特許條款 |
副檔名 | .py、.pyi、.pyc、.pyd、.pyo(3.5之前)[6]、.pyw、.pyz(自從3.5)[7] |
網站 | www |
主要實作產品 | |
CPython、PyPy、Stackless Python、MicroPython、CircuitPython、IronPython、Jython | |
衍生副語言 | |
Cython、RPython | |
啟發語言 | |
ABC[8]、ALGOL 68[9]、APL[10]、C[11]、C++[12]、CLU[13]、Dylan[14]、Haskell[15]、Icon[16]、Java[17]、Lisp[18]、Modula-3[12]、Perl[19]、Standard ML[10] | |
影響語言 | |
Boo、Cobra、CoffeeScript[20]、D、F#、GDScript[21]、Genie[22]、Go[23]、Groovy、JavaScript[24][25]、Julia[26]、Mojo[27]、Nim、Ruby[28]、Starlark[29]、Swift[30] | |
Python(英式發音:/ˈpaɪθən/;美式發音:/ˈpaɪθɑːn/),是一種廣泛使用的直譯式、進階和通用的程式語言。Python支援多種程式設計範式,包括結構化、程序式、反射式、物件導向和函數式程式設計。它擁有動態型別系統和垃圾回收功能,能夠自動管理主記憶體使用,並且其本身擁有一個巨大而廣泛的標準庫。它的語言結構以及物件導向的方法,旨在幫助程式設計師為小型的和大型的專案編寫邏輯清晰的程式碼。
吉多·范羅蘇姆於1980年代後期開始研發Python,作為ABC語言的後繼者[16],它也可以被視為採用了叫做M-表達式的中綴表示法的一種LISP方言[31]。吉多·范羅蘇姆於1991年首次釋出 Python 0.9.0[32]。Python 2.0於2000 年釋出並引入了新功能。Python 3.0於2008年釋出,它是該語言的主要修訂版,並非完全向下相容。Python 2於2020年隨2.7.18版停止支援[33]。
Python的設計哲學,強調程式碼的可讀性和簡潔的語法,尤其是使用空格縮排來劃分程式碼塊。相比於C語言或Java,Python讓開發者能夠用更少的代碼表達想法。
Python直譯器本身幾乎可以在所有的作業系統中執行,它的官方直譯器CPython是用C語言編寫的。Python是一個由社群驅動的自由軟體,目前由Python軟體基金會管理。Python是最受歡迎的程式語言之一[34][35][36][37]。
歷史
[編輯]Python的創始人吉多·范羅蘇姆,在1982年至1995年間,參與了荷蘭數學和電腦科學研究學會多個專案的工作[38]。1989年的聖誕節期間,他決心開發一個新的指令碼解釋程式,作為ABC語言的繼承者,並且用它替代Unix shell和C語言來進行系統管理[16],擔負與Amoeba作業系統[39]之間的互動操作並進行例外處理[8]。他是BBC電視劇《Monty Python的飛行馬戲團》的愛好者,所以選取了Python作為這個程式語言的名字[40]。范羅蘇姆作為Python的主要開發者,獨自擔負這個專案的發展決策者職責,直到2018年7月12日,他宣佈從終身仁慈獨裁者(BDFL)的職位上「永久休假」[41][42]。他在2019年1月至11月參與了第一屆五人掌控委員會繼續領導專案發展[43][44]。
在1991年2月,范羅蘇姆在alt.sources上釋出了最初程式碼(標記為版本0.9.0)[1],這時就已經存在了帶繼承的類、例外處理、函數和核心類型list
、dict
、str
等。在這個最初發行中就有了從Modula-3引進的模組系統[45],和例外處理機制[8]。在1994年1月,Python達到了版本1.0[46],其主要新特徵是由Amrit Prem提供的函數式程式設計工具lambda
、map
、filter
和reduce
[47]。受Modula-3啟發,Python 1.1介入了預設參數值,Python 1.3介入了關鍵字參數。Python 1.4介入了對複數的內建支援,還包含了採取名字修飾的一種基本形式的數據隱藏[48]。
在2000年10月,Python 2.0發佈,它從函數式程式設計語言Haskell中引進了列表推導式,並且支援了Unicode,還向垃圾回收系統增加了環檢測演算法[49]。Python 2.1支援了靜態巢狀作用域和閉包[50]。Python 2.2進行了重大革新,將Python中用C語言寫成的類型,和用Python語言寫成的類,統一成在同一個層級中,使得Python的對象模型成為純粹而一致的對象模型[51];還介入了迭代器[52],受CLU和Icon啟發的生成器[53],和描述器協定[54]。Python 2.3介入了從Dylan引進的方法決定次序[14]。Python 2.4介入了集合類型,和函數修飾器[55]。Python 2.5介入了with
陳述式[56],並在官方實現中介入了抽象語法樹[57]。
在2008年12月,Python 3.0發佈,它對語言做了較大修訂而不能完全後向相容[58],儘管提供了進行自動轉換2to3
實用工具,仍有大量現存程式碼不能移植,故而Python 2.7的產品壽命結束延期至2020年元旦。Python 3.4介入了非同步I/O模組[59]。Python 3.5介入了類型提示[60],和採用async/await語法的協程[61]。Python 3.8介入了賦值表達式[62][63]。
在2020年10月,Python 3.9介入了內建的針對容器類的泛化別名(types.GenericAlias
)類型[64],並在官方實現中介入了新的語法解析器[65]。Python 3.10介入了結構式模式匹配[66],和內建的聯合類型(types.UnionType
)[67]。Python 3.11對官方實現進行了最佳化提速[68]。Python 3.12介入了類型參數語法和type
陳述式[69],並廢棄或移除了一些過時的模組和功能。Python 3.13介入了新的互動式直譯器,並實驗性的支援了在自由線程模態下執行和即時編譯器[70]。
每個版本首次發行後,享有2年的完全支援,隨後是3年的安全支援。當前只有Python 3的穩定版本3.12與3.13正在被完全支援,但仍提供對3.9、3.10和3.11版本的安全性修正[71]。
在2024年12月,活躍的Python核心開發者,選舉Pablo Galindo Salgado、Barry Warsaw、Emily Morehouse、Gregory P. Smith和Donghee Na,為2025年度「掌控委員會」的五位成員來領導這個專案[72]。
特徵與設計哲學
[編輯]Python是多範式程式語言。它完全支援結構化程式和物件導向程式設計,還有很多特徵支援函數式程式設計和元程式設計比如元對象協定(元類和魔術方法[73])。通過擴充還可以支援很多範式,包括面向方面程式[74]、契約式設計[75]和邏輯程式[76]。
Python使用動態型別,在主記憶體管理上採用的垃圾回收器基於了參照計數[77],並且結合了檢測環參照的分代垃圾回收最佳化[78]。它的特徵還有動態名字解析(後期繫結),即在程式執行期間繫結方法和變數的名字。
Python對遵循LISP傳統的函數式程式設計提供了有限的支援[79],它提供了 map
、filter
和reduce
函數[80];列表推導式、字典、集合和生成器表達式。標準庫中的模組functools
和itertools
,實現了從Haskell和Standard ML借鑑來的函數式工具[81]。
Python的設計理念是「優雅」、「明確」、「簡單」,它的一些重要準則被合稱為「Python之禪」。在Python解釋器內運行import this
可以獲得完整的列表,下面舉出其中首要:
- 優美優於醜陋。明瞭優於隱晦。
- 簡單優於複雜。複雜優於凌亂。
- 扁平優於巢狀。稀疏優於稠密。
- 可讀性很重要。
Python開發者的方法論是「用一種方法,最好是只有一種方法來做一件事」,顯著不同於以Perl語言為代表的「不止一種方法去做一件事」風格。Python開發者在設計語言時,如果面臨多種選擇,一般會選擇明確沒有或者很少有歧義的語法。
范羅蘇姆認為ABC語言非常優美和強大,它沒有取得成功的原因是不開放造成的[82],故而將Python本身設計為可擴充的[83]。Python並不把所有的特性和功能都整合到語言核心,而是提供了豐富的API和工具,以便程式設計師能夠輕鬆地使用Python、C語言、Cython來編寫擴充模組。Python還可以通過外界函數介面如標準庫中的ctypes等,來提供C語言相容資料類型,並訪問動態連結庫或共用庫中的函數[84],從而對用其他語言編寫的程式進行整合和封裝。
在Python的官方實現CPython中,一般避開不成熟的或者對非重要部位的加快運行速度的優化。在某些對運行速度要求很高的情況,可以使用具備JIT技術的Python實現或安裝JIT擴充模組[85]。
語法和語意
[編輯]Python為了讓程式碼具備高度的可閱讀性,在設計時盡量使用了其它語言常用的符號和英文單字。
行結構
[編輯]Python支援使用反斜槓作為行接續符,將多個物理行合成為一個邏輯行[86]。在圓括號、方括號或花括號之中的表達式,可以分裂跨越多於一個物理行而不使用反斜槓,這被稱為「隱式行接續」[86]。註釋開始於並非字串文字一部份的一個井號#
,並結束於物理行結尾;註釋標示邏輯行的結束,除非已受制於隱式行接續規則;註釋在語法上被忽略[87]。
簡單陳述式包含在一個單一的邏輯行之內,Python支援使用分號作為分隔符,將多個簡單陳述式合併入語法意義上的一行之中[88]。
縮排
[編輯]Python語法中的複合陳述式,包含(成組的)其他陳述式;它們以某種方式影響或控制這些其他陳述式的執行。Python的複合陳述式包含一個或多個子句(clause),子句構成自一個頭部(header)和一個套件(suite)。特定複合陳述式的子句頭部都在同樣的縮排層級上,每個子句頭部開始於一個唯一標識關鍵字,並結束於一個冒號。套件是這個子句所控制的一組陳述式,套件有兩種形式,可以是與頭部在同一行上的一個或多個由分號分隔的簡單陳述式,它們跟隨在這個頭部的冒號之後;或者是在後續諸行上的一個或多個縮排的陳述式,只有這種套件形式可以包含巢狀的複合陳述式[89]。
Python語言遵循越位規則,利用縮排來形成陳述式套件,即語法意義上的塊。連續諸行的縮排層級,被用來生成語法解析器才能見到的INDENT
和DEDENT
記號[90],二者的作用相當於C語言家族的花括號,或Pascal語言家族的關鍵字begin
和end
。增加縮排就生成INDENT
記號,減少縮排就生成DEDENT
記號。根據PEP 8的規定[91],使用4個空格來表示每級縮排。[a]
tab字元(從左至右)被替代為1至8個空格,使得直到tab之前的諸字元加上這些替代空格的字元總數,是8的倍數(這意圖同於Unix所用規則)。前導於第一個非空白字元的空格的總數,確定了這一行的縮排層級。縮排所用諸字元,不能使用反斜槓來拆分成多個物理行;直到第一個反斜槓之前的空白確定縮排層級。如果原始碼檔案混合了tab和空格,並且在這種方式下縮排的意義依賴於一個tab相當於多少個空格,則這種縮排因不一致性而被報錯並拒絕[92]。
關鍵字
[編輯]Python有如下35個關鍵字;它們不能用作識別碼[93]:
|
|
|
|
|
|
|
內建常數True
、False
和None
於Python版本3.0中成為關鍵字,關鍵字nonlocal
介入於版本3.0[94],關鍵字async
和await
