1. 編程基礎
2. 程序
3. Python 的語言介紹
4. Python 的解釋器
5. Python 版本區別
6. Python 安裝
- 6.1. windows 安裝
- 6.2. Linux 安裝
7. pyenv 多版本管理
8. pip 命令
- 8.1. 命令說明
- 8.2. 配置說明
9. Pycharm 安裝及基本使用
10. 第一個 Python 程序

1. 編程基礎

??用任何編程語言來開發程序，都是為了讓計算機干活，而計算機干活的 CPU 只認識機器指令，所以，盡管不同的編程語言差異極大，最后都得 翻譯 成 CPU 可以執行的機器指令。而不同的編程語言，干同一個活，編寫的代碼量，差距也很大。
??比如，完成同一個任務，可能 C 語言要寫 1000 行代碼，Java 需要寫 100 行，而 Python 卻只要 10 行。
??所以 Python 是一種高級語言。
??那是不是越低級的程序越難學，越高級的程序越簡單？表面上來說，是的，但是，在非常高的抽象計算中，高級的 Python 程序設計也是非常難學的，所以，高級程序語言不等于簡單。即便如此，對于初學者和完成普通任務，Python 語言還是非常簡單易用的。連 Google 都在大規模使用 Python，別擔心學了會沒用。

1.1. 基本概念

??程序：是一組能讓計算機識別和執行的指令。
??計算機五大部件：輸入設備、輸出設備、運算器、控制器、存儲器，各部件的主要作用：

運算器：完成各種算數運算、邏輯運算、數據傳輸等數據加工處理
控制器：控制程序的執行
存儲器：用于記憶程序和數據，例如內存
輸入設備：將數據或者程序輸入到計算機中，例如鼠標、鍵盤
輸出設備：將數據或程序的處理結果展示給用戶，例如顯示器、打印機等

??CPU 由運算器和控制器組成，其中還有寄存器以及多級緩存，其中我們所熟知的 L1、L2 緩存是每個 CPU 核心獨占的，而 L3 緩存則是所有核心共享的。寄存器、多級緩存、內存、硬盤的讀取速度依次降低。

??計算機語言: 人與計算機之間交互的語言，機器語言、匯編語言等屬于早期語言的代表，機器語言由一定位數組成的二進制 0 和 1 的序列組成，這種語言非常晦澀，難以理解，難以記錄，而匯編語言則借助了一些助記符來替代機器指令，雖然好記了一點，但還是難以學習，后來經過時代的變遷，牛人們的不斷貢獻，慢慢的針對不同場景的編程語言逐漸出現、百花齊放。

1.2. 語言分類

??從距離機器和人類可讀的兩種方向，主要分為 低級語言 和 高級語言。

低級語言：面向的機器的語言，比如機器語言、匯編語言，不同的機器不能通用。
高級語言：接近人類可讀的自然和數字結合的計算機語言，由編譯程序轉換成機器指令來進行執行，我們只需要關注如何書寫源程序，剩下編譯的事情就交給編譯器進行處理。

??從運行方式來看又分為 編譯型語言 和 解釋型語言。

編譯語言：把代碼轉換成目標機器的 CPU 指令
解釋語言：解釋后轉換成字節碼，運行在虛擬機上，解釋器執行中間代碼

??語言越高級，越接近人類的自然語言和數學語言，越低級則越能讓機器理解，高級語言和低級語言之間需要的一個轉換的工具：編譯器、解釋器，例如 C、C++ 等語言的源代碼需要本地編譯，而 Java、Python、C# 的源代碼需要被解釋器編譯成中間代碼，在虛擬機上運行。

low-and-high.png

1.3. 高級語言的發展

??高級語言根據發展歷程主要分為四個階段或者說是四種類型：非結構化、結構化、面向對象、函數式：

非結構化語言：編號或標簽、GOTO、子程序可以有多個入口和出口，有分支、循環。
結構化語言：任何基本語句只允許是唯一入口和出口，有順序、分支、循環、廢棄 GOTO
面向對象的語言：更加接近人類認知世界的方式，萬事萬物抽象成對象，對象間關系抽象成類和繼承。而類具有封裝、繼承、多態等特性
函數式語言：屬于一種古老的編程范式，應用在數據計算、并行處理等場景，在這種語言中，函數是 ' 一等公民 '，利用函數的特性，還有更高級的比如高階函數等。

