Python
編程範型 | 多范型:過程式、結構化、模塊化、反射式、面向對象、函數式 |
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設計者 | 吉多·范羅蘇姆 |
實作者 | Python軟件基金會 |
面市時間 | 1991年[1] |
當前版本 |
|
型態系統 | 鴨子類型[3]、動態、強類型[4]、漸進(自從3.5)[5] |
操作系統 | 跨平臺 |
許可證 | Python軟件基金會許可證 |
文件擴展名 | .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/),是一種廣泛使用的解釋型、高級和通用的編程語言。Python支持多種編程范型,包括結構化、過程式、反射式、面向對象和函數式編程。它擁有動態類型系統和垃圾回收功能,能夠自動管理內存使用,並且其本身擁有一個巨大而廣泛的標準庫。它的語言結構以及面向對象的方法,旨在幫助程序員為小型的和大型的項目編寫邏輯清晰的代碼。
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年首次發布 Python 0.9.0[32]。Python 2.0於2000 年發布並引入了新功能。Python 3.0於2008年發布,它是該語言的主要修訂版,並非完全向後兼容。Python 2於2020年隨2.7.18版停止支持[33]。
Python的設計哲學,強調代碼的可讀性和簡潔的語法,尤其是使用空格縮進來劃分代碼塊。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解釋器本身幾乎可以在所有的操作系統中運行,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件,目前由Python軟件基金會管理。Python是最受歡迎的編程語言之一[34][35][36][37]。
歷史
Python的創始人吉多·范羅蘇姆,在1982年至1995年間,參與了荷蘭數學和計算機科學研究學會多個項目的工作[38]。1989年的聖誕節期間,他決心開發一個新的腳本解釋程式,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操作系統[39]之間的交互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作為這個編程語言的名字[40]。范羅蘇姆作為Python的主要開發者,獨自擔負這個項目的發展決策者職責,直到2018年7月12日,他宣布從終身仁慈獨裁者(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項目發展[43][44]。
在1991年2月,范羅蘇姆在alt.sources上發布了最初代碼(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引進的模塊系統[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提供的函數式編程工具lambda
、map
、filter
和reduce
[47]。受Modula-3啟發,Python 1.1介入了缺省參數值,Python 1.3介入了關鍵字參數。Python 1.4介入了對複數的內建支持,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發布,它從函數式編程語言Haskell中引進了列表推導式,並且支持了Unicode,還向垃圾回收系統增加了環檢測算法[49]。Python 2.1支持了靜態嵌套作用域和閉包[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],和描述器協議[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
語句[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發布,它對語言做了較大修訂而不能完全後向兼容[58],儘管提供了進行自動轉換2to3
實用工具,仍有大量現存代碼不能移植,故而Python 2.7的產品壽命結束延期至2020年元旦。Python 3.4介入了異步I/O模塊[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對官方實現進行了優化提速[68]。Python 3.12介入了類型參數語法和type
語句[69],並廢棄或移除了一些過時的模塊和功能。Python 3.13介入了新的交互式解釋器,並實驗性的支持了在自由線程模態下運行和即時編譯器[70]。
每個版本首次發行後,享有2年的完全支持,隨後是3年的安全支持。當前只有Python 3的穩定版本3.12與3.13正在被完全支持,但仍提供對3.9、3.10和3.11版本的安全性修正[71]。
在2023年12月,活躍的Python核心開發者,選舉Pablo Galindo Salgado、Gregory P. Smith、Barry Warsaw、Emily Morehouse和Thomas Wouters,為2024年度「掌控委員會」的五位成員來領導這個項目[72]。
特徵與設計哲學
Python是多范型編程語言。它完全支持結構化編程和面向對象編程,還有很多特徵支持函數式編程和元編程比如元對象協議(元類和魔術方法[73])。通過擴展還可以支持很多范型,包括面向方面編程[74]、契約式設計[75]和邏輯編程[76]。
Python使用動態類型,在內存管理上採用的垃圾回收器基於了引用計數[77],並且結合了檢測環引用的分代垃圾回收優化[78]。它的特徵還有動態名字解析(後期綁定),即在程序執行期間綁定方法和變量的名字。
Python對遵循LISP傳統的函數式編程提供了有限的支持[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。
- 扁平優於嵌套。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集成到語言核心,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接口如標準庫中的ctypes等,來提供C語言兼容數據類型,並訪問動態鏈接庫或共享庫中的函數[84],從而對用其他語言編寫的程式進行集成和封裝。
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擴展模塊[85]。
語法和語義
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
Python支持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]。注釋開始於並非字符串文字一部份的一個井號#
,並結束於物理行結尾;注釋標示邏輯行的結束,除非已受制於隱式行接續規則;注釋在語法上被忽略[87]。
簡單語句包含在一個單一的邏輯行之內,Python支持使用分號作為分隔符,將多個簡單語句合併入語法意義上的一行之中[88]。
縮排
Python語法中的複合語句,包含(成組的)其他語句;它們以某種方式影響或控制這些其他語句的執行。Python的複合語句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)。特定複合語句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語句,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語句,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語句,只有這種套件形式可以包含嵌套的複合語句[89]。
Python語言遵循越位規則,利用縮排來形成語句套件,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字符(從左至右)被替代為1至8個空格,使得直到tab之前的諸字符加上這些替代空格的字符總數,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符的空格的總數,確定了這一行的縮排層級。縮排所用諸字符,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。如果源代碼文件混合了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
Python有如下35個關鍵字;它們不能用作標識符[93]:
|
|
|
|
|