介入於版本3.5[95],並在版本3.7中成為正式關鍵字[96]。
在Python中,將只在特定上下文中保留的識別碼,稱為「軟關鍵字」[97]:
match
、case
和萬用字元_
,介入於版本3.10,它們在與模式匹配陳述式有關的上下文中,可以在語法上充當關鍵字;但是這種區分只在語法解析器層次進行,並非在詞法分析記號化層次。type
,介入於版本3.12,它用在type
陳述式之中。
識別碼
[編輯]識別碼就是名字,在ASCII範圍內(U+0001..U+007F),可用於識別碼的字元為:大寫字母A
至Z
和小寫字母a
至z
,底線_
以及數字0
至9
,但首字不可以用數字。如下命名約定[98],是為「保留識別碼類」[99]:
_spam
(單底線開頭):弱「內部使用」標識。對於from M import *
,將不匯入所有以底線開頭的對象。spam_
(單底線結尾):為了避免與python關鍵字的命名衝突。__spam
(雙底線開頭):在命名一個類特性的時候,採用名字修飾,比如在類SpamEggs
內,__spam
將變成_SpamEggs__spam
[100]。__spam__
(雙底線開頭雙底線結尾):指那些包含在用戶控制的命名空間中的「魔術」方法或特性,比如__delattr__
、__dir__
、__doc__
、__getattribute__
、__init__
、__new__
、__repr__
、__setattr__
、__sizeof__
等。建議永遠不要將這樣的命名方式應用於自己的變數或函數。
在Python文獻中經常使用的元語法變數是spam和eggs而非傳統的foo和bar[100]。
陳述式
[編輯]Python的陳述式包括簡單陳述式:
- 賦值陳述式,採用的中綴記號是等號
=
。賦值陳述式被用來將名字繫結(含重新繫結)到值,以及用來修改可變對象的特性或專案。 - 表達式陳述式,用來互動式的計算並寫出一個值,或者用來呼叫一個過程(即返回無含義結果的函數),在Python中過程返回值
None
。 global
陳述式,是在整個當前程式碼塊中成立的聲明,它意味着隨後列出的識別碼被直譯為全域變數。nonlocal
陳述式,導致隨後列出的識別碼,提及在除了全域作用域之外的最近包圍作用域中的先前繫結變數。type
陳述式,介入於版本3.12,聲明作為類型別名類型(typing.TypeAliasType
)的實例的一個類型別名。pass
陳述式,充當NOP,表示此行為空,不執行任何操作。assert
陳述式,用於程式調適階段時測試執行條件是否滿足。continue
陳述式,越過這次迭代並繼續進行下個專案。break
陳述式,從迴圈中跳出。return
陳述式,用來從函數返回值。當函數執行到return
陳述式時,它會停止執行並將指定的值返回給呼叫者。raise
陳述式,投擲一個例外。yield
陳述式,使用它從一個生成器中返回一個值。在版本2.5之前,資訊只能單向的從生成器傳遞出來。[c]import
陳述式,匯入一個模組或包,它組合了兩種操作,尋找指名的模組,接着將找到的結果繫結到在局部作用域中的名字。匯入陳述式有三種形式(下述陳述式樣本中的方括號表示其中內容為可選的):del
陳述式,遞歸的進行刪除。
複合陳述式:
if
陳述式,當條件成立時執行陳述式套件。它經常包含elif
、else
子句。while
陳述式,當條件為真時,重複執行陳述式套件。for
陳述式,遍歷列表、字串、字典、集合等迭代器,依次處理迭代器中的每個元素。match
陳述式,用於模式匹配。try
陳述式,它經常包含except
、else
、finally
子句,處理在程式執行中出現的異常情況。Python支援並廣泛使用例外處理,作為檢測錯誤狀況和程式中其他「例外」事件的方式,並提倡在可能出現錯誤狀況的任何時候都使用例外。習慣上訪問一個檔案或資源不在使用之前進行測試,而是先行嘗試使用它,再擷取訪問被拒絕引發的例外。[e]Python 3.11介入了except*
子句[112]。with
陳述式,把一塊程式碼包裹在一個上下文管理器之內。它允許了資源取得即初始化(RAII)式行為,可替代常見的try
/finally
慣用法。Python使用with
陳述式處理資源[113],在進入一個作用域的時候呼叫一個函數,而在離開它的時候呼叫另一個函數,例如:在一塊程式碼執行之前取得一個鎖,並且在此後釋放這個鎖;或事先打開一個檔案,並且事後關閉它。[f]class
陳述式,是定義類的可執行陳述式。類的衍化列給出基礎類列表,沒有衍化列的類,預設繼承基礎類object
。類的套件接着在新的執行框架(frame)中執行,它使用新建的局部名字空間和原來的全域名字空間。當這個類套件完成執行之時,丟棄它的執行框架並儲存它的局部名字空間。一個類對象接着被建立,其基礎類採用衍化列,其特性字典採用儲存的局部名字空間。類名字接着在原來的局部名字空間中,被繫結到這個類對象。def
陳述式,是定義函數和方法的可執行陳述式。它的執行在當前局部名字空間中,將函數名字繫結到一個函數對象(對函數的可執行程式碼的包裝器)。這個函數對象包含到當前全域名字空間的參照,作為呼叫這個函數時使用的全域名字空間。async def
陳述式,用於協程函數定義。await
表達式、async for
陳述式和async with
陳述式,只能用在協程函數的主體中。[g]
塊與模組
[編輯]Python程式構造自程式碼塊。塊是作為一個單元執行的Python程式文字,模組、函數主體和類別定義都是塊。互動式鍵入的每個命令、指令碼檔案和指令碼命令都是程式碼塊。傳遞給內建函數eval()
和exec()
執行的字串是程式碼塊。
程式碼塊在執行框架(frame)中執行。框架包含一些用於偵錯的管理資訊,並確定在這個程式碼塊執行完成後,執行在何處以及如何繼續。名字空間是儲存變數的地方,它被實現為字典。有局部名字空間、全域空間即包含此程式碼塊的那個模組的名字空間,和內建名字空間即模組builtins
的名字空間;對象的方法是定義在類主體內的函數,它有着巢狀的名字空間。名字空間通過防止命名衝突而支援了模組性,還通過明晰了哪個模組實現了哪個函數而增進可讀性和可維護性。
模組是包含Python定義和陳述式的一個檔案,這個檔案名字是模組名字附加上字尾.py
;在一個模組中,模組的名字(作為字串)可獲得為全域變數__name__
的值[111]。包(package)是可以包含子模組或遞歸性的子包的模組。包在技術上是具有__path__
特性的Python模組。可以將包視為檔案系統上的目錄,而將模組視為這種目錄中的檔案,但是包和模組不必然源自檔案系統[114]。
完整的Python程式,在一個極小初始化的環境中執行:所有內建和標準模組均可獲得,但除了sys
(各種系統服務)、builtins
(內建函數、例外和None
)和__main__
之外都未被初始化。__main__
用來為完整程式的執行提供局部和全域名字。當直譯器被呼叫在互動模態下的時候,它一次一個的讀取並執行陳述式;初始環境同於完整程式,每個陳述式都在__main__
的名字空間中執行。
頂層程式碼是啟動執行的首個用戶指定Python模組。__main__
是頂層程式碼執行所在的環境。從命令列使用-m
參數,作為頂層指令碼執行的模組(作為模組__main__
)是程式碼塊。此時__name__
變數被設置為"__main__"
,籍此可在這個模組中增加直接執行時候執行的程式碼[111][115]。
名字是通用的參照持有者,它不關聯於一個固定的資料類型,但是,一個名字在給定時間,總是被繫結到有一個類型的某個對象上,這就是動態型別的特徵。名字的儲存位置不「包含」所指示的值,一個共同的值可以賦值給多個名字,一個名字在任何時候,都可以重新繫結到各種不同類型的對象上,包括字串、過程、具有數據和方法的複雜對象等。如果一個名字繫結在一個塊中,它是這個塊的局部變數,除非被聲明為nonlocal
或global
。如果一個名字繫結在模組層次,它是全域變數。模組程式碼塊的變數,既是局部的也是全域的。如果一個變數使用在一個程式碼塊中,卻不定義在這裏,它是自由變數[116]。
內建vars()
函數,返回一個模組、類、實例或任何具有字典特性__dict__
的對象的字典特性。內建globals()
函數,返回實現當前模組的名字空間的一個字典。內建locals()
函數,更新並返回表示當前局部符號表的一個字典。在函數塊中而非類塊中呼叫locals()
之時,它返回自由變數。在模組層級上,locals()
和globals()
返回同一個字典。內建dir()
函數,在無參數時,返回在當前局部作用域內的名字列表;在有一個參數時,嘗試返回這個對象的有效特性的列表。[117]
在Python中賦值所進行的操作,是將一個名字繫結為到一個分立的動態分配的對象的一個參照。除了在塊中出現的每個賦值陳述式或匯入陳述式之外,下列構造也繫結名字:給函數的形式參數、類別定義、函數定義、賦值表達式、在for
陳述式頭部中和各種as
關鍵字之後的識別碼目標(target),as
關鍵字出現在import
陳述式、with
陳述式、except
子句、except*
子句和結構式模式匹配的as
模式之中。
作用域定義一個名字在一個塊中的可見性。如果一個局部變數被定義在一個塊中,它的作用域包括這個塊。如果這個定義出現在一個函數塊中,作用域擴充到在所界定作用域內包含的任何塊,除非所包含的塊為這個名字介入了不同的繫結。當一個名字在一個程式碼塊之中使用,它採用最近包圍作用域來解析。對一個程式碼塊可見的所有這種作用域的集合,叫做這個這個塊的「環境」[116]。
如果一個名字繫結在一個塊中,並且在其中於繫結之前就被使用,會導致一個錯誤。[h]
如果global
陳述式出現在一個塊之中,在這個陳述式中指定的所有名字,提及在頂層名字空間中這些名字的繫結。名字在頂層名字空間解析,首先尋找全域名字空間,未果尋找內建名字空間。global
陳述式與在同一個塊中的名字繫結運算有同樣的作用域。如果一個自由變數的最近包圍作用域包含針對它的global
陳述式,這個自由變數被當作全域的[116]。[i]
當一個函數或類的定義被巢狀到其他函數的定義之內,它的非局部作用域就是這個包圍函數的局部作用域。nonlocal
陳述式導致其列出的識別碼,提及在非局部作用域內先前繫結的名字(即非局部變數)[116]。[j]
表達式
[編輯]Python中很多表達式與C語言和java類似,而另一些則與之不同。
- 在Python中,算術運算的加法
+
、減法-
、乘法*
和取模%
是與C語言和java相同的,但是除法的行為不同。在Python中有兩種除法,它們是下取整除法(或整數除法)//
和浮點除法/
。Python增加了指數算符**
。自從Python 3.5,介入了矩陣乘法算符@
[118],它已經用於了NumPy庫[119]。
- 在Python中,有如下必須用於整數的位運算:
&
與(AND),|
或(OR),~
非(NOT),^
異或(XOR),>>
右移,<<
左移。
- 在Python中,有如下比較運算:大於
>
,小於<
,等於==
,不等於!=
,小於等於<=
,大於等於>=
。==
按值比較。Python的is
、is not
算符可以用來比較對象的同一性(按參照比較),也就是比較兩個變數是否參照了同一個對象。而in
、not in
用於判斷一個對象是否屬於另外一個對象。在Python中,比較是可以連結起來的[120],比如a < b < c
。
- 在Python中,由逗號
,
分隔的一組表達式,叫做表達式列表。Python為構造列表、字典或集合,提供了叫做「顯示」的特殊語法,它們每個都有兩種方式:包容內容要麼顯式列舉出來;要麼通過一組迴圈和過濾指令計算而來,這叫做「推導式」。列表顯示是包圍在方括號中的可以為空的一系列表達式,一個例子列表可寫為[1,2,3]