2. 程序

??程序 = 算法 + 數據結構。程序 有如下特點：

數據是一切程序的核心
數據結構是數據在計算機中的類型和組織方式
算法是處理數據的方式，算法有優劣之分

??寫程序難點:

理不清數據
搞不清處理方法
無法把數據設計轉換成數據結構，無法把處理方法轉換成算法
無法用設計范式來進行程序設計
世間程序皆有 bug，但不會 debug

3. Python 的語言介紹

??Python 是著名的 “龜叔” Guido van Rossum 在 1989 年圣誕節期間，為了打發無聊的圣誕節而編寫的一門編程語言。
??Python 作為一門高級編程語言，相比于其他語言，初學者很容易入門，除此之外，Python 還具有以下優點：

簡單：Python 奉行簡潔主義，易于讀寫，它使你能夠專注于解決問題而不是去搞明白語言本身。
兼容性：Python 兼容眾多平臺，所以開發者不會遇到使用其他語言時常會遇到的困擾。
面向對象：Python 既支持面向過程，也支持面向對象編程。在面向過程編程中，程序員復用代碼，在面向對象編程中，使用基于數據和函數的對象。
豐富的庫：Python 標準庫確實很龐大。它可以幫助你處理各種工作，包括正則表達式、文檔生成、單元測試、線程、數據庫、網頁瀏覽器、CGI、FTP、電子郵件、XML、XML-RPC、HTML、WAV 文件、密碼系統、GUI (圖形用戶界面)、Tk 和其他與系統有關的操作。
規范的代碼：Python 采用強制縮進的方式使得代碼具有極佳的可讀性。
可擴展性和可嵌入性。如果你需要你的一段關鍵代碼運行得更快或者希望某些算法不公開，你可以把你的部分程序用 C 或 C++ 編寫，然后在你的 Python 程序中使用它們。你可以把 Python 嵌入你的 C/C++ 程序，從而向你的程序用戶提供腳本功能。

??Python 的學習強度相對于其他的一些編程語言普遍公認更簡單，零基礎也可輕松學會，而且發展前景好，在人工智能、大數據、云計算、運維自動化等領域均得到了廣泛的應用，且現階段人才緊缺，薪資普遍高于其他編程語言，因此，是 IT 轉型的好選擇！

??此外 Python 還是一種 動態編譯的、強類型的 語言，那么什么是動態編譯語言，什么是強類型語言呢？

靜態編譯語言：實現聲明變量類型，類型不能再改變，編譯時檢查，如 C、C++、Java
動態編譯語言：不用事先聲明類型，隨時可以賦值為其他類型，但編程時不知道是什么類型，很難推斷，如 Python、PHP、JavaScript
強類型語言：不同類型之間操作，必須先強制類型轉換為同一類型，比如 print('a'+1), 將字符串和數字直接相加將拋出異常，無法正常執行，如 Python、Java
弱類型語言：不同類型間可以操作，自動隱式轉換，比如 JavaScript 中 Console.log(1+'a')

program_language_type.png

4. Python 的解釋器

??Python 這種高級語言需要編譯成字節碼然后由 Python 虛擬機(解釋器) 去執行，針對解釋器，有多種不同的版本。

官方的 CPython：C 語言開發，最廣泛的 Python 解釋器
IPython：一個交互式、功能增強的 CPython，其典型應用是 jupyter notebook，常用于學習 Python、數據分析、機器學習等領域
PyPy：Python 語言寫的 Python 解釋器，并且針對性的進行了優化，比如 JIT 技術，動態編譯 Python 代碼
JPython：Python 的源碼編譯成 Java 的字節碼，跑在 JVM 上
IronPython：與 Jython 類似，運行在.Net 平臺上的解釋器，Python 代碼被編譯成.Net 的字節碼

?? 雖然列舉了這么多編譯器，但是目前主流的還是官方提供的 CPython，但 PyPy 由于使用 Python 語言編寫，針對性的進行了許多優化，據說速度可以達到 CPython 的 5 倍以上，建議后期可以研究一下

5. Python 版本區別

??Python 是很多 Linux 系統默認安裝的語言，以 CentOS 為例由于其 yum 包管理工具使用的是 Python 開發，所以其內置了 Python 2.x 版本，但是 Python 目前已經發展到了 3.7 版本了，并且 Python 官方對 2.x 的支持也快到期，所以建議學習 Python 的 3.x 版本。
??Python 3.x 的在本質上和 Python 2.x 有很大的變化，2.x 的程序是不能直接在 3.x 的版本上運行的，它們的主要區別有：