|
|
內建常量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標識符,稱為「軟關鍵字」[97]:
match
、case
和通配符_
,介入於版本3.10,它們在與模式匹配語句有關的上下文中,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
語句之中。
標識符
標識符就是名字,在ASCII範圍內(U+0001..U+007F),可用於標識符的字符為:大寫字母A
至Z
和小寫字母a
至z
,下劃線_
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「保留標識符類」[99]:
_spam
(單下劃線開頭):弱「內部使用」標識。對於from M import *
,將不導入所有以下劃線開頭的對象。spam_
(單下劃線結尾):為了避免與python關鍵字的命名衝突。__spam
(雙下劃線開頭):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__
(雙下劃線開頭雙下劃線結尾):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量或函數。
在Python文獻中經常使用的元語法變量是spam和eggs而非傳統的foo和bar[100]。
語句
Python的語句包括簡單語句:
- 賦值語句,採用的中綴記號是等號
=
。賦值語句被用來將名字綁定(含重新綁定)到值,以及用來修改可變對象的特性或項目。 - 表達式語句,用來交互式的計算並寫出一個值,或者用來調用一個過程(即返回無含義結果的函數),在Python中過程返回值
None
。 global
語句,是在整個當前代碼塊中成立的聲明,它意味着隨後列出的標識符被解釋為全局變量。nonlocal
語句,導致隨後列出的標識符,提及在除了全局作用域之外的最近包圍作用域中的先前綁定變量。type
語句,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
語句,充當NOP,表示此行為空,不執行任何操作。assert
語句,用於程式調適階段時測試執行條件是否滿足。continue
語句,越過這次迭代並繼續進行下個項目。break
語句,從循環中跳出。return
語句,用來從函數返回值。當函數執行到return
語句時,它會停止執行並將指定的值返回給調用者。raise
語句,拋出一個例外。yield
語句,使用它從一個生成器中返回一個值。在版本2.5之前,信息只能單向的從生成器傳遞出來。[c]import
語句,導入一個模塊或包,它組合了兩種操作,查找指名的模塊,接着將找到的結果綁定到在局部作用域中的名字。導入語句有三種形式(下述語句樣本中的方括號表示其中內容為可選的):del
語句,遞歸的進行刪除。
複合語句:
if
語句,當條件成立時執行語句套件。它經常包含elif
、else
子句。while
語句,當條件為真時,重複執行語句套件。for
語句,遍歷列表、字符串、字典、集合等迭代器,依次處理迭代器中的每個元素。match
語句,用於模式匹配。try
語句,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支持並廣泛使用例外處理,作為檢測錯誤狀況和程序中其他「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。習慣上訪問一個文件或資源不在使用之前進行測試,而是先行嘗試使用它,再捕獲訪問被拒絕引發的例外。[e]Python 3.11介入了except*
子句[112]。with
語句,把一塊代碼包裹在一個上下文管理器之內。它允許了資源獲取即初始化(RAII)式行為,可替代常見的try
/finally
慣用法。Python使用with
語句處理資源[113],在進入一個作用域的時候調用一個函數,而在離開它的時候調用另一個函數,例如:在一塊代碼執行之前獲取一個鎖,並且在此後釋放這個鎖;或事先打開一個文件,並且事後關閉它。[f]class
語句,是定義類的可執行語句。類的繼承列表給出基礎類列表,沒有繼承列表的類,缺省繼承基礎類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局名字空間。當這個類套件完成執行之時,丟棄它的執行框架並保存它的局部名字空間。一個類對象接着被創建,其基礎類採用繼承列表,其特性字典採用保存的局部名字空間。類名字接着在原來的局部名字空間中,被綁定到這個類對象。def
語句,是定義函數和方法的可執行語句。它的執行在當前局部名字空間中,將函數名字綁定到一個函數對象(對函數的可執行代碼的包裝器)。這個函數對象包含到當前全局名字空間的引用,作為調用這個函數時使用的全局名字空間。async def
語句,用於協程函數定義。await
表達式、async for
語句和async with
語句,只能用在協程函數的主體中。[g]
塊與模塊
Python程序構造自代碼塊。塊是作為一個單元執行的Python程序文本,模塊、函數主體和類定義都是塊。交互式鍵入的每個命令、腳本文件和腳本命令都是代碼塊。傳遞給內建函數eval()
和exec()
執行的字符串是代碼塊。
代碼塊在執行框架(frame)中執行。框架包含一些用於調試的管理信息,並確定在這個代碼塊執行完成後,執行在何處以及如何繼續。名字空間是存儲變量的地方,它被實現為字典。有局部名字空間、全局空間即包含此代碼塊的那個模塊的名字空間,和內建名字空間即模塊builtins
的名字空間;對象的方法是定義在類主體內的函數,它有着嵌套的名字空間。名字空間通過防止命名衝突而支持了模塊性,還通過明晰了哪個模塊實現了哪個函數而增進可讀性和可維護性。
模塊是包含Python定義和語句的一個文件,這個文件名字是模塊名字附加上後綴.py
;在一個模塊中,模塊的名字(作為字符串)可獲得為全局變量__name__
的值[111]。包(package)是可以包含子模塊或遞歸性的子包的模塊。包在技術上是具有__path__
特性的Python模塊。可以將包視為文件系統上的目錄,而將模塊視為這種目錄中的文件,但是包和模塊不必然源自文件系統[114]。
完整的Python程序,在一個極小初始化的環境中執行:所有內建和標準模塊均可獲得,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__
用來為完整程序的執行提供局部和全局名字。當解釋器被調用在交互模態下的時候,它一次一個的讀取並執行語句;初始環境同於完整程序,每個語句都在__main__
的名字空間中執行。
頂層代碼是啟動運行的首個用戶指定Python模塊。__main__
是頂層代碼運行所在的環境。從命令行使用-m
參數,作為頂層腳本運行的模塊(作為模塊__main__
)是代碼塊。此時__name__
變量被設置為"__main__"
,籍此可在這個模塊中增加直接運行時候執行的代碼[111][115]。
名字是通用的引用持有者,它不關聯於一個固定的數據類型,但是,一個名字在給定時間,總是被綁定到有一個類型的某個對象上,這就是動態類型的特徵。名字的存儲位置不「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,都可以重新綁定到各種不同類型的對象上,包括字符串、過程、具有數據和方法的複雜對象等。如果一個名字綁定在一個塊中,它是這個塊的局部變量,除非被聲明為nonlocal
或global
。如果一個名字綁定在模塊層次,它是全局變量。模塊代碼塊的變量,既是局部的也是全局的。如果一個變量使用在一個代碼塊中,卻不定義在這裡,它是自由變量[116]。
內建vars()
函數,返回一個模塊、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,返回實現當前模塊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調用locals()
之時,它返回自由變量。在模塊層級上,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,是將一個名字綁定為到一個分立的動態分配的對象的一個引用。除了在塊中出現的每個賦值語句或導入語句之外,下列構造也綁定名字:給函數的形式參數、類定義、函數定義、賦值表達式、在for
語句頭部中和各種as
關鍵字之後的標識符目標(target),as
關鍵字出現在import
語句、with
