学习笔记：Python的起源

一、Python的起源

Python 的创始人为吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum）

1. 1989 年的圣诞节期间，吉多・范罗苏姆为了在阿姆斯特丹打发时间，决心开发一个新的解释程序，作为 ABC 语言的一种继承。
2. ABC 是由吉多参加设计的一种教学语言，就吉多本人看来，ABC 这种语言非常优美和强大，是专门为非专业程序员设计的。但是 ABC 语言并没有成功，究其原因，吉多认为是非开放造成的。吉多决心在 Python 中避免这一错误，并获取了非常好的效果。
3. 之所以选中 Python（蟒蛇）作为程序的名字，是因为他是 BBC 电视剧 -- 蒙提・派森的飞行马戏团（Monty Python's Flying Circus）的爱好者。
4. 1991 年，第一个 Python 解释器诞生，它是用 C 语言实现的，并能够调用 C 语言的库文件。

二、解释器

计算机不能直接理解任何除机器语言以外的语言，所以必须要把程序员所写的程序语言翻译成机器语言，计算机才能执行程序。将其他语言翻译成机器语言的工具，被称为编译器
编译器翻译的方式有两种：一个是编译，另外一个是解释。两种方式之间的区别在于翻译时间点的不同。当编译器以解释方式运行的时候，也称之为解释器。

译型语言和解释型语言的核心区别在于程序代码被转换成机器码并执行的时机和方式。

1. 核心区别对比

2. 形象的比喻

• 编译型语言：像翻译一本完整的书。
  你把一本英文书（源代码）交给一位翻译（编译器），他花一段时间把它完整地翻译成中文版（机器码）。之后，任何会说中文的人（CPU）都可以直接高速地阅读这本中文书。

• 解释型语言：像现场同声传译。
  一个演讲者（源代码）在台上用英文演讲，同声传译员（解释器）在旁边一边听，一边实时地、逐句地翻译给听众（CPU）。听众听到的是翻译后的内容。每次演讲都需要传译员在现场重新翻译。

3. 案例分析

1. 编译型语言案例：C/C++

• 过程：

  1. 你编写一个 hello.c 文件。

  2. 使用 GCC（一个著名的C语言编译器）执行命令 gcc hello.c -o hello。

  3. GCC会进行预处理、编译、汇编、链接等一系列操作，最终生成一个名为 hello 的可执行文件（里面是二进制的机器码）。

  4. 你在终端直接运行 ./hello，操作系统会加载这个二进制文件，CPU直接执行它。

• 特点：

  • 执行速度极快，因为CPU直接运行机器指令。

  • 在Windows上编译好的 .exe 文件无法直接在Linux或Mac上运行。必须拿到源代码，在目标平台上用对应的编译器重新编译。

2. 解释型语言案例：Python

• 过程：

  1. 你编写一个 hello.py 文件。

  2. 在终端执行命令 python hello.py。

  3. 系统会启动 Python解释器。解释器会打开 hello.py 文件，逐行读取源代码，将其转换成解释器内部的中间表示，然后立即执行相应的操作。

• 特点：

  • 只要电脑上安装了Python解释器，同一个 hello.py 文件可以在Windows、Linux、Mac上直接运行，无需修改。

  • 执行速度比C/C++慢，因为运行过程中多了一个“翻译官”（解释器）在工作。

3. 混合型案例：Java

值得注意的是，很多现代语言采用了一种折中的方式，兼有编译和解释的特性，其中最典型的是Java。

• 过程：

  1. 你编写一个 Hello.java 文件。

  2. 使用 javac编译器 将其编译成 字节码（Bytecode），生成一个 Hello.class 文件。字节码不是任何特定CPU的机器码，它是一种为Java虚拟机（JVM）设计的中间格式。

  3. 运行时，Java虚拟机（JVM） 会加载这个 .class 文件。JVM内部的 JIT（即时编译）编译器 会将高频的字节码编译成本地机器码并执行，而对不常用的代码则采用解释执行的方式。

• 特点：

  • “一次编译，到处运行”：字节码是跨平台的，但JVM不是。你需要为不同平台安装对应的JVM，由JVM来负责将统一的字节码适配到不同的底层平台。

  • 性能介于纯编译型和纯解释型之间。JIT技术让它在长时间运行的服务器端应用上性能非常接近编译型语言。

类似的混合型语言还有：C#（.NET平台的CLR虚拟机）、JavaScript（V8引擎等现代JS引擎都会对JS代码进行JIT编译）。

4. 总结

三、 Python设计目标

1. 简单且强大的语言

• 定位特点: 既简单直观又与主要竞争者一样强大，意味着Python能实现其他主流语言的所有功能。
• 实际应用: 学习Python后可以完成非常广泛的工作任务，因为其功能覆盖范围与其他主流语言相当。
• 设计初衷: 吉多·范罗苏姆在1999年提交的"Computer Programming for Everybody"资金申请中明确提出了这一目标。