語句函數化。例如 print(1,2) 打印出 1 2，但是 2.x 中意思是 print 語句打印元組，3.x 中意思是函數的 2 個參數
整除。在 3.x 中，/ 為自然除，// 為整除。2.x 中 / 和 // 都為整除。
input 函數。3.x 中把 2.x 中的 raw_input 舍去，功能合并到 input 函數中去。
round 函數。在 3.x 中的取整變為距離最近的偶數
3.x 字符串統一使用 unicode。2.x 中如果想要輸入中文，還需要在文件頭顯示聲明 (_*_coding:utf-8 _*_)
異常的捕獲、拋出的語法改變

6. Python 安裝

??不同平臺需要安裝不同版本的 Python，比如 windows，需要用 exe 應用程序，而 Linux 可以下載源碼編譯安裝，或者 yum 安裝。

6.1. windows 安裝

??安裝方法：由于 windows 是圖形界面，這里就不一一截圖了，只文字說明安裝步驟。

下載安裝包
訪問 https://www.Python.org/ 在 Downloads 標簽頁下選擇 windows，然后根據自己需求，下載對應的 Windows x86-64 executable installer 版本
安裝
??雙擊下載好的 Windows x86-64 executable installer，一直 next 即可。

??安裝路徑默認即可，不要自作聰明修改

配置環境變量
??在安裝程序中選擇 add to PATH，就是把 Python 命令安裝在 PATH 變量中，讓我們可以在任意地方通過命令訪問，如果忘記選擇，也可以通過下面的方法進行設置：
??右擊我的電腦 --> 屬性 --> 高級系統設置 --> 環境變量 --> 編輯 PATH 變量 --> 添加 Python 的安裝路徑 C:\Python36 （以分號 ; 隔開）--> 確定
測試
??打開 cmd (命令提示符，快捷鍵 windows+r) ，輸入 Python ，可以進入解釋器表示安裝成功

6.2. Linux 安裝

??Linux 的安裝有 yum 和編譯安裝兩種方式：

yum 方式

[root@centos7 ~]# yum install -y Python36

編譯安裝
??編譯安裝稍微麻煩一些，詳細操作步驟請參考我的另一篇博客《CentOS 7 系統編譯安裝 Python 3 環境》：https://blog.csdn.net/colinlee19860724/article/details/88856657

7. pyenv 多版本管理

??在實際工作情況下，由于每個項目用的可能不是一個版本的 Python，并且不同應用程序所以來的第三方程序包都不同，如何讓多版本 Python 進行共存，并且保證每個項目依賴的第三方包。想要讓多個 Python 版本共存，有如下兩種方法：

編譯安裝新版本至某一個路徑
多版本 Python 管理工具

??如果每添加一個新的 Python 版本就編譯一次的話，大大增加了環境切換的成本，并且還需要區分命令(Python3.5, Python 2.7) 等等，所以就凸顯出了多版本管理工具的優點

7.1. pyenv 介紹及安裝

??pyenv 是一個多版本 Python 管理工具，它可以幫我們安裝想要的 Python 版本，并且可以一鍵切換。pyenv 是一個開源的項目，其代碼托管在 github 上，我們可以訪問它的 github 站點來根據 install 的步驟進行安裝。pyenv 的 github 地址：https://github.com/pyenv/pyenv，使用此方法的詳細安裝說明還可以參考我的另一篇博客《CentOS 7 系統下使用 Pyenv 安裝 Python 環境》：https://blog.csdn.net/colinlee19860724/article/details/89095650
??pyenv 官方還提供了便捷的安裝方式，它的項目地址是：https://github.com/pyenv/pyenv-installer，僅需要簡單幾步就可以完成安裝，下面以這種方式進行說明。

??下面的步驟已在 CentOS 7.6 上測試，并安裝成功：

安裝依賴包 (由于 pyenv 默認使用編譯的方式安裝 Python，所以它需要的依賴包需要提前安裝)

[root@centos7 ~]# yum install -y gcc make patch gdbm-devel openssl-devel sqlite-devel readline-devel zlib-devel bzip2-devel

安裝 GIT (由于 pyenv-installer 中調用 git 使用 clone 的方式拉取 pyenv 的代碼，所以這里需要進行安裝)

[root@centos7 ~]# yum install -y git

安裝 Pyenv

# 執行如下命令安裝 pyenv
[root@centos7 ~]# curl -L https://github.com/pyenv/pyenv-installer/raw/master/bin/pyenv-installer | bash

