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零、前言

欢迎来到巨蟒学徒！本书的目标是为您提供实用而全面的 Python 编程语言介绍，为您提供成为几乎所有 Python 项目的高效成员所需的工具和见解。Python 是一种大型语言，我们并不打算在本书中涵盖所有需要了解的内容。相反，我们希望帮助您建立坚实的基础，让您了解有时令人困惑的 Python 世界，并让您能够指导自己的继续学习。

这本书主要是针对那些有使用另一种语言编程经验的人。如果你现在正在编程的任何主流的命令式或面向对象语言，如 C++，C 语言，或 java，那么你将有你需要的背景，以获得最大的这本书。如果您在其他类型的语言方面有经验——例如，函数式语言或基于角色的语言——那么您可能会有一个更陡峭的 Python 学习曲线，但您不会遇到任何严重的困难。大多数程序员发现 Python 非常平易近人和直观，只要稍加练习，他们就会很快适应它。

另一方面，如果你没有任何编程经验，这本书可能有点让人望而生畏。您不仅将学习一种编程语言，还将同时学习所有语言共有的许多主题和问题。公平地说，我们没有花太多时间来解释这些“假定知识”领域。**这并不意味着你不能从这本书中学习！**这只是意味着你可能需要更加努力地工作，多读几节，也许还需要从其他人那里得到指导。不过，这一努力的回报是，您将开始培养学习其他语言的知识和本能，这是专业程序员的一项关键技能。

在第一章中，我们将快速浏览 Python 语言。我们将介绍 Python 是什么（提示：它不仅仅是一种语言！），看看它是如何开发的，现在仍然是如何开发的，并了解是什么使它如此吸引如此多的程序员。我们还将简要介绍本书其余部分的结构。

Python 宣传片

首先，Python 有什么伟大之处？你为什么想学它？这些问题有很多很好的答案。一是 Python 功能强大。Python 语言富于表现力和生产力，它附带了一个伟大的标准库，它是庞大的第三方库的中心。使用 Python，您可以构建从简单脚本到复杂应用程序的所有内容，您可以快速、安全地完成，并且可以使用比您可能想象的更少的代码行完成。

但这只是 Python 伟大之处的一部分。另一个原因是 Python 非常开放。它是开源的，所以如果你愿意，你可以了解它的各个方面。同时，Python 非常受欢迎，并且有一个很棒的社区在你遇到麻烦时支持你。这种开放性和庞大用户群的结合意味着几乎任何人——从普通程序员到专业软件开发人员——都可以在他们需要的级别上使用这种语言。

大型用户群的另一个好处是 Python 正在越来越多的地方出现。您可能想学习 Python 只是因为它是您想使用的某种技术的语言，这并不奇怪——世界上许多最流行的 web 和科学软件包都是用 Python 编写的。

但对于许多人来说，这些原因让我们回到更重要的事情上：Python 很有趣！Python 富有表现力、可读性强的风格、快速编辑和运行的开发周期以及“包含电池”的理念意味着您可以坐下来享受编写代码的乐趣，而不是与编译器和棘手的语法作斗争。Python 将与您一起成长。当您的 实验变成原型，原型变成产品时，Python 不仅使编写软件变得更容易，而且让人真正享受。

在 Randall Munroe 的中，“加入我们吧！编程再次充满乐趣！”

概述

这本书包括 10 章（不包括这一章）。这两章是建立在彼此的基础上的，因此，除非您已经对 Python 有了一定的了解，否则您需要按照顺序遵循它们。我们将首先将 Python 安装到您的系统中，并对您进行一些指导。

然后我们将介绍语言元素、特性、习惯用法和库，所有这些都是由您能够随文本一起构建的工作示例驱动的。我们坚信，通过实践而不仅仅是阅读，你会学到更多，因此我们鼓励你自己运行这些示例。

在本书的结尾，您将了解 Python 语言的基础知识。您还将了解如何使用第三方库，并了解自己开发这些库的基础知识。我们甚至还将介绍测试的基础知识，以便您能够确保和维护所开发代码的质量。