語句、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。如果一個局部變量被定義在一個塊中,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,作用域擴展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綁定。當一個名字在一個代碼塊之中使用,它採用最近包圍作用域來解析。對一個代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]。
如果一個名字綁定在一個塊中,並且在其中於綁定之前就被使用,會導致一個錯誤。[h]
如果global
語句出現在一個塊之中,在這個語句中指定的所有名字,提及在頂層名字空間中這些名字的綁定。名字在頂層名字空間解析,首先查找全局名字空間,未果查找內建名字空間。global
語句與在同一個塊中的名字綁定運算有同樣的作用域。如果一個自由變量的最近包圍作用域包含針對它的global
語句,這個自由變量被當作全局的[116]。[i]
當一個函數或類的定義被嵌套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
語句導致其列出的標識符,提及在非局部作用域內先前綁定的名字(即非局部變量)[116]。[j]
表達式
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(按引用比較),也就是比較兩個變量是否引用了同一個對象。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,比較是可以鏈接起來的[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;要麼通過一組循環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支持在序列對象(比如字符串、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標識符,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
語句之中的時候,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
語句之中,都不要求圓括號[125]。
Python中運算符具有優先級,下表中的運算符按照從最高到最低的次序列出。在相同單元格中運算符具有相同的優先級,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]:
運算符 | 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,調用,特性引用 |
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 |
布爾NOT |
and |
布爾AND |
or |
布爾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,介入了字典歸併算符|
和字典更新算符|=
[128]。
Python的文本序列類型,包括字符串str
和字節序列bytes
與bytearray
。字符串文字有多種寫法,字符串對象有一個內建格式算符%
:
- 短字符串文字,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。這二種字符串都使用反斜槓\
作為轉義字符。
- 字符串文字或字節文字都可選的能前綴上一個
r
或R
,這叫做原始字符串。轉義序列不被解釋,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「字符串格式」算符
%
,在功能上類同於C語言中的printf
格式化字符串[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「格式化字符串文字」或稱為「f字符串」,它向字符串文字前綴上f
或F
[132],這是一種字符串插值[133],例如x="blah"; y=2; f'spam={x} eggs={y:04d}'
。[t]
在Python中,在表達式和語句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
循環;條件表達式相當if
語句;內建函數eval()
相當exec()
,前者用於表達式,後者用於語句。
語句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,也就不能包含語句。這個限制的一個示例:賦值語句比如a = 1
,不能用作條件語句的條件判斷表達式的一部份;這能夠避免C語言編程中的一個常見錯誤,即在條件判斷時把等於算符==
誤寫為賦值算符=
,這不是預期代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
Python的函數支持遞歸和閉包[u] ,及其他頭等函數特徵,但不支持函數重載。Python的函數作為頭等對象,具有和普通對象平等的地位。Python官方實現不提供尾調用優化或頭等續體,吉多·范羅蘇姆曾聲稱永遠都不會加以支持[134],但有第三方庫支持彈跳床[135]。
Python可以在函數定義時,於形式參數序列中,指定形式參數缺省值,即以param=value
樣式進行一次性初始化。形式參數在初始化之後,保持既有綁定;函數的後續調用,可繼續對它進行訪問或變更。[v]為有缺省值的形式參數提供實際參數,在函數調用時是可選的。
Python的函數實際參數與形式參數之間的結合,是傳遞「對象引用」,函數在被調用的時候,給函數調用的實際參數,被介入到一個局部符號表中,實際參數使用傳值調用來傳遞,而這個值總是對象引用,而非這個對象的值[136]。如果形式參數綁定到一個可變的對象,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。如果形式參數綁定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綁定到其它對象上,這並不影響函數外的對象的值。[w]
Python支持位置實際參數和關鍵字實際參數。函數調用時,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。有缺省值的形式參數之後,不能跟隨無缺省值的可位置形式參數。[x]在一個函數調用的實際參數序列中,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,它們對應於在函數調用時提供的,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,在引用它的變量前加一個*
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、方法或類定義的任何可調用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,接着把它綁定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符。修飾器是一種形式的元編程,它們增強它們所修飾的函數或方法的行動。[z]
多個修飾器可以鏈接起來,通過在毗連的行上放置多個修飾符,或者使用中間變量。[aa]
函數修飾器的正規用法包括:用來建立類方法或靜態方法[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:尾調用消除、記憶化[139]。
為了增強代碼的可讀性,可以在函數後書寫「文檔字符串」(簡稱docstrings),用於解釋函數的作用、參數的類型與意義、返回值類型與取值範圍等。可以使用內置函數help()
,打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]。此特性可方便對源代碼進行更深入的分析。[ac]自從Python 3.5,開始支持類型提示[141]。
對象及其方法
Python支持大多數面向對象編程技術。在Python中所有東西都是對象,包括類、函數、數和模塊。它允許多態性,不只是在類層級之內,而且通過採用鴨子類型的方式[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天然支持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)算法,還支持混入。Python支持元類[142],自從Python 3.6,提供了定製類創建的簡單機制[143]。
Python使用名字修飾,有限的支持私有變量。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,來訪問數據成員的面向對象編程信條。就像Python提供函數式編程構造,但不嘗試要求參照透明性一樣,它提供對象系統,但不要求面向對象編程行為。