修改環境變量

[root@centos7 ~]# vim /etc/profile.d/pyenv.sh
[root@centos7 ~]# cat /etc/profile.d/pyenv.sh
#!/bin/bash
# Define environment variable
export PYENV_ROOT="$HOME/.pyenv"
export PATH="$PYENV_ROOT/bin:$PATH"
eval "$(pyenv init -)"
  
[root@centos7 ~]# source /etc/profile.d/pyenv.sh
# PS：這里直接更新了 /etc/profile.d，如果是單個用戶安裝并使用，建議添加到用戶家目錄中的 profile 文件中去

驗證

[root@centos7 ~]# pyenv version
system (set by /root/.pyenv/version)  # 表示當前使用的是系統的 Python 版本

pyenv 命令

pyenv -h                # 即可列出命令幫助信息
pyenv install -l        # 列出安裝的版本信息
pyenv install 3.6.6     # 安裝 3.6.6 版本
pyenv versions          # 查看系統 Python 版本（pyenv install 安裝的版本都可以在這里看到）
pyenv global 3.6.6      # 切換 Python 默認版本為 3.6.6
pyenv local 3.6.6       # 切換當前目錄下的 Python 版本為 3.6.6 (和目錄綁定，子目錄繼承環境設定)
pyenv shell 3.6.6       # 僅僅針對當前 shell 環境 (會話級別)

離線安裝 Python 版本

??通過 pyenv install 3.6.6 進行安裝時，它會聯網下載 Python 3.6.6 的源碼包，如果機器不能上網的話，可以采用離線的方式，預先下載好 Python 要安裝的 Python 的版本包（注意需要 gz,xz,bz，三種格式都需要) 在 pyenv 的安裝目錄下，一般在用戶的家目錄下 .pyenv 目錄中，進入后新建子目錄 cache，然后把三個包考進去即可，然后再次執行 pyenv install 3.6.6 即可

[root@centos7 ~]# cd .pyenv
[root@centos7 ~]# mkdir cache
[root@centos7 ~]# rz                   # 通過仿真終端上傳三個下載好的 Python 包
[root@centos7 ~]# pyenv install 3.6.6

7.2. virtualenv

??當多個項目公用一臺主機的時候，就會產生很多問題，當你的項目和其他人的項目共用 Python 3.6.6 時，假如每個項目都安裝了很多依賴包，你如何區分哪些包是你的項目需要的？這時 virtualenv 就很重要了，它可以在 pyenv 的環境中，再造一個虛擬環境，這個環境是基于 pyenv 中管理的某個主環境，派生出來的獨立子環境，你對 virtualenv 進行的操作，和其他的 virtualenv 沒有任何關聯。

 # 創建一個 virtualenv 環境，名字為 colin，基于 pyenv 管理的 3.6.6 版本
[root@centos7 ~]# pyenv virtualenv 3.6.6 colin     
[root@centos7 ~]# pyenv versions
* system (set by /root/.pyenv/version)
  3.6.6
  3.6.6/envs/colin
  colin
[root@centos7 ~]# mkdir lxl_test
[root@centos7 ~]# cd lxl_test
[root@centos7 lxl_test]# pyenv local colin
[root@centos7 lxl_test]# pyenv versions
  system
  3.6.6
  3.6.6/envs/colin
* colin (set by /root/lxl_test/.python-version)   # 該目錄 virtualenv 環境已切換，這樣我們就可以放心的安裝和下載依賴包了

7.3. pyenv 安裝位置

??virtualenv 創建的虛擬環境都存放在 .pyenv 安裝目錄的 versions 下：

[root@centos7 versions]# pwd
/root/.pyenv/versions
[root@centos7 versions]# ll
total 0
drwxr-xr-x. 7 root root 68 Apr  1 15:17 3.6.6
lrwxrwxrwx. 1 root root 38 Apr  1 15:17 colin -> /root/.pyenv/versions/3.6.6/envs/colin

?? 而你在virtualenv中安裝的包，則存放在virtualenv環境中對應的site-packages目錄下

[root@centos7 site-packages]# pwd
/root/.pyenv/versions/3.6.6/envs/colin/lib/python3.6/site-packages
[root@centos7 site-packages]# ls
attr                                pangu-4.0.6.1.dist-info
attrs-19.1.0.dist-info              pangu.py
ipykernel                           prompt_toolkit-2.0.9.dist-info
ipykernel-5.1.0.dist-info           ptyprocess
ipykernel_launcher.py               ptyprocess-0.6.0.dist-info
IPython                             pvectorc.cpython-36m-x86_64-linux-gnu.so
ipython-7.4.0.dist-info             __pycache__
ipython_genutils                    pygments
ipython_genutils-0.2.0.dist-info    Pygments-2.3.1.dist-info
ipywidgets                          pyrsistent
ipywidgets-7.4.2.dist-info          pyrsistent-0.14.11-py3.6.egg-info