各章内容如下：

  1. **入门：**我们将完成 Python 的安装，了解一些基本的 Python 工具，并介绍语言和语法的核心元素。

  2. **字符串和集合：**我们研究一些基本的复杂数据类型：字符串、字节序列、列表和字典。

  3. **模块性：**我们来看看 Python 用于构建代码的工具，比如函数和模块。

  4. **内置类型和对象模型：**我们详细研究了 Python 的类型系统和对象系统，对 Python 的引用语义有了很强的理解。

  5. **探索内置集合类型：**我们将更深入地讨论一些 Python 集合类型，并介绍一些其他类型。

  6. **异常：**我们了解 Python 的异常处理系统以及异常在语言中扮演的核心角色。

  7. **理解、iterables 和生成器：**我们探索 Python 优雅、普遍且强大的面向序列的部分，如理解和生成器函数。

  8. **用类定义新类型：**我们将介绍如何使用类来支持面向对象编程，在 Python 中开发自己的复杂数据类型。

  9. **文件和资源管理：**我们了解如何在 Python 中使用文件，并介绍 Python 用于资源管理的工具。

  10. **使用 Python 标准库进行单元测试：**我们向您展示了如何使用 Python 的 unittest 包来生成无缺陷代码，并按照预期工作。

什么是 Python？

这是一种编程语言！

那么什么是 Python？简而言之，Python 是一种编程语言。它最初是由 Guido van Rossum 于 20 世纪 80 年代末在荷兰开发的。Guido 继续积极参与指导语言的发展和演变，以至于他被授予了“终身仁慈独裁者”的称号，或者更常见的称号，即BDFL。Python 是作为一个开源项目开发的，可以免费下载和使用。非营利的 Python 软件基金会 Ty3T3 管理 Python 的知识产权，在促进语言方面起到了很强的作用，并且在某些情况下资助了它的发展。

在技术层面上，Python 是一种强类型语言。这意味着语言中的每一个对象都有一个确定的类型，通常没有办法绕过该类型。同时，Python 是动态类型的，这意味着在运行代码之前不需要对代码进行类型检查。这与静态类型语言（如 C++或 java）相反，编译器在这里为你做了很多类型检查，拒绝了滥用对象的程序。最终，Python 类型系统的最佳描述是，它使用duck 类型，其中对象对上下文的适用性仅在运行时确定。我们将在第 8 章用类定义新类型中更详细地介绍这一点。

Python 是一种通用编程语言。它不打算在任何特定领域或环境中使用，而是可以有效地用于各种各样的任务。当然，在某些领域，Python 不如其他语言适用——例如在对时间极其敏感或内存受限的环境中——但在大多数情况下，Python 与许多现代编程语言一样灵活，适应性也一样强，甚至比大多数语言都强。

Python 是一种解释语言。从技术上讲，这是一个有点错误的说法，因为 Python在执行之前通常被编译成字节码的形式。然而，这种编译是无形的，使用 Python 的经验通常是在没有明显编译阶段的情况下立即执行代码。编辑和运行之间没有中断是使用 Python 的最大乐趣之一。

Python 的语法设计为清晰、可读和表达。与许多流行语言不同，Python 使用空格来分隔代码块，并在这个过程中消除了大量不必要的括号，同时实现了通用布局。这意味着所有 Python 代码在重要方面都很相似，您可以很快学会阅读 Python。同时，Python 富有表现力的语法意味着您可以在一行代码中获得很多含义。这种表现力强、可读性强的代码意味着 Python 维护相对容易。

Python 语言有多种实现。最初的——也是迄今为止最常见的——实现是用 C 编写的。这个版本通常被称为CPython。当有人谈论“运行 Python”时，通常可以安全地假设他们谈论的是 CPython，这就是我们将在本书中使用的实现。

Python 的其他实现包括：

  • Jython，针对 Java 虚拟机编写

  • IronPython，针对.NET 平台编写

  • PyPy，用一种称为 RPython 的语言编写（有点循环），该语言是为开发动态语言（如 Python）而设计的

这些实现通常落后于 CPython，后者被认为是该语言的“标准”。您将在本书中学到的许多内容将应用于所有这些实现。

Python 语言的版本

目前常用的 Python 语言有两个重要版本： Python 2 和 Python 3。这两个版本代表了语言的一些关键元素 的变化，为其中一个编写的代码通常不会为另一个工作，除非您采取特殊的预防措施。Python2 比 Python3 更老、更成熟，但 Python3 解决了旧版本中的一些已知缺点。Python3 是 Python 的明确未来，如果可能的话，您应该使用它。

虽然 Python2 和 Python3 之间有一些关键的区别，但这两个版本的大多数基本原理是相同的。如果你学会了其中一个，你所知道的大部分知识都会清晰地传递给另一个。在本书中，我们将教授 Python3，但必要时我们将指出两个版本之间的重要差异。