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,它們用在其他一些面向對象編程語言,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,在一個類的方法中調用此函數返回一個代理(proxy)對象,它將其方法調用委託給這個類的父類或兄弟類[146],當一個子類的方法覆蓋了超類方法的時候,可通過調用super().method
,來調用與子類的self.method
方法同名超類方法。[ae]
Python支持一些以__
開始和結束的特殊方法名,它們用於實現運算符重載,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重載運算符,比如在一個類上定義__add__()
,將允許在這個類的實例上使用+
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
修飾符,來分別建立類方法和靜態方法[55]。給類方法的第一個實際參數,是對類對象的引用,而非對實例的self
引用。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
Python使用鴨子類型,並擁有有類型的對象,和無類型的變量名字。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。儘管是動態類型系統,Python卻是強類型的,禁止沒有明確定義的操作(比如加一個數到一個字符串),而不是默默的去嘗試轉換使其有意義。Python支持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數據類型。同時具備常規的整數和浮點算術,它透明的支持任意精度算術、複數和十進制浮點數。Python支持種類繁多的字符串操作。在Python中,字符串是不可變的,所以在其他編程語言中可能就地改變字符串的字符串操作,比如字符替換,在Python中返回新的字符串。
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,搜集是以一種易於引用或索引的方式,包含其他對象的對象。搜集有二種基本形式:序列和映射。Python對建立容器類型的對象有着語法上的支持。[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議。
有次序的序列類型是列表(動態數組)、元組和字符串。所有序列類型都是位置索引的(從0
到长度−1
),並且除了字符串,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。字符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,映射是以「字典」形式實現的無次序的類型,它將一組不可變的鍵,映射到相應的元素上(非常像數學函數)。在字典中的鍵,必須是不可變的Python類型,比如整數或字符串,因為在底層它們是通過散列函數實現的。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:在變量名字(字符串)和這個名字所引用的值之間的映射,就存儲為字典,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允許編程者使用類,定義自己的類型[51],類是在面向對象編程中最經常使用的。類的新實例,是通過調用這個類的構造器而創建的,而類都是元類type
的實例,type
是type
元類自身的實例,這允許了元編程和反射。[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。
長期規劃是支持漸進類型[5],並且自從Python 3.5,語言的語法允許指定靜態類型,但在缺省實現CPython中不檢查它們[141]。有叫做「mypy」的可選的靜態類型檢查器,支持編譯期類型檢查[151]。
類型 | 可變性 | 描述 | 語法例子 |
---|---|---|---|
bool
|
不可變 | 布爾值,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 ,除了在轉換成字符串時轉換為"False" 和"True" 之外。
|
True False
|
int
|
不可變 | 整數,其大小在理論上無限制,實際上受限於內存[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個二進制有效數位精度[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 循環中指定循環次數[154]。
|
range(1, 10) range(10, -5, -2)
|
str
|
不可變 | 字符串,即Unicode代碼點序列。字符串中的代碼點都在範圍U+0000..U+10FFFF 之內。Python沒有char 類型,這些代碼點都表示為長度為1 的字符串對象。
|
'Wikipedia'
"Wikipedia"
"""Spanning
multiple lines"""
|
bytes
|
不可變 | 字節序列,其項目是8位字節,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。只有一個項目的元組,可以通過向表達式後綴一個逗號來形成。 | (4.0, 'string', True) ('single element',) ()
|
dict
|
可變 | 鍵-值對的關聯數組(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,其散列值不能保持恆定。 | {'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。它不應該在布爾值上下文中求值。
|
NotImplemented
|
除了各種數據類型,Python解釋器還內建了很多其他類型,包括可調用類型:用戶定義函數、實例方法、生成器函數、協程函數、異步生成器函數、內建函數、內建方法、類、類方法;模塊,定製類,類實例,I/O對象(也叫做文件對象),和暴露給用戶的一些內部類型:代碼對象、框架對象、溯回對象、切片對象、靜態方法對象、類方法對象。
算術運算
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]。指數運算先將兩運算元轉為共同類型並且其結果也採用這個類型參數,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。
在整數之間的除法/
,產生浮點數結果。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,/
總是浮點除法,比如5/2 == 2.5
;它介入了「下取整除法」//
,比如7//3 == 2
、-7//3 == -3
、7.5//3 == 2.0
而-7.5//3 == -3.0
。
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,例如這意味着等式(a + b)//b == a//b + 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
;這不同在數學中的歐幾里得除法規則下,餘數總是非負數。其它多數編程語言比如C語言採用的截尾取整規則,餘數的符號同於被除數。向下取整意味着等式b*(a//b) + a%b == a
對於a
的正數和負數值二者都是有效的。
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[158],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允許由比較運算鏈接起來的布爾表達式,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
[159]。
Python對所有整數運算,使用任意精度算術。在decimal
模塊中的Decimal
類[160],提供十進制浮點數,具有用戶可按需要而更改的缺省28個十進制有效數位精度,並有多種修約方式[161]。在fractions
模塊中的Fraction
類,提供任意精度的有理數[162]。第三方庫gmpy2[163],提供了到任意精度計算庫GMP/MPIR、MPFR和MPC的接口。
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