。字典顯示是包圍在花括號中的可能為空的一系列的鍵/數據項對。集合顯示用花括號來指示,與字典顯示的區別是缺少分隔鍵與值的分號[121]。自從Python 3.5,增加了在表達式列表中的「可迭代解包」*
,和在字典顯示中的「字典解包」**
[122]。[k]
- 在Python中,加圓括號形式(parenthesized form),是包圍在圓括號中的一個可選表達式列表。加圓括號的表達式列表產生的東西,就是這個表達式列表所產生的:如果這個列表包含至少一個逗號,它產生一個元組;否則它產生構成這個表達式列表的那個單一表達式[124]。一個例子元組可寫為
(1,2,3)
。元組不是圓括號形成的,而是使用逗號形成的,在沒有歧義的情況下,元組的圓括號是可選的。空的圓括號對產生空元組對象。使用序列串接算符+
來串接二個元組,產生包含給定元組二者的元素的一個新元組。
- Python支援在序列對象(比如字串、元組或列表)上的下標(subscription)表達式:
a[索引]
,和分片表達式:a[开始:停止]
或a[开始:停止:步长]
。下標索引是基於零的,負數是相對於結尾的。分片範圍自從「開始」索引,直到但不包括「停止」索引。分片的第三個參數叫做「步長」(step)或「間隔」(stride),允許元素被跳過和用負數指示反向。分片索引可以省略,例如a[:]
,這返回整個列表的一個複本。[o]分片的每個元素都是淺層複製的。
- Python的條件表達式表示為
x if c else y
。意思是當c
為真時,表達式的值為x
,否則表達式的值為y
。 在運算元的次序上不同於很多其他語言中常見的c ? x : y
。
- 自從Python 3.8,介入了賦值表達式,其記號是
:=
[62]。它將一個表達式賦值給一個識別碼,同時還返回這個表達式的值。賦值表達式在用作子表達式,即位於分片表達式、條件表達式、lambda
表達式、關鍵字參數中的表達式和推導式中的if
表達式之中,以及在assert
和with
陳述式之中的時候,必須圍繞着圓括號。在它們可以使用的所有其他地方,包括在if
和while
陳述式之中,都不要求圓括號[125]。
Python中運算子具有優先級,下表中的運算子按照從最高到最低的次序列出。在相同儲存格中運算子具有相同的優先級,它們從左至右結合,除了指數表達式和條件表達式從右至左結合之外[126]:
運算子 | 描述 |
---|---|
(表达式...) ,[表达式...] ,{键: 值...} ,{表达式...} |
加圓括號表達式,列表顯示,字典顯示,集合顯示 |
x[索引] ,x[索引:索引] ,x(参数...) ,x.特性 |
下標,分片,呼叫,特性參照 |
await x |
await 表達式
|
** |
指數 |
+x ,-x ,~x |
取原數,相反數,逐位NOT |
* ,@ ,/ ,// ,% |
乘法,矩陣乘法,除法,下取整除法,餘數 |
+ ,- |
加法和減法 |
<< ,>> |
移位 |
& |
逐位AND |
^ |
逐位XOR |
| |
逐位OR |
in ,not in ,is ,is not ,< ,<= ,> ,>= ,!= ,== |
包含成員關係測試,同一測試,各種比較 |
not x |
布林NOT |
and |
布林AND |
or |
布林OR |
if – else |
條件表達式 |
lambda |
lambda表達式 |
:= |
賦值表達式 |
Python提供了序列串接算符+
和序列倍增算符*
[127]。自從Python 3.9,介入了字典合併算符|
和字典更新算符|=
[128]。
Python的文字序列類型,包括字串str
和位元組序列bytes
與bytearray
。字串文字有多種寫法,字串對象有一個內建格式算符%
:
- 短字串文字,由單引號
'
或雙引號"
界定。不同於Unix shell、Perl和受Perl影響的語言,單引號和雙引號功能相同。這二種字串都使用反斜槓\
作為跳脫字元。
- 字串文字或位元組文字都可選的能字首上一個
r
或R
,這叫做原始字串。跳脫序列不被直譯,因此在文字反斜槓常見的地方很有用,比如正則表達式和Windows風格的路徑。[r]這種引述可比較於C#中的「@
引述」。
- Python中的「字串格式」算符
%
,在功能上類同於C語言中的printf
格式化字串[130],例如"spam=%s eggs=%04d" % ("blah", 2)
,求值為'spam=blah eggs=0002'
。自從Python 3.0,str
類提供了可供替代的format()
方法[131],例如"spam={0} eggs={1:04d}".format("blah", 2)
。在Python 3.6中,提供了「格式化字串文字」或稱為「f字串」,它向字串文字字首上f
或F
[132],這是一種字串插值[133],例如x="blah"; y=2; f'spam={x} eggs={y:04d}'
。[t]
在Python中,在表達式和陳述式之間的區別是嚴格強制性的,這對比於語言如Common Lisp、Scheme或Ruby。故而Python中個別構造存在功能重複,比如:列表推導式相當for
迴圈;條件表達式相當if
陳述式;內建函數eval()
相當exec()
,前者用於表達式,後者用於陳述式。
陳述式不能成為表達式的一部份,由於列表和其他推導式或lambda表達式,都是表達式,也就不能包含陳述式。這個限制的一個範例:賦值陳述式比如a = 1
,不能用作條件陳述式的條件判斷表達式的一部份;這能夠避免C語言程式中的一個常見錯誤,即在條件判斷時把等於算符==
誤寫為賦值算符=
,這不是預期程式碼卻在語法上有效而能通過編譯器檢查,在Python中這會導致一個語法錯誤。
函數
[編輯]Python的函數支援遞歸和閉包[u] ,及其他頭等函數特徵,但不支援函數多載。Python的函數作為頭等對象,具有和普通對象平等的地位。Python官方實現不提供尾呼叫最佳化或頭等續體,吉多·范羅蘇姆曾聲稱永遠都不會加以支援[134],但有第三方庫支援彈跳床[135]。
Python可以在函數定義時,於形式參數序列中,指定形式參數預設值,即以param=value
樣式進行一次性初始化。形式參數在初始化之後,保持既有繫結;函數的後續呼叫,可繼續對它進行訪問或變更。[v]為有預設值的形式參數提供實際參數,在函數呼叫時是可選的。
Python的函數實際參數與形式參數之間的結合,是傳遞「對象參照」,函數在被呼叫的時候,給函數呼叫的實際參數,被介入到一個局部符號表中,實際參數使用傳值呼叫來傳遞,而這個值總是對象參照,而非這個對象的值[136]。如果形式參數繫結到一個可變的對象,則通過形式參數對此對象內容的修改,在函數外也是可見的。如果形式參數繫結到一個不可變的對象,則通過形式參數是不能修改此對象內容,但可以把形式參數重新繫結到其它對象上,這並不影響函數外的對象的值。[w]
Python支援位置實際參數和關鍵字實際參數。函數呼叫時,實際參數可以如同C語言那樣,按照位置與形式參數匹配;也可以採用命名參數或稱為關鍵字實際參數,即kwarg=value
樣式的實際參數。使用不對應實際參數的特殊形式參數/
和*
,可以將參數序列分為三部份:唯位置參數[137]、可位置可關鍵字參數和唯關鍵字參數。有預設值的形式參數之後,不能跟隨無預設值的可位置形式參數。[x]在一個函數呼叫的實際參數序列中,關鍵字實際參數必須出現在位置實際參數之後。
在位置和關鍵字形式參數序列末尾,可以分別有*args
或**kwargs
這樣的形式參數,它們對應於在函數呼叫時提供的,超出形式參數序列規定而無所對應的多個實際參數;在形式參數名字前加一個*
號,該形式參數args
是tuple
類型,對應可變數目的位置實際參數;在形式參數名字前加**
號,該形式參數kwargs
是dict
類型,對應可變數目的關鍵字實際參數。[y]如果位置實際參數已經在一個序列類型如列表或元組的對象中,在參照它的變數前加一個*
號傳遞給函數,則其中所有元素解包為多個位置實際參數;如果關鍵字實際參數在字典中,則加**
號來傳遞給函數。
修飾器(decorator)可用來修改一個函數、方法或類別定義的任何可呼叫Python對象。將已定義的原來對象傳遞給修飾器,它返回一個修改後的對象,接着把它繫結到在定義中那個名字。Python修飾器部份受到Java註解的影響,而有類似的語法;修飾器語法是純粹的語法糖,使用@
作為關鍵字形成修飾詞。修飾器是一種形式的元程式設計,它們增強它們所修飾的函數或方法的行動。[z]
多個修飾器可以連結起來,通過在毗連的行上放置多個修飾詞,或者使用中間變數。[aa]
函數修飾器的正規用法包括:用來建立類別方法或靜態方法[55]、設置先決條件和後置條件、實現多方法、增加函數特性、跟蹤、同步[138];此外更遠大的用法包括:尾呼叫消除、記憶化[139]。
為了增強程式碼的可讀性,可以在函數後書寫「文件字串」(簡稱docstrings),用於直譯函數的作用、參數的類型與意義、返回值類型與取值範圍等。可以使用內建函數help()
,列印出函數的使用幫助。[ab]自從Python 3.0,函數可以對參數與返回值增加類型標註[140]。此特性可方便對原始碼進行更深入的分析。[ac]自從Python 3.5,開始支援類型提示[141]。
對象及其方法
[編輯]Python支援大多數物件導向程式設計技術。在Python中所有東西都是對象,包括類、函數、數和模組。它允許多型性,不只是在類層級之內,而且通過採用鴨子型別的方式[3]。任何對象可以用於任何類型,只要它有適當的方法和特性(attribute)就能工作。Python天然支援類的繼承包括多重繼承,為此採用C3線性化或方法決定次序(MRO)演算法,還支援混入。Python支援元類[142],自從Python 3.6,提供了客製化類建立的簡單機制[143]。
Python使用名字修飾,有限的支援私有變數。對象的(可寫)特性可以被提取為一個字典[144]。在Python中,不強制使用訪問子與變異子方法,來訪問數據成員的物件導向程式設計信條。就像Python提供函數式程式設計構造,但不嘗試要求參照透明性一樣,它提供對象系統,但不要求物件導向程式設計行為。
對象的方法,是附屬於這個對象的類的函數。對於正常的方法和函數,語法instance.method(arguments)
,是Class.method(instance, arguments)
的語法糖。Python的方法有顯式的self
形式參數,用來訪問實例數據;這借鑑自Modula-3,對立於隱式的self
或this
關鍵字,它們用在其他一些物件導向程式設計語言,比如C++、Java、Objective-C或Ruby之中[145]。在Python中,self
可以被看作是一個習慣用法,它可以被換為任何其它合法的參數名。[ad]
Python提供了super()
內建函數,在一個類的方法中呼叫此函數返回一個代理(proxy)對象,它將其方法呼叫委託給這個類的父類別或兄弟類[146],當一個子類的方法覆蓋了超類方法的時候,可通過呼叫super().method
,來呼叫與子類的self.method
方法同名超類別方法。[ae]
Python支援一些以__
開始和結束的特殊方法名,它們用於實現運算子多載,以及實現多種特殊功能[73]。在Python中,可以通過定義特殊方法來多載運算子,比如在一個類上定義__add__()
,將允許在這個類別的實例上使用+
算符。
在Python中,定義了一個或多個特殊方法__get__()
、__set__()