这是一个标准的图书馆！

除了作为一种编程语言，Python 还提供了一个强大而广泛的标准库。Python 哲学的一部分是“包括电池”，这意味着您可以将 Python 用于许多复杂的、现实世界的现成任务，而无需安装第三方软件包。这不仅非常方便，而且意味着 通过使用有趣的、引人入胜的示例开始学习 Python 更容易——这是我们在本书中的目标！

“包含电池”方法的另一个巨大影响是，它意味着许多脚本——即使是不常见的脚本——可以在任何 Python 安装上立即运行。这消除了一个常见的，恼人的障碍，安装软件，你可以面对与其他语言。

标准库通常具有高水平的良好文档。API 有很好的文档记录，模块通常有很好的叙述性描述，包括快速入门指南、最佳实践信息等。标准库文档始终在线提供，如果您愿意，也可以在本地安装。

由于标准库是 Python 非常重要的一部分，因此本书将介绍其中的部分内容。即使如此，我们也不会涵盖其中的一小部分，因此我们鼓励您自行探索。

这是一种哲学

最后，对 Python 的任何描述都不能完全提到，对许多人来说，Python 代表了编写代码的哲学。清晰性和可读性原则是编写正确或pythonic代码的一部分。并非总是很清楚pythonic在所有情况下的含义，有时可能没有一种正确的 方式来写东西。但是 Python 社区关心的是简单性、可读性和明确性等问题，这意味着 Python 代码往往更…好吧…漂亮！

Python 的许多原则都体现在所谓的 Python 的禅中。“禅”不是一套硬性的规则，而是一套在编码时要牢记的准则或试金石。当你发现自己试图在几条行动路线之间做出决定时，这些原则通常会给你一个正确的方向。在本书中，我们将重点介绍“Python 禅宗”中的元素。

千里之行…

我们认为 Python 是一种很棒的语言，我们很高兴能帮助您开始使用它。当您读完这本书时，您将能够编写大量 Python 程序，并且能够阅读更复杂的程序。更重要的是，你将有必要走出去发现所有高级语言中的主题，希望我们能让你对 Python 真正兴奋不已。Python 是一种大型语言，内置和围绕着它的是一个巨大的软件生态系统，发现它所能提供的一切可能是一次真正的冒险。

欢迎来到 Python！

尽管越来越多的项目开始“主要是 Python 3”甚至“仅限于 Python 3”。

这本书是以迂回的方式写成的。2013 年，当我们将总部位于挪威的软件咨询和培训业务北六十合并时，在线视频培训材料出版商Pluralsight邀请我们为快速增长的 MOOC 市场制作 Python 培训视频。当时，我们没有制作视频培训材料的经验，但我们确信我们希望仔细地构建介绍性 Python 内容，以尊重某些约束。例如，我们想要绝对最小的转发引用，因为这对我们的观众来说非常不方便。我们都是言辞丰富的人，都遵循图灵奖得主莱斯利·兰波特（Leslie Lamport）的格言“如果你在思考而不写作，那么你只会认为你在思考”，因此我们很自然地会先写一个脚本来攻击视频课程制作。

很快，我们的在线视频课程由Pluralsight以Python 基础的形式编写、录制并发布，获得了持续多年的巨大好评。从最早的时候起，我们就认为脚本可以构成一本书的基础，尽管可以公平地说，我们低估了将内容从一本好的脚本转换成一本更好的书所需的努力。

Python 学徒就是这种转变的结果。它既可以作为单独的 Python 教程使用，也可以作为我们视频课程的配套卷，具体取决于哪种学习方式最适合您。Python 学徒是三本书三部曲中的第一本，另外包括Python 熟练工和Python 大师.后面的两本书对应于我们随后的Pluralsight课程Python–超越基础和高级 Python（即将推出！）。

勘误表和建议

本书中的所有材料都经过了彻底的审查和测试；尽管如此，不可避免地会出现一些错误。如果您发现了一个错误，如果您能通过LeanpubPython 学徒讨论页面通知我们，我们将不胜感激，这样我们就可以修改并部署新版本。

本书中使用的惯例

本书中的代码示例显示在 lucida 控制台文本中：

>>> def square(x):
...     return x * x
...