模塊內。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進一步擴展了固有能力,Python經常被用作科學腳本語言,來處理如數值數據處理和操縱等問題[164][165]。
標準庫
Python擁有一個強大的標準庫[166]。Python標準庫包括了如下功能:
程序代碼實例
一個在標準輸出設備上輸出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,可將如下代碼錄入純文本文件並隨意命名比如program01.py
,然後執行這個程序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序代碼:
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,需要在要打印的字符串前後加上圓括號;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
Python是一門跨平台的腳本語言,Python規定了一個Python語法規則,根據該規則可編寫Python直譯器[167]。Python屬於動態語言,其官方實現將Python程序編譯成中間形式的字節碼[168],並接着在它的虛擬機上執行[169],相較於C/C++和java的等編譯語言而言運行速度較慢[170]。
- 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採用了全局解釋器鎖(GIL),確保在任何時刻只有一個線程執行Python字節碼;一些擴展模塊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[171]。
- PyPy:用RPython編寫的Python實現,兼容至CPython版本3.10和2.7,它採用了跟蹤JIT,缺省支持stackless模態。
- MicroPython:為微控制器而優化的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標準庫模塊功能子集的內建模塊,和特定於微控制器的一些模塊。CircuitPython是Adafruit開發的MicroPython分叉。 - Codon:使用了LLVM的高性能Python編譯器[172],它將Python代碼編譯成本機機器代碼,不帶有任何運行時開銷並且支持本機多線程,它的語義在數據類型等方面上與CPython有所不同[173],它由MIT CSAIL的研究人員開發[174]。
- Pyodide:基於WebAssembly/Emscripten的用於瀏覽器和Node.js的Python發布[175],支持任何在PyPI上
wheel
形式的純Python包,並且已經移植了很多具有C語言擴展的包。 - RustPython:用Rust編寫的Python解釋器[176],它可以嵌入到Rust應用程序中從而將Python用作腳本語言,還可以被編譯成WebAssembly從而在瀏覽器中運行Python代碼。
- Brython:用JavaScript編寫的在瀏覽器中運行的Python實現[177],具有到DOM元素和事件的接口。
- 到其他語言的交叉編譯器
- Cython:優化靜態編譯器,將Python超集編譯成C語言或C++。Cython補充支持調用C語言函數並且在變量和類特性上聲明C語言類型,還支持以OpenMP為後端的本機多線程並行[178]。
- 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,翻譯成快速的機器碼,它為在CPU和GPU上並行化Python代碼提供了大量選項。
- mypyc:將Python模塊編譯成C擴展的編譯器[179],它使用標準的Python類型提示生成快速代碼。mypyc是mypy發行的可選依賴,它使用mypy進行類型檢查和類型推論[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[180],它依賴於Boost和xsimd庫,將標註了接口描述的Python模塊編譯為本機共享庫模塊,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)的優化編譯器[181],它依賴於CPython的
libpython
庫,能完成嵌入所有模塊的程序編譯、擴展模塊及包編譯和獨立模態程序發布。 - Transcrypt:用Python編寫的Python 3.9到JavaScript編譯器[182],用於在瀏覽器中運行Python代碼,它被預先編譯為高可讀性且高效的JavaScript代碼。
- MyHDL:將Python編譯成Verilog或VHDL[183]。
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等性能優化的CPython 3.8.12的分叉[184]。Pyjion,將Python代碼編譯成本機CIL的CPython 3.10的JIT擴展[185]。Cinder,它是Meta孵化器發布的具有包括JIT等很多優化的CPython 3.10分叉[186]。
開發環境
通用文本編輯器
很多並非集成開發環境軟件的文本編輯器,也對Python有不同程度的支持,並且加上專門為Python設計的編輯器插件也會有很高的可用性。
專用開發環境
適用於Python的集成開發環境(IDE)軟件,除了標準二進制發布包所附的IDLE之外,還有許多其他選擇。其中有些軟件設計有語法着色、語法檢查、運行調試、自動補全、智能感知等便利功能。由於Python的跨平台出身,這些軟件往往也具備各種操作系統的版本或一定的移植性。
- IDLE:Python「標準」IDE,一般隨Python而安裝,支持較少的編輯功能,調試功能也比較弱。
- Eric:基於PyQt的自由的IDE,支持自動補全、智能感知、自動語法檢查、工程管理、svn/mercurial集成、自動單元測試等功能,具有可擴展的插件系統,通過可選插件支持Git集成。調試功能與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、版本控制等等,另外,它還提供了一些功能用於Django開發,同時支持Google App Engine,還支持IronPython。它是商業軟件,但也具有社區版和教育版。
- Thonny:適用於編程初學者的IDE。
- Wing IDE:商業軟件,有免費的功能有限的Wing 101。
第三方擴展包
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。第三方模塊可以使用Python/Cython或者C語言編寫。軟件工具SWIG和SIP,通過定義接口文件或規定文件的方式,可以將C/C++編寫的程序庫包裝為Python模塊。Python解釋器本身也可以被集成到其它需要腳本語言的程式內。
Python包索引是公開的軟件包在線倉庫。pip是官網推薦的以安全方式安裝Python應用及其依賴軟件包的最流行工具[187]。要安裝在整個操作系統範圍內共享的Python包,現在需要通過操作系統的軟件包管理系統。要將特定於應用的依賴包隔離於共享的Python安裝,可以使用標準庫的venv[188]或第三方工具virtualenv[189]創建虛擬環境;第三方工具pipenv,能自動為用戶項目建立和管理虛擬環境,並在安裝/卸裝軟件包的時候,向此項目的Pipfile文件增加/移除這個軟件包[190]。
網絡服務
Python定義了WSGI標準應用接口,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應用服務器。Tornado是用Python語言寫成的非阻塞式web服務器,也是輕量級的Web框架。
Python對於各種網路協定的支援很完善,因此適用於編寫伺服器軟體、網路爬蟲等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框架和函數庫:
- Django:MTV架構[191]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:創建在瀏覽器內的Python應用的框架[192],這些應用能使用HTML界面和已編譯成WebAssembly的Pyodide或MicroPython,以及當代Web技術。
- Twisted:事件驅動的網絡編程框架。它支援多數標準的網路協定(包含客戶端和伺服器),並且提供了多種工具,適用於編寫高性能的伺服器軟體。
- 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請求所需要的代碼量。
- Beautiful Soup:用來解析HTML/XML的一個簡單易用Python包。
- uvloop:是對內建