、__delete__()
的類,可以用作描述器(descriptor)[147]。建立一個描述器的實例,作為另一個類的一個類別成員,使得這個實例成為此另一個類的屬性(property)。使用與特性(attribute)訪問相同的語法,訪問一個實例對象中的這個成員屬性。[af]
Python允許通過使用@classmethod
和@staticmethod
修飾詞,來分別建立類別方法和靜態方法[55]。給類別方法的第一個實際參數,是對類對象的參照,而非對實例的self
參照。靜態方法沒有特定的第一個實際參數,實例或類對象,都不固定的傳遞給靜態方法。[ag]
Python的property
內建函數,將一個類中特殊定義的訪問一個特性的那些方法,包裝成的這個類的一個屬性[148]。[ah]
類型
[編輯]Python使用鴨子型別,並擁有有類型的對象,和無類型的變數名字。在編譯期不檢查類型約束,而寧願在一個對象上的操作出現可能的失敗,表現出這個給定對象不具有適合的類型。儘管是動態型別系統,Python卻是強型別的,禁止沒有明確定義的操作(比如加一個數到一個字串),而不是默默的去嘗試轉換使其有意義。Python支援廣泛的類型和類的內省。類型是type
的實例,可以被讀取和比較。
Python有着範圍廣泛的基本資料類型。同時具備常規的整數和浮點算術,它透明的支援任意精度算術、複數和十進制浮點數。Python支援種類繁多的字串操作。在Python中,字串是不可變的,所以在其他程式語言中可能就地改變字串的字串操作,比如字元替換,在Python中返回新的字串。
Python有一個非常有用特徵,就是搜集(或稱容器)類型的概念。一般的說,搜集是以一種易於參照或索引的方式,包含其他對象的對象。搜集有二種基本形式:序列和對映。Python對建立容器類型的對象有着語法上的支援。[ai]Python還提供了廣泛的搜集操縱能力,比如內建的包含元素檢查和通用迭代協定。
有次序的序列類型是列表(動態陣列)、元組和字串。所有序列類型都是位置索引的(從0
到长度−1
),並且除了字串,都可以包含任意類型的對象,在同一個序列中包括多種類型的對象。字串和元組是不可變的,使得它們成為字典的鍵的完美候選者。在另一方面,列表是可變的,元素可以被插入、刪除、修改、添加或就地排序。
在另一方面,對映是以「字典」形式實現的無次序的類型,它將一組不可變的鍵,對映到相應的元素上(非常像數學函數)。在字典中的鍵,必須是不可變的Python類型,比如整數或字串,因為在底層它們是通過雜湊函數實現的。字典還是語言內部的中心,因為它們居於所有Python對象和類的核心:在變數名字(字串)和這個名字所參照的值之間的對映,就儲存為字典,而這些字典可以通過對象的__dict__
特性直接訪問。
集合搜集類型,在版本2.4中被增加入語言核心。集合是無索引、無次序的搜集,它包含唯一性的不可變對象作為元素,並且實現了集合論運算,比如併集|
、交集&
、相對補集-
、對稱差^
,和子集測試<=
、真子集測試<
、超集測試>=
、真超集測試>
。有二種類型的集合:可變的set
和不可變的frozenset
。
Python允許程式者使用類,定義自己的類型[51],類是在物件導向程式設計中最經常使用的。類的新實例,是通過呼叫這個類的構造器而建立的,而類都是元類type
的實例,type
是type
元類自身的實例,這允許了元程式設計和反射。[aj]
在版本3.0之前,Python有兩種類:舊式的和新式的[150]。二種樣式的語法是一樣的,不同在於是否直接或間接的繼承自類object
,所有新式類都從object
繼承,並且是type
的實例。在Python 2系列2.2以上,二種類都可以使用[51]。在Python 3.0中淘汰了舊式類。
長期規劃是支援漸進類型[5],並且自從Python 3.5,語言的語法允許指定靜態型別,但在預設實現CPython中不檢查它們[141]。有叫做「mypy」的可選的靜態型別檢查器,支援編譯期型別檢查[151]。
類型 | 可變性 | 描述 | 語法例子 |
---|---|---|---|
bool
|
不可變 | 布林值,有表示值False 和True 的兩個對象。作為整數類型numbers.Integral 的子類型,它們在幾乎所有上下文中,表現得如同0 和1 ,除了在轉換成字串時轉換為"False" 和"True" 之外。
|
True False
|
int
|
不可變 | 整數,其大小在理論上無限制,實際上受限於主記憶體[152]。 | 42
|
float
|
不可變 | 雙精度浮點數,確切精度依賴於機器。一般實現為IEEE 754標準binary64浮點數,它有53個二進制有效數碼精度[153]。 | 1.414
|
complex
|
不可變 | 複數,即分別表示實部與虛部的兩個雙精度浮點數的有序對。 | 3+2.7j
|
range
|
不可變 | 數的序列,通常用在for 迴圈中指定迴圈次數[154]。
|
range(1, 10) range(10, -5, -2)
|
str
|
不可變 | 字串,即Unicode程式碼點序列。字串中的程式碼點都在範圍U+0000..U+10FFFF 之內。Python沒有char 類型,這些程式碼點都表示為長度為1 的字串對象。
|
'Wikipedia'
"Wikipedia"
"""Spanning
multiple lines"""
|
bytes
|
不可變 | 位元組序列,其專案是8位元位元組,用範圍0 <= x < 256 的整數表示。
|
b'Some ASCII' b"Some ASCII" bytes([0x53, 0x74, 0x72])
|
bytearray
|
可變 | bytearray(b'Some ASCII') bytearray(b"Some ASCII") bytearray([0x53, 0x74, 0x72])
| |
list
|
可變 | 列表,可以包含任意的Python對象。 | [4.0, 'string', True] []
|
tuple
|
不可變 | 元組,可以包含任意的Python對象。只有一個專案的元組,可以通過向表達式字尾一個逗號來形成。 | (4.0, 'string', True) ('single element',) ()
|
dict
|
可變 | 鍵-值對的關聯陣列(常稱為字典),即由任意索引集合來索引的對象的有限集合。不可接受為鍵的值,是列表或字典,或按值而非對象同一性比較的其他可變類型的值,其雜湊值不能保持恆定。 | {'key1': 1.0, 3: False} {}
|
set
|
可變 | 無序有限集合,包含唯一性的不可變的對象,它們不能用任何下標來索引。 | {4.0, 'string', True} set()
|
frozenset
|
不可變 | frozenset([4.0, 'string', True])
| |
types.EllipsisType
|
不可變 | 這個類型有一個單一對象作為值,它通過文字... 或內建名字Ellipsis 來訪問,它的真值為真。它用於NumPy多維陣列索引[155]。
|
... Ellipsis
|
types.NoneType
|
不可變 | 這個類型有叫做None 的一個單一對象Null 作為值[156],它被用來指示值的缺席,比如不返回任何東西的函數返回它,它的真值為假。
|
None
|
types.NotImplementedType
|
不可變 | 這個類型有一個單一對象NotImplemented 作為值。數值方法和細化比較方法,在它們仍未對提供的運算元實現這個運算之時,返回這個值。它不應該在布林值上下文中求值。
|
NotImplemented
|
除了各種資料類型,Python直譯器還內建了很多其他類型,包括可呼叫類型:用戶定義函數、實例方法、生成器函數、協程函數、非同步生成器函數、內建函數、內建方法、類、類別方法;模組,客製化類,類別實例,I/O對象(也叫做檔案對象),和暴露給用戶的一些內部類型:程式碼對象、框架對象、溯回對象、切片對象、靜態方法對象、類別方法對象。
算術運算
[編輯]Python的算術運算,使用平常的符號+
、-
、*
、/
和模除%
。它還有下取整除法算符//
、指數算符**
和矩陣乘法算符@
[118]。二元運算先將兩運算元轉為共同類型,加法、減法、乘法、下取整除法和指數運算的結果也採用此類型,比如5**3 == 125
而9**0.5 == 3.0
。這些算符就像在傳統數學中一樣運算,具有同樣的優先級規則,中綴算符+
、-
,還可以分別表示取原數和取相反數的一元算符。
被稱為「真除法」的/
的表現,隨着版本不同而有着顯著變化[157]。自Python 3.0以來,/
總是產生浮點數結果,包括兩個整數相除,比如5/2 == 2.5
;而在下取整除法//
中,兩個整數相除產生整數,比如7//3 == 2
而7.5//3 == 2.0
。
下取整除法//
的修約是朝向負無窮的。向下取整能增加一致性[158],例如這意味着等式(a + n)//n == a//n + 1
總是為真。模除%
所得出的餘數的符號同於除數,比如-4%3 == 2
而4%-3 == -2
。其它多數程式語言比如C99採用截尾取整規則,餘數的符號同於被除數。模除運算結果餘數的定義,確使等式a == (a//n)*n + a%n
對於a
和n
分別為正數或負數的情況都是有效的[159]。餘數可以為負數,顯著不同於在數學中的歐幾里得除法規則下,餘數總是非負數的情況。
Python提供了round()
內建函數,用於把一個浮點數修約成最近的整數[160],自Python 3.0以來,為了打破平局它採用了IEEE 754的約半成偶規則:round(1.5)
和round(2.5)
都產生2
。
Python允許由比較運算連結起來的布林表達式,表現得如在數學中常用的一樣。比如表達式a < b < c
,測試a < b and b < c
[120]。C語言將它解析為(a < b) < c
:即首先求值a < b
,其結果為0
或1
,接着把這個結果比較於c
[161]。
Python對所有整數運算,使用任意精度算術。在decimal
模組中的Decimal
類[162],提供十進制浮點數,具有用戶可按需要而更改的預設28個十進制有效數碼精度,並有多種修約方式[163]。在fractions
模組中的Fraction
類,提供任意精度的有理數[164]。第三方庫gmpy2[165],提供了到任意精度計算庫GMP/MPIR、MPFR和MPC的介面。
除了求絕對值函數abs()
列入內建函數之外,大多數數學函數,處於math
和cmath
模組內。前者用於實數運算,而後者用於複數運算。[ak]由於Python有着廣泛的數學庫,特別是第三方庫NumPy進一步擴充了原生能力,Python經常被用作科學手稿語言,來處理如數值數據處理和操縱等問題[166][167]。
標準庫
[編輯]Python擁有一個強大的標準庫[168]。Python標準庫包括了如下功能:
程式碼實例
[編輯]一個在標準輸出裝置上輸出Hello World的簡單程式,這種程式通常作為開始學習程式語言時的第一個程式,可將如下程式碼錄入純文字檔案並隨意命名比如program01.py
,然後執行這個程式python3 program01.py
:
print("Hello, world!")
Python也可以單步直譯執行。執行Python直譯器進入互動式命令列的環境,你可以在提示符號>>>
旁輸入print("Hello, world!")
,按Enter鍵輸出結果:
>>> print('Hello, world!')
Hello, world!