我们的一些示例显示保存在文件中的代码，而其他示例（如上面的示例）则来自交互式 Python 会话。在这种交互式的情况下，我们包括 Python 会话中的提示，例如三箭头>>>和三点...提示。您不需要键入这些箭头或点。同样，对于操作系统外壳命令，我们将在 Linux、macOS 和其他 Unix 上使用美元提示$，或者在特定操作系统对手头任务不重要的情况下：

$ python3 words.py

在本例中，您不需要键入$字符。

对于 Windows 特定命令，我们将使用前导的大于提示：

> python words.py

同样，不需要输入>字符。对于需要放置在文件中而不是以交互方式输入的代码块，我们在不显示任何前导提示的情况下显示代码：

def write_sequence(filename, num):
 """Write Recaman's sequence to a text file."""
 with open(filename, mode='wt', encoding='utf-8') as f:
 f.writelines("{0}\n".format(r)
 for r in islice(sequence(), num + 1))

我们一直在努力确保我们的代码行足够短，以便每一行逻辑代码都对应于您的书中的一行物理代码。然而，在不同的设备上发布电子书的变幻莫测，以及偶尔需要很长的代码行，这意味着我们不能保证这些代码行不会自动换行。然而，我们可以保证的是，在换行的地方，出版商在最后一列中插入了反斜杠字符\。您需要根据自己的判断来确定此字符是否为代码的合法部分，或者是否已由电子书平台添加。

>>> print("This is a single line of code which is very long. Too long, in fact, to fit on a single physical line of code in the book.")

如果您在上面引用的字符串中的行尾看到反斜杠，则它不是代码的部分，不应输入。

偶尔，我们会对代码行进行编号，以便在接下来的叙述中轻松地引用它们。这些行号不应作为代码的一部分输入。编号的代码块如下所示：

def write_grayscale(filename, pixels):
 height = len(pixels)
 width = len(pixels[0])

 with open(filename, 'wb') as bmp:
 # BMP Header
 bmp.write(b'BM')

 # The next four bytes hold the filesize as a 32-bit
 # little-endian integer. Zero placeholder for now.
 size_bookmark = bmp.tell()
 bmp.write(b'\x00\x00\x00\x00')

有时我们需要提供不完整的代码片段。通常，这是为了简洁起见，我们将代码添加到现有块中，并且希望在不重复块的所有现有内容的情况下明确块结构。在这种情况下，我们使用包含三个点的 Python 注释# ...来表示省略的代码：

class Flight:

 # ...

 def make_boarding_cards(self, card_printer):
 for passenger, seat in sorted(self._passenger_seats()):
 card_printer(passenger, seat, self.number(),     
                self.aircraft_model())

这里暗示在make_boarding_cards()函数之前的Flight类块中已经存在一些其他代码。

最后，在本书的文本中，当我们提到一个标识符时，它也是一个函数，我们将使用带有空括号的标识符，就像我们在上一段中对make_boarding_cards()所做的那样。

下载示例代码

您可以从您的帐户下载本书的示例代码文件 http://www.packtpub.com 。如果您在其他地方购买了本书，您可以访问http://www.packtpub.com/support 并注册，将文件直接通过电子邮件发送给您。

您可以通过以下步骤下载代码文件：

  1. 使用您的电子邮件地址和密码登录或注册我们的网站。
  2. 将鼠标指针悬停在顶部的“支持”选项卡上。
  3. 点击代码下载和勘误表。
  4. 在搜索框中输入图书的名称。
  5. 选择要下载代码文件的书籍。
  6. 从您购买本书的下拉菜单中选择。
  7. 点击代码下载。

下载文件后，请确保使用以下最新版本解压或解压缩文件夹：

  • WinRAR/7-Zip for Windows
  • 适用于 Mac 的 Zipeg/iZip/UnRarX
  • 适用于 Linux 的 7-Zip/PeaZip

该书的代码包也托管在 GitHub 上的https://github.com/PacktPublishing/The-Python-Apprentice 。我们在上还提供了丰富的书籍和视频目录中的其他代码包 https://github.com/PacktPublishing/ 。看看他们！

下载本书的彩色图像

我们还为您提供了一个 PDF 文件，其中包含本书中使用的屏幕截图/图表的彩色图像。彩色图像将帮助您更好地了解输出中的更改。您可以从下载此文件 https://www.packtpub.com/sites/default/files/downloads/ThePythonApprentice_ColorImages.pdf 。