asyncio
事件循環的快速的、直截了當的替代者[193],它用Cython實現並在底層使用了libuv。 - aiohttp:基於
asyncio
的HTTP客戶端和服務器二者[194]。
圖形用戶界面
Python本身包含了Tkinter庫,它是Python的業界標準GUI並被集成進入了IDLE。Tkinter基於了Tcl命令工具,能夠支持簡單的GUI開發。但是為了讓所開發的軟件運行速度更快,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綁定庫,由Riverbank Computing公司自從1998年發行,採用GPL許可證或商業許可證。
- PySide:Qt的Python綁定庫,由Qt公司自從2009年發行,採用LGPL許可證。
- PyGObject:替代了PyGTK,它是為Python程序訪問基於GObject的庫而提供的包裝庫[195],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件的開源Python庫,採用了自然用戶界面(NUI)。
- WxPython:GUI編程框架wxWidgets的Python包裝庫,它與MFC的架構相似。
- PySimpleGUI:將Tkinter、Qt、WxPython和Remi[196]的GUI框架變換成簡單的接口[197]。
- Gooey:將幾乎所有Python 3控制台程序用一行代碼轉變成GUI應用[198]。
- Dear PyGui:快速而強力的具有極小依賴性的GUI工具箱[199]。
- 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[200]。
數據科學
重要的數據科學用第三方軟件庫有:
- NumPy:Python的基礎性的科學計算軟件庫,它提供了強力的多維陣列對象,廣播式陣列運算[201],集成C/C++和Fortran代碼的工具,較為有用的線性代數、傅里葉變換和隨機數功能。
- SciPy:用於數學、科學和工程的Python軟件庫,它以NumPy的多維陣列作為基本數據結構,所包含的模塊針對了:統計、最優化、數值積分、常微分方程求解、插值、線性代數、傅里葉變換、信號處理、圖像處理等。
- CuPy:NumPy/SciPy兼容的GPU加速的陣列庫[202],它可在NVIDIA CUDA或AMD ROCm平台上充當其直截了當的替代者,來運行現存的NumPy/SciPy代碼。
- matplotlib:基於NumPy的綜合性繪圖庫,用於創建靜態的、動畫的和交互式的數據可視化。
- pandas:用於數據分析和數據操縱的軟件庫,它建造在NumPy基礎上,提供了加標籤數據結構「數據幀」[203],和統計函數等。它的缺省繪圖後端是matplotlib,還可以擴展上第三方繪圖後端[204]。
- Dask:伸縮範圍從筆記本電腦至計算機集群的並行計算庫[205],它提供的用戶接口鏡像了PyData生態系統中pandas、scikit-learn和NumPy的API。
數據可視化
- VisPy:高性能交互式2D/3D數據可視化庫[207],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接口。
- glumpy:用於科學數據可視化的快速、可伸縮的Python庫[208],它基於了NumPy和OpenGL綁定庫PyOpenGL。
- seaborn:基於matplotlib的數據可視化庫[209],它提供了繪製統計圖形的高層接口。
- Vega-Altair:建造在Vega-Lite JSON規定之上的聲明式統計可視化庫[210]。
- Bokeh:針對現代Web瀏覽器的交互式數據可視化庫[211],它在大型或流式的數據集上提供高效的交互性。
- plotly:交互式開源的基於瀏覽器的圖形繪製庫[212],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,它可將現代用戶界面元素如下拉選單、滑動條和圖形,直接連結至分析型Python代碼[213],它由Plotly公司出品,基於了React、Flask和plotly.js[214]。
- Panel:數據探索和Web應用框架,它能無縫的集成於PyData生態系統,提供交互式數據表格和可視化等功能[215],它是HoloViz生態系統的成員[216],這個工具組還包括了:hvPlot、HoloViews、GeoViews、Datashader、Lumen、Param和Colorcet。
- Streamlit:迅速將Python腳本轉變為可共享Web應用的框架[217]。
- Voilà:將Jupyter Notebook轉變為獨立的Web應用的框架[218]。
機器學習
基礎性的機器學習軟件庫及框架有:
- scikit-learn:機器學習軟件庫,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[219]和線程池控制庫threadpoolctl[220],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的概率編程庫,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[221],其中實現了Keras API[222]。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軟件包,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[223],它結合了修改版本的針對NumPy的自動微分庫Autograd[224],和TensorFlow中的加速線性代數庫XLA[225],它使用XLA來在GPU和TPU上編譯和運行NumPy程序。
其它種類
- pegen:Python的PEG解析器生成器[226]。
- PeachPy:採用高層Python的可移植高效x86-64匯編代碼生成器[227]。
- llvmlite:輕量級的LLVM的Python綁定,用於編寫即時編譯器[228]。
- SymPy:支持數學符號運算的軟件庫,用於提供計算機代數系統。
- SimPy:基於由Python生成器函數定義的進程的離散事件模擬框架[229]。
- ModernGL:不同於PyOpenGL[230],ModernGL是在OpenGL 3.3+核心上的Python包裝器[231],它簡化了簡單圖形應用如科學模擬、遊戲和用戶界面的創建。
- PyCUDA:不同於Nvidia的cuda-python[232],PyCUDA提供對CUDA API的Python風格訪問[233]。
- PyOpenCL:PyOpenCL提供對OpenCL API的Python風格訪問[234],例如光滑粒子流體動力學框架PySPH的性能關鍵部份用Cython和PyOpenCL實現[235]。
- Kompute:通用Vulkan計算框架,針對C++和Python[236]。
- Taichi:採用同Python幾乎一樣語法的指令式並行編程語言[237],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代碼轉變成本機GPU或CPU指令。
- SQLAlchemy:Python的SQL工具包和採用數據映射器模式的對象關係映射器(ORM)。
- Graphene:GraphQL框架[238],支持各種數據源如SQLAlchemy、Mongo、Django和定製Python對象等。GQL是常用來與之配合的GraphQL客戶端Python庫[239]。
- Pillow:是基於Python的圖像處理軟件庫[240],它支持廣泛的圖形文件格式,分叉於已終止的PIL。
- pypdf:能夠分割、合併、修剪和轉變PDF文件的Python軟件庫[241]。
- PyFilesystem2:Python的文件系統抽象層[242],將在歸檔、內存和雲端存儲等之中的文件和目錄,像在本地驅動器中一樣容易的處置。
- Fabric:經由SSH遠程執行shell命令的高層庫[243],它產生有用的Python對象作為回饋。
- Prefect:現代工作流程編排框架[244],它易於建造、調度和監控健壯的數據流水線。
- pygame:開發視頻遊戲的Python軟件庫,基於了SDL軟件庫[245]。視覺小說引擎Ren'Py建造在pygame之上。
- pyglet:Python編寫的面向對象的遊戲和多媒體庫,利用了FFmpeg軟件庫並需要OpenGL 3.3+。2D街機遊戲開發庫Arcade基於了pyglet[246],它還利用了建造在2D物理引擎Chipmunk之上的Pymunk[247]。