7.4. 導出項目依賴包

??如果某一天我要導出我當前環境安裝的所有依賴包，該怎么辦呢？Python 已經提供了一個工具，供我們導出當前 Python 版本安裝的所有依賴包及名稱，它就是 pip 命令 (Python 3.x 中已經內置該命令), 使用它的 freeze 參數即可。

# 使用 freeze 可以直接導出當前安裝的依賴包以及
[root@centos7 lxl_test]# pip freeze > requirement.txt    # 對應的版本
[root@centos7 lxl_test]# cat requirement.txt
pangu==4.0.6.1

??注意：在新的項目中，只需要使用pip install -r requirement.txt 即可，讓 pip 按照 requirement.txt 文件中標識的包和版本進行安裝了。pip 命令還有很多強大的功能，下面我們來做個簡要介紹。

8. pip 命令

??pip 命令對應 Python 來說，就像 Yum 和 CentOS 的關系，它是 Python 的包管理工具，我們可以使用 pip 命令安裝幾乎所有的 Python 第三方包。

8.1. 命令說明

[root@centos7 lxl_test]# pip -h

Usage:   
  pip <command> [options]

Commands:
  install                    # 安裝第三方包
  download                   # 下載第三方包
  uninstall                  # 卸載第三方包
  freeze                     # 輸出包的名稱和版本信息，可以重定向到文件中去
  list                       # 顯示已安裝的第三方包
  show                       # 顯示安裝包信息
  search                     # 在 Pypi 庫中查找第三方包
  help                       # 查看幫助信息

General Options:
  -h, --help                 # 顯示幫助
  -v, --verbose              # 顯示詳細信息
  -V, --version              # 顯示版本信息
  -q, --quiet                # 安靜模式，不輸出任何提示信息
  --log <path>               # 把輸出信息追加 log 文件中
  --proxy <proxy>            # 使用代理，格式為： [user:passwd@] proxy.server:port.
  --retries <retries>        # 最大連接失敗重試次數，默認 5 次
  --timeout <sec>            # 設置最大超時時間，默認是 15 秒
  --cache-dir <dir>          # 指定緩存目錄
  --no-cache-dir             # 禁用緩存

8.2. 配置說明

??pip 命名默認是從 Python 官方提供的 Pypi 倉庫進行第三方軟件包，由于官方源在國外，訪問速度可能會很慢，我們可以把 Pypi 源換成國內的阿里源，來增加訪問速度。配置起來也很簡單，只需要新增 pip 的配置文件，指定源為阿里源即可。
??創建 pip 配置文件：

[root@centos7 ~]# mkdir ~/.pip
[root@centos7 ~]# cd .pip
[root@centos7 .pip]# vim pip.conf 
[root@centos7 .pip]# cat pip.conf
[global]                                           # 全局配置段
index-url=https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/  # pypi 倉庫地址
trusted-host=mirrors.aliyun.com                    # 信任主機

9. Pycharm 安裝及基本使用

??PyCharm 是一種 Python IDE，帶有一整套可以幫助用戶在使用 Python 語言開發時提高其效率的工具，比如調試、語法高亮、Project 管理、代碼跳轉、智能提示、自動完成、單元測試、版本控制。此外，該 IDE 提供了一些高級功能，以用于支持 Django 框架下的專業 Web 開發。
??一句話總結：幫助我們將代碼自動格式化（優雅的空格），關鍵字提示，以及一鍵執行、調試等功能，對于敏捷開發有很大的幫助。所以 Pythoner 請使用 Pycharm 吧。
??具體安裝方法這里不再贅述，請大家自行上網搜索，安裝過程中遇到的問題，歡迎郵件咨詢 517999276@qq.com 。

10. 第一個 Python 程序

??Python 語言已經安裝完畢，環境也已經配置好，那我們就來寫一個簡單的 Python 程序吧
??例子如下：

# Python 2.x
print 'hello world'
 
# Python 3.x
print('hello world')

# 這里：引號內的是要打印到屏幕上的字符，快去試試吧。

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