計算正數的階乘的程式碼:
n = int(input('輸入一個數,就會印出其階乘: '))
if n < 0:
raise ValueError('錯誤,請輸入一個非負整數')
fact = 1
for i in range(2, n + 1):
fact *= i
print(fact)
注意,在Python 3.0及以上版本中,print
是個函數,需要在要列印的字串前後加上圓括號;在Python 2.6以下版本中,print
是一個關鍵字和命令而不加圓括號。
實現
[編輯]Python是一門跨平台的手稿語言,Python規定了一個Python語法規則,根據該規則可編寫Python直譯器[169]。Python屬於動態語言,其官方實現將Python程式編譯成中間形式的位元組碼[170],並接着在它的虛擬機器上執行[171],相較於C/C++和java的等編譯語言而言執行速度較慢[172]。
- 活躍開發的實現
- CPython:官方的直譯器,需要區別於其他直譯器的時候才以CPython稱呼。CPython預設採用全域直譯器鎖(GIL),以確保在任何時刻只有一個線程執行Python位元組碼;一些擴充模組被設計為在進行計算密集任務時釋放GIL,還有在進行I/O時總是釋放GIL[173]。
- PyPy:用RPython編寫的Python實現,相容至CPython版本3.10和2.7,它採用了跟蹤JIT,預設支援stackless模態。
- MicroPython:為微控制器而最佳化的Python 3變體,它實現了完整的Python 3.4語法,和補充自版本3.5的
async/await
關鍵字,和後來版本的一些選定特徵;它提供了實現Python標準庫模組功能子集的內建模組,和特定於微控制器的一些模組。CircuitPython是Adafruit開發的MicroPython分叉。 - Codon:使用了LLVM的高效能Python編譯器[174],它將Python程式碼編譯成本機機械碼,不帶有任何執行時開銷並且支援本機多線程,它的語意在資料類型等方面上與CPython有所不同[175],它由MIT CSAIL的研究人員開發[176]。
- Pyodide:基於WebAssembly/Emscripten的用於瀏覽器和Node.js的Python釋出[177],支援任何在PyPI上
wheel
形式的純Python包,並且已經移植了很多具有C語言擴充的包。 - RustPython:用Rust編寫的Python直譯器[178],它可以嵌入到Rust應用程式中從而將Python用作手稿語言,還可以被編譯成WebAssembly從而在瀏覽器中執行Python程式碼。
- Brython:用JavaScript編寫的在瀏覽器中執行的Python實現[179],具有到DOM元素和事件的介面。
- 到其他語言的交叉編譯器
- Cython:最佳化靜態編譯器,將Python超集編譯成C語言或C++。Cython補充支援呼叫C語言函數並且在變數和類特性上聲明C語言類型,還支援以OpenMP為後端的本機多線程並列[180]。
- Numba:使用LLVM的JIT編譯器,將包括很多NumPy函數的聚焦數值計算的Python子集,翻譯成快速的機械碼,它為在CPU和GPU上並列化Python程式碼提供了大量選項。
- mypyc:將Python模組編譯成C擴充的編譯器[181],它使用標準的Python類型提示生成快速程式碼。mypyc是mypy發行的可選依賴,它使用mypy進行型別檢查和類型推論[151]。
- Pythran:將聚焦於科學計算的Python子集編譯成C++11的提前編譯器[182],它依賴於Boost和xsimd庫,將標註了介面描述的Python模組編譯為本機共用庫模組,能利於上多核和SIMD指令單元。
- Nuitka:用Python編寫的到C11(或替補為C++03)的最佳化編譯器[183],它依賴於CPython的
libpython
庫,能完成嵌入所有模組的程式編譯、擴充模組及包編譯和獨立模態程式釋出。 - Transcrypt:用Python編寫的Python 3.9到JavaScript編譯器[184],用於在瀏覽器中執行Python程式碼,它被預先編譯為高可讀性且高效的JavaScript程式碼。
- MyHDL:將Python編譯成Verilog或VHDL[185]。
其他實現舉例:Jython,它是用Java實現的Python 2.7。IronPython,它是建造在DLR之上的Python 2.7和Python 3.4實現。Stackless Python,它是實現微線程的CPython 3.8分叉。Pyston,它是具有JIT等效能最佳化的CPython 3.8.12的分叉[186]。Pyjion,將Python程式碼編譯成本機CIL的CPython 3.10的JIT擴充[187]。Cinder,它是Meta孵化器釋出的具有包括JIT等很多最佳化的CPython 3.10分叉[188]。
開發環境
[編輯]通用文字編輯器
[編輯]很多並非整合式開發環境軟體的文字編輯器,也對Python有不同程度的支援,並且加上專門為Python設計的編輯器外掛程式也會有很高的可用性。
專用開發環境
[編輯]適用於Python的整合式開發環境(IDE)軟體,除了標準二進制釋出包所附的IDLE之外,還有許多其他選擇。其中有些軟體設計有語法着色、語法檢查、執行偵錯、自動補全、智能感知等便利功能。由於Python的跨平台出身,這些軟體往往也具備各種作業系統的版本或一定的移植性。
- IDLE:Python「標準」IDE,一般隨Python而安裝,支援較少的編輯功能,偵錯功能也比較弱。
- Eric:基於PyQt的自由的IDE,支援自動補全、智能感知、自動語法檢查、工程管理、svn/mercurial整合、自動單元測試等功能,具有可延伸的外掛程式系統,通過可選外掛程式支援Git整合。偵錯功能與Visual Studio和Eclipse類似。
- Spyder:開源的跨平台科學計算IDE。
- PyScripter:功能較全的開源IDE,使用Delphi開發。
- PyCharm:由JetBrains公司出品,具備一般IDE的功能,比如偵錯、語法突顯、Project管理、程式碼跳轉、智能提示、自動完成、單元測試、版本控制等等,另外,它還提供了一些功能用於Django開發,同時支援Google App Engine,還支援IronPython。它是商業軟體,但也具有社區版和教育版。
- Thonny:適用於程式初學者的IDE。
- Wing IDE:商業軟體,有免費的功能有限的Wing 101。
第三方擴充包
[編輯]Python社群提供了大量的功能覆蓋眾多領域的第三方模組,其使用方式與標準庫類似。第三方模組可以使用Python/Cython或者C語言編寫。軟體工具SWIG和SIP,通過定義介面檔案或規定檔案的方式,可以將C/C++編寫的程式庫包裝為Python模組。Python直譯器本身也可以被整合到其它需要手稿語言的程式內。
Python包索引是公開的軟件套件線上倉庫。pip是官網推薦的以安全方式安裝Python應用及其依賴軟件套件的最流行工具[189]。要安裝在整個作業系統範圍內共用的Python包,現在需要通過作業系統的軟件套件管理系統。要將特定於應用的依賴包隔離於共用的Python安裝,可以使用標準庫的venv[190]或第三方工具virtualenv[191]建立虛擬環境;第三方工具pipenv,能自動為用戶專案建立和管理虛擬環境,並在安裝/卸裝軟件套件的時候,向此專案的Pipfile檔案增加/移除這個軟件套件[192]。
網絡服務
[編輯]Python定義了WSGI標準應用介面,來協調HTTP伺服器與基於Python的Web程式之間的溝通。比如,通過mod_wsgi模組,Apache可以運行用Python編寫的Web程式。Zope是著名的用Python編寫的開源的Web應用伺服器。Tornado是用Python語言寫成的非阻塞式web伺服器,也是輕量級的Web框架。
Python對於各種網絡協定的支援很完善,因此適用於編寫伺服器軟體、網絡爬蟲等Web開發。用Python編寫的一些Web框架,有助於輕鬆地開發和管理複雜的Web程式。著名的第三方Web框架和函式庫:
- Django:MTV架構[193]的Web開發框架,注重組件的重用性和「可插拔性」、快速開發和DRY法則。
- Pyramid:極簡主義的Web框架,不預定持久化方式。
- Flask:微Web框架,不要求特定的工具或庫。
- PyScript:建立在瀏覽器內的Python應用的框架[194],這些應用能使用HTML介面和已編譯成WebAssembly的Pyodide或MicroPython,以及當代Web技術。
- Twisted:事件驅動的網絡程式框架。它支援多數標準的網絡協定(包含客戶端和伺服器),並且提供了多種工具,適用於編寫高效能的伺服器軟體。
- Requests:適合於常人使用的HTTP庫,封裝了許多繁瑣的HTTP功能,極大地簡化了HTTP請求所需要的程式碼量。
- Beautiful Soup:用來解析HTML/XML的一個簡單易用Python包。
- uvloop:是對內建
asyncio
事件迴圈的快速的、直截了當的替代者[195],它用Cython實現並在底層使用了libuv。 - aiohttp:基於
asyncio
的HTTP客戶端和伺服器二者[196]。
圖形化使用者介面
[編輯]Python本身包含了Tkinter庫,它是Python的業界標準GUI並被整合進入了IDLE。Tkinter基於了Tcl命令工具,能夠支援簡單的GUI開發。但是為了讓所開發的軟體執行速度更快,並與用戶的桌面環境更契合,人們一般會選擇採用第三方GUI庫或框架。著名的第三方GUI庫:
- PyQt:Qt的Python繫結庫,由Riverbank Computing公司自從1998年發行,採用GPL特許條款或商業特許條款。
- PySide:Qt的Python繫結庫,由Qt公司自從2009年發行,採用LGPL特許條款。
- PyGObject:替代了PyGTK,它是為Python程式訪問基於GObject的庫而提供的包裝庫[197],GObject是GTK、GIO和GStreamer等庫使用的對象系統。
- Kivy:用於開發多點觸控應用軟體的開源Python庫,採用了自然用戶介面(NUI)。
- WxPython:GUI程式框架wxWidgets的Python包裝庫,它與MFC的架構相似。
- PySimpleGUI:將Tkinter、Qt、WxPython和Remi[198]的GUI框架變換成簡單的介面[199]。
- Gooey:將幾乎所有Python 3控制台程式用一行程式碼轉變成GUI應用[200]。
- Dear PyGui:快速而強力的具有極小依賴性的GUI工具箱[201]。
- pywebview:輕量級跨平台的對WebView構件的包裝器,允許在其本地GUI窗口中顯示HTML內容[202]。
數據科學
[編輯]重要的數據科學用第三方軟體庫有:
- NumPy:Python的基礎性的科學計算軟體庫,它提供了強力的多維陣列對象,廣播式陣列運算[203],整合C/C++和Fortran程式碼的工具,較為有用的線性代數、傅里葉變換和亂數功能。
- SciPy:用於數學、科學和工程的Python軟體庫,它以NumPy的多維陣列作為基本數據結構,所包含的模組針對了:統計、最佳化、數值積分、常微分方程求解、插值、線性代數、傅里葉變換、訊號處理、圖像處理等。
- CuPy:NumPy/SciPy相容的GPU加速的陣列庫[204],它可在NVIDIA CUDA或AMD ROCm平台上充當其直截了當的替代者,來執行現存的NumPy/SciPy程式碼。
- matplotlib:基於NumPy的綜合性繪圖庫,用於建立靜態的、動畫的和互動式的數據視覺化。
- pandas:用於數據分析和數據操縱的軟體庫,它建造在NumPy基礎上,提供了加標籤數據結構「數據幀」[205],和統計函數等。它的預設繪圖後端是matplotlib,還可以擴充上第三方繪圖後端[206]。
- Dask:伸縮範圍從手提電腦至電腦叢集的平行計算庫[207],它提供的用戶介面鏡像了PyData生態系統中pandas、scikit-learn和NumPy的API。
數據視覺化
[編輯]- VisPy:高效能互動式2D/3D數據視覺化庫[209],它通過多種後端OpenGL庫之一來顯示非常大的數據集,並提供叫做gloo的受用NumPy的Python風格OpenGL ES 2.0介面。
- glumpy:用於科學數據視覺化的快速、可伸縮的Python庫[210],它基於了NumPy和OpenGL繫結庫PyOpenGL。
- seaborn:基於matplotlib的數據視覺化庫[211],它提供了繪製統計圖形的高層介面。
- Vega-Altair:建造在Vega-Lite JSON規定之上的聲明式統計視覺化庫[212]。
- Bokeh:針對現代Web瀏覽器的互動式數據視覺化庫[213],它在大型或串流的數據集上提供高效的互動性。
- plotly:互動式開源的基於瀏覽器的圖形繪製庫[214],它是建造在plotly.js之上的聲明式圖表庫。
- Dash:數據應用和儀錶板框架,它可將現代用戶介面元素如下拉選單、滑動條和圖形,直接連結至分析型Python程式碼[215],它由Plotly公司出品,基於了React、Flask和plotly.js[216]。
- Panel:數據探索和Web應用框架,它能無縫的整合於PyData生態系統,提供互動式數據表格和視覺化等功能[217],它是HoloViz生態系統的成員[218],這個工具組還包括了:hvPlot、HoloViews、GeoViews、Datashader、Lumen、Param和Colorcet。
- Streamlit:迅速將Python指令碼轉變為可共用Web應用的框架[219]。
- Voilà:將Jupyter Notebook轉變為獨立的Web應用的框架[220]。
機器學習
[編輯]基礎性的機器學習軟體庫及框架有:
- scikit-learn:機器學習軟體庫,它提供的功能包括:監督學習中的分類和回歸,無監督學習中的聚類和降維,還有模型選擇和數據預處理。它基於了NumPy、SciPy、輕量級管道庫Joblib[221]和線程池控制庫threadpoolctl[222],其繪圖功能依賴於matplotlib,還用到了scikit-image、seaborn和plotly。
- PyMC:基於從Theano分叉出的PyTensor的概率程式庫,它用於建立貝葉斯統計模型,並使用馬爾可夫鏈蒙特卡洛(MCMC)方法進行模型擬合。
- TensorFlow:Google開發的「端到端」開源機器學習平台,它提供了Python API[223],其中實現了Keras API[224]。Keras現在是在TensorFlow 2上建立的深度學習高層API。
- PyTorch:Meta在Torch基礎上開發的開源的Python軟件套件,提供了具有強大的GPU加速的張量計算,和建立在基於tape的自動微分系統上的深度神經網絡。
- JAX:Google開發的開源機器學習框架,其核心是可任意組合的對數值純函數的變換[225],它結合了修改版本的針對NumPy的自動微分庫Autograd[226],和TensorFlow中的加速線性代數庫XLA[227],它使用XLA來在GPU和TPU上編譯和執行NumPy程式。
其它種類
[編輯]- pegen:Python的PEG解析器生成器[228]。
- PeachPy:採用高層Python的可移植高效x86-64組譯程式碼生成器[229]。
- llvmlite:輕量級的LLVM的Python繫結,用於編寫即時編譯器[230]。
- SymPy:支援數學符號運算的軟體庫,用於提供電腦代數系統。
- SimPy:基於由Python生成器函數定義的行程的離散事件模擬框架[231]。
- ModernGL:不同於PyOpenGL[232],ModernGL是在OpenGL 3.3+核心上的Python包裝器[233],它簡化了簡單圖形應用如科學模擬、遊戲和用戶介面的建立。
- PyCUDA:不同於Nvidia的cuda-python[234],PyCUDA提供對CUDA API的Python風格訪問[235]。
- PyOpenCL:PyOpenCL提供對OpenCL API的Python風格訪問[236],例如光滑粒子流體動力學框架PySPH的效能關鍵部份用Cython和PyOpenCL實現[237]。