2. 开源

• 开源优势: 全球开发者共同贡献使Python进化速度远超其他语言。
• 历史背景: 为避免重蹈ABC语言的覆辙，Python解释器很早就选择了开源。
• 发展动力: 开源模式汇集了全球开发者的智慧，形成强大的社区推动力。

3. 代码像纯英语那样容易理解

• 可读性设计: 源代码阅读简单，即使数月后开发者仍能轻松理解自己编写的代码。
• 团队协作: 他人编写的Python代码也更容易被理解，极大提升了协作效率。
• 语言对比: 与其他语言相比，Python极少出现开发者看不懂自己旧代码的情况。

4. 适用于短期开发的日常任务

• 开发效率: 处理日常任务可能只需几分钟和少量代码，而其他语言可能需要几小时和数百行代码。
• 应用场景: 特别适合快速解决短期、临时的开发需求。

四、Python设计哲学

1. 核心理念：

• 优雅：代码要工整整齐，像文章一样易于阅读
• 明确：每句代码的功能要清晰明确
• 简单：尽量用最简单的方式实现功能

2. 方法论

• 做一件事最好只有一种明确的方法
• 拒绝花哨的语法，选择明确且少有歧义的语法
• 开发者普遍反对"只有自己能看懂"的复杂代码

3. 社区文化

• 吉多·范罗苏姆被称为"仁慈的独裁者"
• 所有代码贡献需经其审核，确保符合设计哲学
• 拒绝不符合"优雅、明确、简单"原则的代码贡献

4. 历史背景

• 1999年吉多向DARPA提交"Computer Programming for Everybody"资金申请
• 设计目标大多已实现，Python成为流行编程语言
• 近20年的发展验证了设计哲学的正确性

五、为什么选择Python

设计理念: Python开发者的哲学是"用一种方法，最好是只有一种方法来做一件事"，这种设计理念使得Python语法明确且少有歧义。

历史背景: 1999年吉多·范罗苏姆向DARPA提交资金申请时提出"Computer Programming for Everybody"的愿景，这些目标如今已实现

1. 代码量少

• 开发效率: 使用Python开发程序时代码量显著少于其他语言，通常Python代码量是Java的

  1/5，即解决相同问题Python只需10行代码而Java需要50行。

• 实际影响: 代码量少意味着开发速度更快，程序员可以在相同时间内解决更多问题，从而提升个人能力和为公司创造更大价值。
• 行业名言: "人生苦短，我用Python"体现了Python高效解决问题的特点，程序员可以快速完成一个任务后立即投入下一个任务。
• 职业优势: 使用Python能够提高问题解决效率，这不仅加快个人成长速度，还能获得更多职业回报。

六、Python特点

1. 完全面向对象的语言

• 思维方式：面向对象是一种程序设计技术和思维方式，核心是"找对象解决问题"而非亲力亲为
• 实现方式：通过寻找已具备解决问题能力的对象（如标准库或第三方模块中的功能）来完成任务
• 语言特性：Python中函数、模块、数字、字符串等都是对象，真正实现"一切皆对象"
• 开发优势：相比传统过程式编程（如Java），代码量可减少至1/5，体现"人生苦短，我用Python"的理念

2. 强大的标准库

• 核心组成：仅包含数字、字符串、列表、字典、文件等基础类型和函数
• 扩展功能：
  • 系统管理：操作系统级别的功能调用
  • 网络通信：socket编程等网络协议支持
  • 文本处理：正则表达式、编码转换等
  • 数据库接口：各类数据库连接驱动
  • 图形系统：基础图形界面开发
  • XML处理：结构化文档解析
• 设计哲学：保持语言核心精简，通过标准库提供专业领域支持

3. 社区提供大量的第三方模块

• 来源特点：由全球开发者社区贡献，非官方维护但遵循标准库规范
• 功能覆盖：
  • 科学计算：NumPyNumPyNumPy
  • 人工智能：Tensor，PyTorch
  • 机器学习：scikit−learn等
  • Web开发：Django，Flask框架
  • 大数据处理：PySpark，Dask
• 生态优势：模块开源共享，使用方式与标准库一致，形成"标准库+第三方"的完整解决方案体系

七、Python的优缺点

1. 优点

• 开源免费: 完全免费开源的语言，使用无任何商业限制
• 标准库强大: 内置非常完善的标准库，提供丰富的功能支持
• 社区生态: 拥有极其丰富的第三方库资源，几乎覆盖所有开发领域
• 学习曲线: 语法简单易学，特别适合编程初学者入门
• 可扩展性: 可通过C/C++编写关键代码后集成使用，既提升性能又可保护核心算法
• 跨平台性: 作为解释型语言具有优秀的跨平台兼容性

2. 缺点

• 执行效率: 作为解释型语言，运行速度较C/C++等编译型语言慢
• 国内市场: 当前国内Python应用市场规模相对较小
• 中文资料: 中文技术文档和资源相对匮乏
• 发展前景: 随着Python在国内的普及，市场规模和中文资料正在快速增长，早期学习者将具备先发优势