- 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[248]。
- pythonnet:可以近乎無縫的集成.NET通用語言運行庫(CLR)的程序包[249]。
- PyInstaller:將Python應用和它的依賴項捆綁成一個單一的包[250],從而不需要安裝Python解釋器或任何模塊就可以運行應用。
應用
在很多作業系統裡,Python是標準的系統元件,它被列入Linux標準規範之中[251]。大多數Linux發行版和macOS都集成了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運行它[252]。
雖然Python可被粗略地分類為腳本語言,Python的支持者較喜歡稱它為一種高階動態語言,常像「膠水」一樣被用來連接軟件組件,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語言和命令行界面[253]。
應用程序
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腳本:
- IPython:以多種編程語言進行交互式計算的命令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:軟件建造工具,它可代替make構建編譯程序。
- Gunicorn:使用Python語言編寫的WSGI Web服務器。
- 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可視化軟件,由盧布爾雅那大學開發,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[254]。
- SageMath:涵蓋許多數學功能的應用軟件,它建造在NumPy、SciPy、matplotlib、SymPy、Maxima、GAP、FLINT、R等開源軟件包之上。
- Veusz:用Python、PyQt和NumPy寫成的科學繪圖軟件,可生成出版水準的PDF或SVG輸出。
- MayaVi:基於VTK的應用程序和庫,用於交互式科學數據可視化和採用Python的3D繪圖[255]。
- 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矢量圖形編輯器,使用Python用於插件。
- Pitivi:用Python開發的基於GStreamer的視頻編輯軟件。
人工智能
經由Python開發了眾多的人工智能模型和作為其支撐的軟件庫:
- Ray:對人工智能及Python應用的運行規模進行伸縮的統一框架[256],由Anyscale公司開發。它構成自一個核心的分布式運行時系統,和加速機器學習工作負載的AI軟件庫。
- Kornia:基於PyTorch的可微分計算機視覺軟件庫[257]。
- spaCy:用Python和Cython開發的工業級實力的自然語言處理軟件庫[258]。
- Argos Translate:基於OpenNMT的離線神經機器翻譯軟件庫[259]。
- Stable Diffusion:用Python開發的深度學習文本到圖像生成模型[260],基於了CUDA、PyTorch、VAE、U-Net和OpenAI的CLIP[261],其代碼和模型權重已公開發布,可以在大多數配備有適度GPU的消費類計算機硬件上運行。
- Transformers:為下載和訓練前沿的預訓練模型提供API和工具[262],由Hugging Face開發,支持在PyTorch、TensorFlow和JAX之間的框架互操作性。
- Gradio:它是一個Python庫,允許快速創建和分享用於機器學習模型、API或任何任意Python函數的Web應用程序。使用Gradio,可以構建交互式用戶界面,與各種機器學習框架兼容。還可以使用Gradio以交互方式調試模型、從用戶獲取反饋,並通過自動生成的可共享鏈接輕鬆部署模型。[263][264]
- 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序。作為一個語言模型集成框架,LangChain的用例包括文檔分析和總結摘要, 代碼分析和聊天機器人。[265] LangChain提供了一個標準接口,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集成。
社群流行
自從2003年,Python始終排行於TIOBE編程社區索引前十最流行編程語言,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)[266],並被選為2007年、2010年、2018年、2020年和2021年的年度編程語言[266]。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[267]。
- 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
Python的設計和哲學已經影響了很多其他編程語言:
- Boo:使用了縮進、類似的語法和類似的對象模型[268]。
- Cobra:使用了縮進和類似的語法[269]。
- Coconut:在Python語法之上增加了用於函數式編程的新特徵的Python變體[270]。
- CoffeeScript:有受Python啟發的語法。
- ECMAScript/JavaScript:從Python借鑑了迭代器和生成器[271]。
- GDScript:內置於Godot遊戲引擎的非常類似Python的腳本語言[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],享有相同風格的數組分片語法。
- Groovy:受到Python等動態類型語言的影響[272]。
- Julia:在表達高級數值計算的方式和支持通用編程上借鑑了Python等語言[26]。
- Kotlin:融合了Python和Java特徵,極小化了樣板代碼而增加了開發效率[273]。
- Mojo:基於MLIR編譯框架並設計為Python語言的超集[274]。
- Nim:使用縮進和類似的語法[275]。
- Ruby:主要從Python等語言中借鑑了特徵[28]。
- Starlark:用在Bazel軟件中有受Python啟發語法的語言[29]。
- Swift:有受Python啟發的語法[30]。
代碼示例
- ^ 縮排示例:
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, }
- ^ 採用了並行賦值的斐波那契數列函數示例:
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示例:
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示例:
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))
- ^ 用生成器模擬協程示例:
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(請求原諒比獲得許可更容易)風格的例外處理示例:
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
將文件作為資源來管理的示例: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")
- ^ 原生的協程示例:
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())
- ^ 局部變量示例:
>>> 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
- ^ 全局變量示例:
>>> 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
- ^ 非局部變量示例:
>>> 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示例:
>>> 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}
- ^ 列表的推導式示例。比如:
>>> [x + 3 for x in range(4)] [3, 4, 5, 6]
快速排序算法可以優雅的(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]))
- ^ 生成器表達式示例。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}
