1.3 Python解釋器

以數字序列的方式來編寫程序是非常煩瑣的（盡管在計算機時代的早期階段，程序員就是這么做的）。幸運的是，人們很快意識到，他們可以為編寫程序而定義特殊的語言，并使用計算機將程序從高級編程語言轉換為機器代碼。早期的編程語言有Fortran、COBOL和BASIC。今天流行的語言有C++、C＃、Java和JavaScript等。Python是另一種非常流行的編程語言：它是由荷蘭數學中心（Stichting Mathematisch Centrum）的Guido van Rossum于20世紀90年代初發明的。

在高級編程語言中，每個語句都轉換為多個CPU指令。圖1-3展示了一個用Python編寫的函數，它由一個文檔字符串（Docstring，三引號中的一段注釋，幫助使用該函數）和一些語句組成。

圖1-3 用Python編寫的函數

用機器語言或匯編語言編寫的程序僅適用于具有兼容性CPU的計算機。換句話說，命令/語句限定于特定的CPU。用高級語言編寫的程序可以與任何CPU一起使用。例如，它可以在PC或Mac上運行。

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有兩種方法，可以將高級編程語言編寫的程序轉換為機器代碼。第一種方法稱為“編譯”：一種稱為“編譯器”的特殊程序，檢查高級語言編寫的程序文本，生成適當的機器語言指令，并將它們保存在一個可執行文件中，該文件可以在計算機上運行。程序編譯后，運行該文件就不需要編譯器了。第二種方法稱為“解釋”：一種稱為“解釋器”的特殊程序，檢查程序的文本，生成適當的指令，并立即執行這些指令。解釋器不會創建可執行文件，每次運行程序都需要解釋器。

編譯就像外語教材的書面翻譯一樣，解釋就像在外國人說話的同時進行同聲翻譯。解釋器可以從文件中讀取程序，也可以允許你以交互方式逐行輸入程序語句。

一些現代語言（如Java）使用混合的方法。首先，它們將程序編譯成一種稱為“字節碼”的中間低級語言，它仍然獨立于特定的CPU，但更緊湊，更接近機器語言。然后它們在解釋字節碼時執行程序。Python也將“模塊（函數庫）”預編譯為字節碼。

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程序的文本由相當嚴格的語法規則控制：你不能簡單地輸入隨心所欲的內容，并指望計算機理解它。

程序中的每個符號都必須位于正確的位置。

在英語或其他自然語言中，你可以拼錯一個單詞或省略一些標點符號，但仍然可以生成可讀的文本。這是因為自然語言具有“冗余”，信息以低于最佳效率的方式傳輸，但這導致即使它有某種亂碼，讀者仍可以正確地解釋消息（見圖1-4）。

圖1-4 Lyla Fletcher Groom的故事，5歲（由寫作研討會提供）

編程語言實際上沒有冗余，幾乎每個字符都是必不可少的。編程中很可能會犯錯誤，因此編程人員必須學會耐心并注重細節，在修復代碼的錯誤時堅持不懈。

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我們現在準備使用Python。根據開源許可證，Python可免費獲得，即使是商業應用程序也是如此。Python許可證由Python Software Foundation管理。

在本書中，我們將使用Python 3，即Python的較新版本。

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早期版本的Python稱為“Python 2”。Python 2和Python 3之間存在一些差異——它們不是百分之百兼容。在撰寫本書時，Python 3的最新版本是3.7.3。

關于如何下載適用于你的計算機和操作系統的Python安裝程序，請參閱其他相關入門教程。

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在編譯語言時，你需要創建程序文本，并將它保存在一個文件中，稱為“源代碼”，然后讓源代碼文件通過編譯器運行，以得到可執行程序。在Python中，你可以從源文件中讀取程序，也可以在Python解釋器Shell中輸入單個語句，并立即查看結果。

使用GUI（圖形用戶界面）前端運行Python解釋器很方便。標準安裝的Python附帶的GUI稱為IDLE（見圖1-5）。

圖1-5 在Windows系統中，Python的GUI“Shell”，稱為IDLE

>>>是Python解釋器的“提示符”。提示符是來自程序的信號，表示它正在等待用戶輸入。用戶可以輸入語句，當用戶按<Enter>鍵時，解釋器會顯示結果。

例如，輸入：

>>> 2+3 <Enter>

（用戶輸入以粗體顯示）。Python會顯示：

5
>>>

看起來很不錯！這里發生了很多事情。解釋器讀取你輸入的文本行（語句），然后分析文本并發現該語句有兩個用+號分隔的數字。分析文本并提取它的組件的過程稱為“解析”。

一些小實驗會讓你相信空格并不重要（只要語句在提示后立即開始，沒有前導空格）。例如，你可以輸入2+3或2+3或2+3——結果相同。但是如果你輸入2+* 3，你就會得到：

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

現在嘗試：

>>> 2(3+4)

你預期會得到14，對嗎？沒有！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

顯然，Python解釋器“認為”你輸入的語句有問題。但是，Python（讓我們將解釋器簡稱為Python）不是報告語法錯誤，而是報告了別的內容，這似乎沒有什么幫助。TypeError指的是一個對象的“類型”（一個整數、一個函數等），而不是你在鍵盤上輸入的內容。顯然Python已經斷定你試圖用一個名為2的函數調用輸入值3+4，所以Python告訴你（以它自己神秘的方式），2不是一個函數。你可能會認為Python有時非常愚蠢。事實上，它既不聰明也不愚蠢——它只是一段代碼。

同時，你真正的意思是：

>>> 2*(3+4)

也許你認為乘法符號是可省略的，就像在數學中一樣。不是這樣。正如我們告訴過你：每個字符都很重要！

第1.3節練習

1．定義“冗余”。?

2．在Python解釋器中輸入2+?3。這是有效的語法嗎？解釋結果。現在對2++ 3做同樣的事情。

3．■嘗試2+++ 3。解釋結果。

4．嘗試2** 3和2 ** 4。Python的運算符**表示什么？

5．在Python中，單引號、雙引號或三引號中的文本片段代表“文字字符串”。嘗試"abc" + "def"和'abc' + 'def'和'''abc''' + '''def'''和"""abc""" + """def"""。解釋+運算符應用于字符串時的作用。?

6．*運算符可以應用于整數和字符串嗎？嘗試3 *'La'并解釋結果。

7．輸入9?8*2+6并解釋結果。輸入(5?1)*(1+2)**3并解釋結果。Python表達式中，“運算符的優先級”是什么（即首先應用哪些運算符）？ ?

8．■在Python提示符處輸入17%3，同時嘗試15%4和15%5。%運算符計算什么？與+、 ?、*、/和**相比，運行一些測試以確定其等級（優先級）。 ?