- Kompute:通用Vulkan計算框架,針對C++和Python[238]。
- Taichi:採用同Python幾乎一樣語法的指令式並列程式語言[239],它嵌入在Python之中並使用即時編譯器框架如LLVM,將計算密集的Python程式碼轉變成本機GPU或CPU指令。
- SQLAlchemy:Python的SQL工具包和採用數據對映器模式的對象關係對映器(ORM)。
- Graphene:GraphQL框架[240],支援各種數據源如SQLAlchemy、Mongo、Django和客製化Python對象等。GQL是常用來與之配合的GraphQL客戶端Python庫[241]。
- Pillow:是基於Python的圖像處理軟體庫[242],它支援廣泛的圖形檔案格式,分叉於已終止的PIL。
- pypdf:能夠分割、合併、修剪和轉變PDF檔案的Python軟體庫[243]。
- PyFilesystem2:Python的檔案系統抽象層[244],將在歸檔、主記憶體和雲端儲存等之中的檔案和目錄,像在本地驅動器中一樣容易的處置。
- Fabric:經由SSH遠端執行shell命令的高層庫[245],它產生有用的Python對象作為回饋。
- Prefect:現代工作流程編排框架[246],它易於建造、排程和監控健壯的數據管線化。
- pygame:開發電動遊戲的Python軟體庫,基於了SDL軟體庫[247]。視覺小說引擎Ren'Py建造在pygame之上。
- pyglet:Python編寫的物件導向的遊戲和多媒體庫,利用了FFmpeg軟體庫並需要OpenGL 3.3+。2D街機遊戲開發庫Arcade基於了pyglet[248],它還利用了建造在2D物理引擎Chipmunk之上的Pymunk[249]。
- Panda3D:開源遊戲引擎,包括了圖形、音頻、I/O、碰撞偵測和其他與3D遊戲有關的功能,使用Python作為遊戲開發語言[250]。
- pythonnet:可以近乎無縫的整合.NET通用語言執行庫(CLR)的程式包[251]。
- PyInstaller:將Python應用和它的依賴項捆綁成一個單一的包[252],從而不需要安裝Python直譯器或任何模組就可以執行應用。
應用
[編輯]在很多作業系統裏,Python是標準的系統元件,它被列入Linux標準規範之中[253]。大多數Linux發行版和macOS都整合了Python,可以在終端模擬器或虛擬控制台下直接執行Python。第三方工具pipx,可以將Python應用安裝於隔離的環境中並在其中執行它[254]。
雖然Python可被粗略地分類為手稿語言,Python的支持者較喜歡稱它為一種高階動態語言,常像「膠水」一樣被用來連接軟體組件,已經顯著的區別於Unix shell、Windows PowerShell這樣的語言。基於Python的xonsh,是跨平台的、青睞Unix的shell語言和命令列介面[255]。
應用程式
[編輯]一些Linux發行版,使用Python語言編寫安裝器,比如Ubuntu的Ubiquity和Fedora的Anaconda;或使用它編寫軟件包管理系統,比如Gentoo的Portage。如下著名應用使用Python編寫或將它作為嵌入式指令碼:
- IPython:以多種程式語言進行互動式計算的命令shell和Jupyter的內核,最初為Python開發,它提供了內省、富媒體、shell語法、tab補全和歷史。
- Conda:跨平台的、語言無關的二進制包管理器,它被Anaconda發行採用。
- SCons:軟體建造工具,它可代替make構建編譯程式。
- Gunicorn:使用Python語言編寫的WSGI Web伺服器。
- Plone:基於Zope的內容管理系統。
- Mezzanine:基於Django框架的內容管理系統。
- Orange:基於scikit-learn和pandas的開源機器學習和數據視覺化軟體,由盧布林雅那大學開發,利用了PyQt5和基於Blink的PyQtWebEngine,通過廣大多樣的工具箱來建造數據分析工作流程[256]。
- SageMath:涵蓋許多數學功能的應用軟體,它建造在NumPy、SciPy、matplotlib、SymPy、Maxima、GAP、FLINT、R等開源軟件套件之上。
- Veusz:用Python、PyQt和NumPy寫成的科學繪圖軟體,可生成出版水準的PDF或SVG輸出。
- MayaVi:基於VTK的應用程式和庫,用於互動式科學數據視覺化和採用Python的3D繪圖[257]。
- Blender:開源3D繪圖軟體,使用Python作為建模工具與GUI語言。
- Inkscape:開源的SVG向量圖形編輯器,使用Python用於外掛程式。
- Pitivi:用Python開發的基於GStreamer的影片編輯軟體。
人工智能
[編輯]經由Python開發了眾多的人工智能模型和作為其支撐的軟體庫:
- Ray:對人工智能及Python應用的執行規模進行伸縮的統一框架[258],由Anyscale公司開發。它構成自一個核心的分散式執行時系統,和加速機器學習工作負載的AI軟體庫。
- Kornia:基於PyTorch的可微分電腦視覺軟體庫[259]。
- spaCy:用Python和Cython開發的工業級實力的自然語言處理軟體庫[260]。
- Argos Translate:基於OpenNMT的離線神經機器翻譯軟體庫[261]。
- Stable Diffusion:用Python開發的深度學習文字到圖像生成模型[262],基於了CUDA、PyTorch、VAE、U-Net和OpenAI的CLIP[263],其程式碼和模型權重已公開發布,可以在大多數配備有適度GPU的消費類電腦硬件上執行。
- Transformers:為下載和訓練前沿的預訓練模型提供API和工具[264],由Hugging Face開發,支援在PyTorch、TensorFlow和JAX之間的框架互操作性。
- Gradio:它是一個Python庫,允許快速建立和分享用於機器學習模型、API或任何任意Python函數的Web應用程式。使用Gradio,可以構建互動式用戶介面,與各種機器學習框架相容。還可以使用Gradio以互動方式偵錯模型、從用戶取得反饋,並通過自動生成的可共用連結輕鬆部署模型。[265][266]
- LangChain:它是一個應用框架,旨在簡化使用大型語言模型的應用程式。作為一個語言模型整合框架,LangChain的用例包括文件分析和總結摘要, 程式碼分析和聊天機械人。[267] LangChain提供了一個標準介面,用於將不同的語言模型(LLM)連接在一起,以及與其他工具和數據源的整合。
社群流行
[編輯]自從2003年,Python始終排行於TIOBE程式社區索引前十最流行程式語言,在2021年10月它首次達到了第一名最流行語言(居於C和Java之前)[268],並被選為2007年、2010年、2018年、2020年和2021年的年度程式語言[268]。它有如下著名的社群:
- PyCon:各地社群舉辦的會議,通常每年舉辦。各社群在會議中討論Python相關的議題。
- Python Discord:參與者眾多的Python社區[269]。
- PyLadies:由女性社群發起的社群,主要注重於發展Python的女性程式設計社群。
- Django Girls:使用Django網頁設計框架,推廣使用Python進行網頁設計的技術。
影響的語言
[編輯]Python的設計和哲學已經影響了很多其他程式語言:
- Boo:使用了縮排、類似的語法和類似的對象模型[270]。
- Cobra:使用了縮排和類似的語法[271]。
- Coconut:在Python語法之上增加了用於函數式程式設計的新特徵的Python變體[272]。
- CoffeeScript:有受Python啟發的語法。
- ECMAScript/JavaScript:從Python借鑑了迭代器和生成器[273]。
- GDScript:內建於Godot遊戲引擎的非常類似Python的手稿語言[21]。
- Genie:基於Vala編譯器的具有近似Python語法的語言。
- Go:其設計原則受到了Python的可讀性與易用性的啟發[23],享有相同風格的陣列分片語法。
- Groovy:受到Python等動態型別語言的影響[274]。
- Julia:在表達進階數值計算的方式和支援通用程式上借鑑了Python等語言[26]。
- Kotlin:融合了Python和Java特徵,極小化了樣板程式碼而增加了開發效率[275]。
- Mojo:基於MLIR編譯框架並設計為Python語言的超集[276]。
- Nim:使用縮排和類似的語法[277]。
- Ruby:主要從Python等語言中借鑑了特徵[28]。
- Starlark:用在Bazel軟體中有受Python啟發語法的語言[29]。
- Swift:有受Python啟發的語法[30]。
程式碼範例
[編輯]- ^ 縮排範例:
def is_even(a: int) -> bool: """确定数a是否是偶数.""" if a % 2 == 0: print('偶数!') return True print('奇数!') return False # 参数比后续部份多一层缩进 def long_function_name( var_one, var_two, var_three, var_four): # 可选的圆括号内后续行多一层缩进 if (this_is_first_thing and that_is_second_thing): do_something() # 可选的圆括号内后续行不额外缩进 elif (this_is_third_thing and that_is_fourth_thing): do_something_different() # 参数相对行首缩进一层 spam = long_function_name( arg_one, arg_two, arg_three, arg_four) # 参数按开括号界定垂直对齐 eggs = long_function_name(arg_one, arg_two, arg_three, arg_four) # 可选的闭括号位置 my_list = [ 1, 2, 3, 4, 5, 6, ] # 可选的闭括号位置 my_set = { 1, 2, 3, 4, 5, 6, }
- ^ 採用了並列賦值的斐波那契數列函數範例:
def fib(n): # 写出从第0项到第n项的Fibonacci系列 a, b, i = 0, 1, 0 while i <= n: print(a, end=' ') a, b, i = b, a+b, i+1 print()
- ^ 產生素數的惰性生成器的範例:
from itertools import count def generate_primes(stop_at=0): if stop_at != 1: primes = [2] yield 2 for n in count(3, 2): if 0 < stop_at < n: return # 引发StopIteration例外 composite = False for p in primes: if not n % p: composite = True break elif p ** 2 > n: break if not composite: primes.append(n) yield n
上述函數的隱式迭代用例:
for i in generate_primes(): # 迭代于100以内所有素数上 if i > 100: break print(i)
在生成器表達式中使用上述函數,定義了一個惰性的、巨大而並非無限的搜集的範例:
from itertools import islice primes_under_million = (i for i in generate_primes() if i < 1000000) two_thousandth_prime = islice(primes_under_million, 1999, 2000) print(next(two_thousandth_prime))
- ^ 用生成器模擬協程範例:
def produce(n): try: for item in range(n): print(f'producing item {item} ->') yield item except GeneratorExit: return def consume(): item = None try: while True: item = yield item print(f'consuming item {item} <-') except GeneratorExit: return def main(): r = [] t1 = produce(10) t2 = consume() try: next(t2) while True: p = next(t1) r += [t2.send(p)] except StopIteration: t2.close() print(f'result items: {r}') main()
- ^ 遵循EAFP(請求原諒比獲得特許更容易)風格的例外處理範例:
f = None try: f = open("aFileName", mode="w") f.write(could_make_error()) # 不存在could_make_error()则产生错误 except IOError as error: print(error) print("不能打开文件") except: # 捕获所有例外 print("未预期的错误") else: # 在没有出现例外时执行 print("文件写入完全成功") finally: # 清除行动,总是执行 if f: f.close()
- ^ 使用
with
將檔案作為資源來管理的範例:from contextlib import contextmanager @contextmanager def opened(filename, mode="r"): try: f = open(filename, mode) except IOError as error: print(error) yield None else: try: yield f finally: f.close() with opened("aFileName", mode="w") as f: try: f.write(could_make_error()) # 不存在could_make_error()则产生错误 except AttributeError: print("不能打开文件") except: # 捕获所有例外 print("未预期的错误") else: # 在没有出现例外时执行 print("文件写入完全成功")
- ^ 原生的協程範例:
import asyncio import random async def produce(queue, n): for item in range(n): # 生产一个项目,使用sleep模拟I/O操作 print(f'producing item {item} ->') await asyncio.sleep(random.random()) # 将项目放入队列 await queue.put(item) # 指示生产完毕 await queue.put(None) async def consume(queue): while True: # 等待来自生产者的项目 item = await queue.get() if item is None: break # 消费这个项目,使用sleep模拟I/O操作 print(f'consuming item {item} <-') await asyncio.sleep(random.random()) async def main(): queue = asyncio.Queue() task1 = asyncio.create_task(produce(queue, 10)) task2 = asyncio.create_task(consume(queue)) await task1 await task2 asyncio.run(main())