- ^ 下面幾個判斷語句為真,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
- ^ 匿名函數示例:
>>> 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]
不動點組合子示例:
>>> 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組合子代碼源出自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).
- ^ 多行字符串文字帶有字符串插值(使用了
format
方法)的示例: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"))
- ^ 原始字符串的示例:
>>> # 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。
- ^ 字符串文字串接示例:
>>> print("hello " 'world') hello world >>> str1="hello "; str2='world' >>> print(str1 + str2) hello world
- ^ 格式化字符串的示例,例如下列命令行
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
函數調用: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。
- ^ 函數的形式參數缺省值的持久性示例:
>>> 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示例。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
- ^ 函數的形式參數缺省值的定義示例:
>>> 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示例:
>>> 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={})
- ^ 定義修飾器的示例:
def viking_chorus(myfunc): def inner_func(*args, **kwargs): for i in range(3): myfunc(*args, **kwargs) return inner_func
調用修飾器的示例:
@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
將原來定義運行3次:>>> menu_item("egg","bacon") egg, bacon, and spam egg, bacon, and spam egg, bacon, and spam
- ^ 修飾器工廠示例,這裡的
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
使用毗連的修飾符鏈接修飾器示例:
@invincible @favourite_colour("blue") def black_knight(): print("None shall pass.")
使用中間變量鏈接修飾器示例:
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.
- ^ 調用函數使用幫助信息示例。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信息:
>>> def greeting(name: str) -> str: ... return 'Hello ' + name ... >>> greeting.__annotations__ {'name': <class 'str'>, 'return': <class 'str'>}
- ^ 對象的方法示例:
>>> 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!
- ^ 特殊方法和子類調用超類方法的例子:
>>> 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示例:
>>> 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、類方法和靜態方法(
__new__()
)示例:>>> 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
- ^ 在類中調用
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__'}
上述代碼可以採用修飾符進一步的書寫為:
>>> 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示例:
a_list = [1, 2, 3, 'a dog']
採用正常的對象創建方式的示例:
a_second_list = list() a_second_list.append(4) a_second_list.append(5)
建立元組的特殊語法示例:
a_tuple = 1, 2, 3, 'four'
建立集合的特殊語法示例:
some_set = {0, (), False}
建立字典的特殊語法示例:
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'> ()
- ^ 數學運算示例。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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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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statement: compound_stmt | simple_stmts
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延伸閱讀
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- Luciano Ramalho. Fluent Python (2nd ed.). O'Reilly Media. 2022 [2023-01-30]. ISBN 978-1-4920-5632-4. (原始內容存檔於2023-03-05).
參閲
外部連接
- 官方網站
- Awesome Python (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- Real Python Tutorials (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- programingz - Learn Python Programming (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- w3schools - Python Tutorial (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- ItsMyCode- Learn Python Programming (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- Codecary - Learn Python Programming (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- dainikchorcha - Learn Python Programming(頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- Tutlane - Learn Python Online (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- Brmgha - Learn & Challenges Python Online (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- AlmaBetter- Python Tutorial (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)