- ^ 局部變數範例:
>>> def spam(): ... print(a) ... >>> a = 10 >>> spam() 10 >>> def spam(): ... a = 100 ... print(a) ... >>> spam() 100 >>> a 10 >>> def spam(): ... a *= 10 ... print(a) ... >>> spam() Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> File "<stdin>", line 2, in spam UnboundLocalError: cannot access local variable 'a' where it is not associated with a value
- ^ 全域變數範例:
>>> def spam(): ... global a ... a *= 10 ... print(a) ... >>> a = 10 >>> spam() 100 >>> a 100 >>> def spam(): ... def eggs(): ... print(a) ... global a ... eggs() ... >>> a = 10 >>> spam() 10 >>> def spam(): ... def eggs(): ... a *= 10 ... print(a) ... global a ... eggs() ... >>> spam() Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> File "<stdin>", line 6, in spam File "<stdin>", line 3, in eggs UnboundLocalError: cannot access local variable 'a' where it is not associated with a value
- ^ 非局部變數範例:
>>> def spam(): ... def eggs(): ... nonlocal a ... a *= 10 ... print(a) ... a = 10 ... eggs() ... >>> spam() 100 >>> def spam(): ... def eggs(): ... nonlocal a ... a *= 10 ... print(a) ... global a ... eggs() ... File "<stdin>", line 3 SyntaxError: no binding for nonlocal 'a' found
- ^ 序列解包、可迭代解包和字典解包範例:
>>> a = [1, 2, 3]; b = [4, 5] >>> i, j, k = a >>> print(i, j, k) 1 2 3 >>> c = [*a, b] >>> c [1, 2, 3, [4, 5]] >>> d = {*a, *b} >>> d {1, 2, 3, 4, 5} >>> e = (*a, *b) >>> e (1, 2, 3, 4, 5) >>> f = {'as':1, 'bs':2 }; g = {'cs':3, 'ds':4} >>> h = {**f, **g} >>> h {'as': 1, 'bs': 2, 'cs': 3, 'ds': 4}
- ^ 列表的推導式範例。比如:
>>> [x + 3 for x in range(4)] [3, 4, 5, 6]
快速排序演算法可以優雅的(儘管不高效的)使用列表推導式表達為:
def qsort(L): if L == []: return [] pivot = L[0] return (qsort([x for x in L[1:] if x < pivot]) + [pivot] + qsort([x for x in L[1:] if x >= pivot]))
- ^ 生成器表達式範例。比如:
>>> sum(x * x for x in range(10)) 285 >>> dict((n, n*n) for n in range(5)) {0: 0, 1: 1, 2: 4, 3: 9, 4: 16} >>> set(n*n for n in range(5)) {0, 1, 4, 9, 16}
- ^ 字典推導式
{expr1: expr2 for k, v in d}
,等價於:result={} for k, v in d.items(): result[expr1]=expr2 return result
>>> {x: x + 3 for x in range(4)} {0: 3, 1: 4, 2: 5, 3: 6}
集合推導式
{expr1 for x in stuff}
,等價於:result = set() for x in stuff: result.add(expr1) return result
>>> {x + 3 for x in range(4)} {3, 4, 5, 6}
- ^ 下面幾個判斷陳述式為真,表示列表分片結果符合預期:
>>> nums = [1, 3, 5, 7, 8, 13, 20] >>> nums[2:5] == [5, 7, 8] #从下标为2的元素切割到下标为5的元素,但不包含下标为5的元素。 True >>> nums[1:] == [3, 5, 7, 8, 13, 20] #切割到最后一个元素。 True >>> nums[:-3] == [1, 3, 5, 7] #从最开始的元素一直切割到倒数第3个元素。 True >>> nums[:] == [1, 3, 5, 7, 8, 13, 20] #返回所有元素。改变新的列表不会影响到nums。 True >>> nums[1:5:2] == [3, 7] #从下标为1的元素切割到下标为5的元素,但不包含下标为5的元素,且步长为2。 True
- ^ 匿名函數範例:
>>> from functools import reduce >>> reduce(lambda x, y: x+y, [1, 2, 3, 4, 5]) 15 >>> fac = lambda n: (1 if n<2 else n*fac(n-1)) >>> fac(5) 120 >>> [*map(fac, [1, 2, 3, 4, 5])] [1, 2, 6, 24, 120]
不動點組合子範例:
>>> Y = lambda f: (lambda x: x(x))(lambda y: f(lambda *args: y(y)(*args))) >>> fac = lambda f: lambda n: (1 if n<2 else n*f(n-1)) >>> Y(fac)(5) 120 >>> fib = lambda f: lambda n: 0 if n == 0 else (1 if n == 1 else f(n-1) + f(n-2)) >>> Y(fib)(6) 8 >>> [*map((lambda f: (lambda x: x(x))(lambda y: f(lambda *args: y(y)(*args))))(lambda f: lambda n: (1 if n<2 else n*f(n-1))), [1, 2, 3, 4, 5])] [1, 2, 6, 24, 120]
上述Y組合子程式碼源出自Rosetta Code. [2020-10-21]. (原始內容存檔於2021-01-11).其原理可參見Equational derivations of the Y combinator and Church encodings in Python. [2020-10-21]. (原始內容存檔於2020-11-12).
- ^ 多行字串文字帶有字串插值(使用了
format
方法)的範例:print("""亲爱的{recipient}, 我希望你离开Sunnydale并永不返回. 不是很爱你的, {sender} """.format(sender="吸血鬼猎人Buffy", recipient="Spike"))
- ^ 原始字串的範例:
>>> # Windows路径,即使是原始字符串也不能结束于反斜杠 >>> r"C:\Spam\Eggs\Ham\" File "<stdin>", line 1 r"C:\Spam\Eggs\Ham\" ^ SyntaxError: EOL while scanning string literal >>> dos_path = r"C:\Spam\Eggs\Ham\ " # 通过增加尾随的空格 >>> dos_path.rstrip() # 并接着移除它来避免错误 'C:\\Spam\\Eggs\\Ham\\' >>> quoted_dos_path = r'"{}"'.format(dos_path) >>> quoted_dos_path '"C:\\Spam\\Eggs\\Ham\\ "' >>> # 匹配具有可能的反斜杠引述的引述字符串的正则表达式 >>> import re >>> re.match(r'"(([^"\\]|\\.)*)"', quoted_dos_path).group(1).rstrip() 'C:\\Spam\\Eggs\\Ham\\' >>> code = 'spam(2, eggs)' >>> # 反转有二个参数的函数调用的两个实际参数 >>> re.sub(r'\(([^,]*),\s*([^,]*)\)', r'(\2, \1)', code) 'spam(eggs, 2)' >>> # 注意如果实际参数中有圆括号或逗号则上例无效。
- ^ 字串文字串接範例:
>>> print("hello " 'world') hello world >>> str1="hello "; str2='world' >>> print(str1 + str2) hello world
- ^ 格式化字串的範例,例如下列命令列
echo
命令:num="3"; printer="HP Laserjet" echo "I just printed ${num} pages to the printer ${printer}"
等價於如下Python中的任何一種
print
函數呼叫:num = 3; printer="HP Laserjet" print(f"I just printed {num} pages to the printer {printer}") print("I just printed {} pages to the printer {}".format(num, printer)) print("I just printed {0} pages to the printer {1}".format(num, printer)) print("I just printed {num} pages to the printer {printer}".format(num=num, printer=printer)) print("I just printed %s pages to the printer %s" % (num, printer)) print("I just printed %(num)s pages to the printer %(printer)s" % {"num": num, "printer": printer})
- ^ 詞法閉包的例子:
def f(x): def g(y): return x + y return g # 返回一个闭包。 h = lambda x: lambda y: x + y # 将指定闭包赋值给变量。 a = f(1) b = h(1) c = f(2) # 使用存储在变量中的闭包。 assert a(5) == 6 assert b(5) == 6 assert c(5) == 7 # 使用闭包而不事先把它们绑定到变量。 assert f(1)(5) == 6 # f(1)是个闭包。 assert h(1)(5) == 6 # h(1)是个闭包。 assert f(2)(5) == 7 # f(2)是个闭包。
- ^ 函數的形式參數預設值的永續性範例:
>>> def f(a, L=[]): ... L.append(a) ... return L ... >>> print(f(1)) [1] >>> print(f(2)) [1, 2] >>> print(f(3)) [1, 2, 3]
- ^ 函數的形實參數二者結合範例。例如:
>>> def spam(a): ... a.append('LovelySpam') ... >>> def eggs(b): ... b=100 #实际上是重新绑定了另一个整型对象100 ... >>> a=[] >>> b=10 >>> spam(a) >>> eggs(b) >>> print(a) ['LovelySpam'] >>> print(b) 10
- ^ 函數的形式參數預設值的定義範例:
>>> from inspect import getfullargspec >>> def func(p1, /, p2, p3="x", *, p4): pass ... >>> getfullargspec(func) FullArgSpec(args=['p1', 'p2', 'p3'], varargs=None, varkw=None, defaults=('x',), kwonlyargs=['p4'], kwonlydefaults=None, annotations={})
- ^ 函數的可變參數的定義範例:
>>> from inspect import getfullargspec >>> def func(p1, /, p2, *args, p3, **kwargs): pass ... >>> getfullargspec(func) FullArgSpec(args=['p1', 'p2'], varargs='args', varkw='kwargs', defaults=None, kwonlyargs=['p3'], kwonlydefaults=None, annotations={})
- ^ 定義修飾器的範例:
def viking_chorus(myfunc): def inner_func(*args, **kwargs): for i in range(3): myfunc(*args, **kwargs) return inner_func
呼叫修飾器的範例:
@viking_chorus def menu_item(*args): print(", ".join(args)+", and spam")
等價於:
def menu_item(*args): print(", ".join(args)+", and spam") menu_item = viking_chorus(menu_item)
viking_chorus
修飾後的menu_item
將原來定義執行3次:>>> menu_item("egg","bacon") egg, bacon, and spam egg, bacon, and spam egg, bacon, and spam
- ^ 修飾器工廠範例,這裏的
favourite_colour
接受一個實際參數,並返回一個修飾器:def favourite_colour(colour): def decorator(func): def wrapper(*args, **kwargs): print(f"My favourite colour is {colour}.") func(*args, **kwargs) return wrapper return decorator def invincible(func): def wrapper(*args, **kwargs): print("I'm invincible!") func(*args, **kwargs) return wrapper
使用毗連的修飾詞連結修飾器範例:
@invincible @favourite_colour("blue") def black_knight(): print("None shall pass.")
使用中間變數連結修飾器範例:
blue_decorator = favourite_colour("blue") decorated_by_blue = blue_decorator(black_knight) black_knight = invincible(decorated_by_blue)
它們等價於:
black_knight = invincible(favourite_colour("blue")(black_knight))
black_knight()結果為:
>>> black_knight() I'm invincible! My favourite colour is blue. None shall pass.
- ^ 呼叫函數使用幫助資訊範例。比如:
>>> def randint(a, b): ... "Return random integer in range [a, b], including both end points." ... >>> help(randint) Help on function randint in module __main__: randint(a, b) Return random integer in range [a, b], including both end points.
- ^ 如下這樣給參數增加類型標註的提示資訊:
>>> def greeting(name: str) -> str: ... return 'Hello ' + name ... >>> greeting.__annotations__ {'name': <class 'str'>, 'return': <class 'str'>}
- ^ 對象的方法範例:
>>> class Fish(object): ... hungry = True ... def eat(self, food): ... if food is not None: ... self.hungry=False ... >>> def status(self): ... print("Hungray!" if self.hungry else "Not hungray!") ... >>> e = Fish() >>> status(e) Hungray! >>> Fish.hungry = False >>> from types import MethodType >>> e.status = MethodType(status, e) >>> e.status() Not hungray! >>> Fish.hungry = True >>> Fish.status = status >>> f = Fish() >>> Fish.status(f) Hungray! >>> f.eat("earthworm") >>> f.status() Not hungray!
- ^ 特殊方法和子類呼叫超類別方法的例子:
>>> class Thought(object): ... cls_name = "类型Thought" ... def __init_subclass__(cls): ... cls.cls_name = "类型Thought的子类型" ... def __init__(self, *args, **kwargs): ... print(f"我是{type(self).cls_name}的新对象!") ... if len(args) != 0 or len(kwargs) != 0: ... print(f"init: nargs={len(args)}, nkwargs={len(kwargs)}") ... self.notion = "我觉得我在平行宇宙中把车停歪了." ... def message(self, *args): ... print(self.notion) ... if len(args) != 0: ... print("\n".join(args)) ... >>> class Advice(Thought): ... def message(self): ... super().message("警告: 日历里的日期比它们看起来更近!") ... >>> t = Thought() 我是类型Thought的新对象! >>> t.message() 我觉得我在平行宇宙中把车停歪了. >>> a = Advice() 我是类型Thought的子类型的新对象! >>> a.message() 我觉得我在平行宇宙中把车停歪了. 警告: 日历里的日期比它们看起来更近! >>> # 内省一下: >>> [*super.__dict__] ['__new__', '__repr__', '__getattribute__', '__get__', '__init__', '__thisclass__', '__self__', '__self_class__', '__doc__'] >>> [*super(Advice).__thisclass__.__dict__] ['__module__', 'message', '__doc__', 'cls_name'] >>> super(Advice).__thisclass__.__dict__['cls_name'] '类型Thought的子类型' >>> [*super(Advice, a).__self__.__dict__] ['notion'] >>> super(Advice, a).__self_class__.__dict__['cls_name'] '类型Thought的子类型' >>> super(Advice, a).message() 我觉得我在平行宇宙中把车停歪了. >>> super(Advice).__get__(a).message() 我觉得我在平行宇宙中把车停歪了.
- ^ 在類中採用數據描述器的範例:
>>> class RevealAccess: ... """正常的设置和返回值的数据描述器, ... 它还打印记录这次访问的一个消息。 ... """ ... def __init__(self, initval=None, name='var'): ... self.val = initval ... self.name = name ... def __get__(self, obj, objtype): ... print('Retrieving', self.name) ... return self.val ... def __set__(self, obj, val): ... print('Updating', self.name) ... self.val = val ... >>> class MyClass: ... x = RevealAccess(10, 'var "x"') ... y = 5 ... >>> m = MyClass() >>> m.x Retrieving var "x" 10 >>> vars(m) {} >>> MyClass.__dict__['x'].val 10 >>> m.x = 20 Updating var "x" >>> vars(m) {} >>> MyClass.__dict__['x'].val 20 >>> m.y 5 >>> vars(m) {} >>> m.y = 5 >>> vars(m) {'y': 5}
- ^ 特殊方法、類別方法和靜態方法(
__new__()
)範例:>>> from weakref import WeakValueDictionary >>> class D: ... _template = {} ... _obj_dict = WeakValueDictionary() ... def __new__(cls, *args, **kwargs): ... obj = super(D, cls).__new__(cls) ... cls._obj_dict[id(obj)] = obj ... return obj ... @classmethod ... def load(cls, dict): ... cls._template.update(dict) ... @classmethod ... def create(cls, *args, **kwargs): ... return cls(cls._template, *args, **kwargs) ... @classmethod ... def count(cls): ... return len(cls._obj_dict) ... def __init__(self, dict={}, /, *args, **kwargs): ... self.__dict__.update(dict) ... self.__dict__.update(kwargs) ... def __call__(self, *args, **kwargs): ... self.__dict__.update(kwargs) ... return self.__dict__.copy() ... def __len__(self): ... return len(self.__dict__) ... def __getitem__(self, key): ... return self.__dict__[key] ... def __setitem__(self, key, value): ... self.__dict__[key] = value ... >>> a = {'ak': 1, 'bk': 2, 'ck': 3} >>> d = D(a, dk=4) >>> d() {'ak': 1, 'bk': 2, 'ck': 3, 'dk': 4} >>> D.load(a) >>> e = D.create(ck=4) >>> e() {'ak': 1, 'bk': 2, 'ck': 4} >>> f = D(ak=1, bk=2) >>> f(ck=3) {'ak': 1, 'bk': 2, 'ck': 3} >>> f['ak'] 1 >>> f['ak'] = 5 >>> f() {'ak': 5, 'bk': 2, 'ck': 3} >>> len(f) 3 >>> D.count() 3 >>> del f >>> D.count() 2 >>> d.__weakref__ in D._obj_dict.valuerefs() True
- ^ 在類中呼叫
property()
的例子:>>> class C: ... def __init__(self): ... self.__x = None ... def getx(self): ... return self.__x ... def setx(self, value): ... self.__x = value ... def delx(self): ... del self.__x ... x = property(getx, setx, delx, "I'm the 'x' property.") ... >>> c = C() >>> vars(c) {'_C__x': None} >>> {*C.__dict__} {'__init__', 'setx', '__weakref__', 'delx', 'x', 'getx', '__doc__', '__module__', '__dict__'}
上述程式碼可以採用修飾詞進一步的書寫為:
>>> class C: ... def __init__(self): ... self.__x = None ... @property ... def x(self): ... """I'm the 'x' property.""" ... return self.__x ... @x.setter ... def x(self, value): ... self.__x = value ... @x.deleter ... def x(self): ... del self.__x ... >>> c = C() >>> vars(c) {'_C__x': None} >>> {*C.__dict__} {'__init__', '__weakref__', 'x', '__doc__', '__module__', '__dict__'}
- ^
建立列表的特殊語法範例:
a_list = [1, 2, 3, 'a dog']
採用正常的對象建立方式的範例:
a_second_list = list() a_second_list.append(4) a_second_list.append(5)
建立元組的特殊語法範例:
a_tuple = 1, 2, 3, 'four'
建立集合的特殊語法範例:
some_set = {0, (), False}
建立字典的特殊語法範例:
a_dictionary = {'key 1': 'value 1', 2: 3, 4: []}
- ^
兩個類及元類等的實例關係(藍色連接)與繼承關係(綠色連接)示意圖:
r = object c = type class M(c): pass class A(metaclass=M): pass class B(A): pass b = B()
>>> type(b) <class '__main__.B'> >>> print(type(B), B.__bases__) <class '__main__.M'> (<class '__main__.A'>,) >>> print(type(A), A.__bases__) <class '__main__.M'> (<class 'object'>,) >>> print(type(M), M.__bases__) <class 'type'> (<class 'type'>,) >>> print(type(c), c.__bases__) <class 'type'> (<class 'object'>,) >>> print(type(r), r.__bases__) <class 'type'> ()
- ^ 數學運算範例。比如:
>>> def mean(seq): ... return sum(seq) / len(seq) ... >>> mean([3, 4]) 3.5 >>> import math >>> print(math.sin(math.pi/2)) 1.0
註釋
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replace "CLU" with "Python", "record" with "instance", and "procedure" with "function or method", and you get a pretty accurate description of Python's object model.
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Python is a simple, yet powerful, interpreted programming language that bridges the gap between C and shell programming, and is thus ideally suited for "throw-away programming" and rapid prototyping. Its syntax is put together from constructs borrowed from a variety of other languages; most prominent are influences from ABC, C, Modula-3 and Icon.
The Python interpreter is easily extended with new functions and data types implemented in C. Python is also suitable as an extension language for highly customizable C applications such as editors or window managers. - ^ Smith, Kevin D.; Jewett, Jim J.; Montanaro, Skip; Baxter, Anthony. PEP 318 – Decorators for Functions and Methods. Python Enhancement Proposals. Python Software Foundation. 2 September 2004 [24 February 2012]. (原始內容存檔於2020-06-03).
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| simple_stmt !';' NEWLINE # Not needed, there for speedup
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延伸閱讀
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參閲
[編輯]外部連接
[編輯]- 官方網站
- Awesome Python (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Real Python Tutorials (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- programingz - Learn Python Programming (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- w3schools - Python Tutorial (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- ItsMyCode- Learn Python Programming (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Codecary - Learn Python Programming (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- dainikchorcha - Learn Python Programming(頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Tutlane - Learn Python Online (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- Brmgha - Learn & Challenges Python Online (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)
- AlmaBetter- Python Tutorial (頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)