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1.2 第一个程序

本节讨论有关如何创建一个程序、运行解释器和调试的基础知识。

运行 Python

Python 程序始终在解释器中运行。

解释器是一个“基于控制台”的应用程序，通常从命令行 shell 启动。

  1. python3
  2. Python 3.6.1 (v3.6.1:69c0db5050, Mar 21 2017, 01:21:04)
  3. [GCC 4.2.1 (Apple Inc. build 5666) (dot 3)] on darwin
  4. Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
  5. >>>

老练的程序员以这种方式使用解释器时通常都没有问题，但对于初学者来说，这种方式并不是那么友好。您可能会使用一个为 Python 提供不同接口的环境，但是学会如何运行 Python 终端仍然是一项有必要了解的技能。

交互模式

当启动 Python 时，可以进入一种交互的模式，在这种模式下，可以进行编程实验。

如果输入代码完毕，这些代码将会马上运行。没有 edit/compile/run/debug 等流程。

  1. >>> print('hello world')
  2. hello world
  3. >>> 37*42
  4. 1554
  5. >>> for i in range(5):
  6. ...     print(i)
  7. ...
  8. 0
  9. 1
  10. 2
  11. 3
  12. 4
  13. >>>

这就是所谓的“读取-求值-输出-循环”（译者注：简写为 REPL，也有人译为 “交互式解释器”，正像 Python 这个词一样，为了更好地理解，这里不翻译），对于代码调试和探索非常有用。

暂停：如果您不知道如何与 Python 进行交互，先停止您正在做的事情，然后弄清楚如何与 Python 进行交互。如果您正在使用的是集成开发环境（IDE）,它可能隐藏在一个菜单选项或者其它窗口后面。本课程的许多部分都假定您能与解释器进行交互。

让我们仔细看看 REPL 的元素：

  • >>> 提示符用于开始一个新的语句。
  • ... 提示符用于继续一个语句，输入一个空行表示全部输入结束，并运行所输入的代码。

... 提示符可能会显示，也可能不会显示，这取决于使用的环境。对于本课程，将 ... 提示符显示为空白，以便于剪切、粘贴示例代码。

下划线 _ 保存最后的结果。

  1. >>> 37 * 42
  2. 1554
  3. >>> _ * 2
  4. 3108
  5. >>> _ + 50
  6. 3158
  7. >>>

仅在交互模式下如此（指下划线 _ 保存最后的结果)，永远不要在程序中使用这种方式。

创建程序

程序写在 .py 文件中。

  1. # hello.py
  2. print('hello world')

你可以使用你最喜欢的文本编辑器来创建这些 .py 文件。

运行程序

要执行程序，请在终端中使用 python 命令执行它。示例，在 Unix 系统的命令行中是这样执行一个 Python 程序的：

示例，在 Unix 系统的命令行中执行程序：

  1. bash % python hello.py
  2. hello world
  3. bash %

或者，从 Windows shell 中执行一个 Python 程序：

  1. C:\SomeFolder>hello.py
  2. hello world
  4. C:\SomeFolder>c:\python36\python hello.py
  5. hello world

注意：在 Windows 系统上，可能需要指定 Python 解释器的完整路径，例如 c:\python36\python。但是，如果 Python 是以通常的方式安装的，可能只需要输入程序文件名即可，例如 hello.py。

示例程序

让我们解决以下的问题：

一天早上，您走出去，在芝加哥的西尔斯大厦旁的人行道上放 1 美元钞票。从那以后的每一天，您放的钞票都是前一天的两倍。这叠钞票需要多长时间才能超过塔的高度。

这是答案:

  1. # sears.py
  2. bill_thickness = 0.11 * 0.001 # Meters (0.11 mm)
  3. sears_height = 442 # Height (meters)
  4. num_bills = 1
  5. day = 1
  7. while num_bills * bill_thickness < sears_height:
  8.     print(day, num_bills, num_bills * bill_thickness)
  9.     day = day + 1
  10.     num_bills = num_bills * 2
  12. print('Number of days', day)
  13. print('Number of bills', num_bills)
  14. print('Final height', num_bills * bill_thickness)

当执行 sears.py 程序的时候，会得到下面的输出：

  1. bash % python3 sears.py
  2. 1 1 0.00011
  3. 2 2 0.00022
  4. 3 4 0.00044
  5. 4 8 0.00088
  6. 5 16 0.00176
  7. 6 32 0.00352
  8. ...
  9. 21 1048576 115.34336
  10. 22 2097152 230.68672
  11. Number of days 23 
  12. Number of bills 4194304 
  13. Final height 461.37344

使用此程序作为指南，您可以学到许多重要的关于 Python 的核心概念。

语句

一个 Python 程序是由一系列的语句组成。

  1. a = 3 + 4
  2. b = a * 2
  3. print(b)

每个语句以换行符终止。语句会一个接一个地执行，直到控制流达到文件的末尾。

注释

注释是不会被解释器执行的文本。

  1. a = 3 + 4
  2. # This is a comment
  3. b = a * 2
  4. print(b)

注释由 # 号表示，并延伸到行的末尾。

变量

变量是一个值的名称。可以使用从 a 到 z 的字母（小写和大写都可以）表示，也可以使用下划线 _ 符号表示。数字也可以作为变量名的一部分，但第一个字符除外。

  1. height = 442 # valid
  2. _height = 442 # valid
  3. height2 = 442 # valid
  4. 2height = 442 # invalid

类型

变量不需要使用值的类型进行声明。类型与右侧的值关联，而不是变量名。

  1. height = 442           # An integer
  2. height = 442.0         # Floating point
  3. height = 'Really tall' # A string

Python 是动态语言。当程序执行时，变量的感知“类型”可能会发生改变，这取决于赋给变量的当前值。

大小写敏感

Python 语言是大小写敏感的（即区分大小写），大写字母和小写字母被认为是不同的字母。下面这些都是不同的变量：

  1. name = 'Jake'
  2. Name = 'Elwood'
  3. NAME = 'Guido'

Python 语言自带的语句总是小写：

  1. while x < 0:   # OK
  2. WHILE x < 0:   # ERROR

循环

while 语句执行一个循环：

  1. while num_bills * bill_thickness < sears_height:
  2.     print(day, num_bills, num_bills * bill_thickness)
  3.     day = day + 1
  4.     num_bills = num_bills * 2
  6. print('Number of days', day)

只要 while 之后的表达式的值是 true ，while 下面缩进的语句就会被执行。

缩进

缩进用于表示放在一起的语句组。考虑前面的示例：

  1. while num_bills * bill_thickness < sears_height:
  2.     print(day, num_bills, num_bills * bill_thickness)
  3.     day = day + 1
  4.     num_bills = num_bills * 2
  6. print('Number of days', day)

缩进将下面的语句分组为一个重复的操作：

  1.     print(day, num_bills, num_bills * bill_thickness)
  2.     day = day + 1
  3.     num_bills = num_bills * 2

因为在末尾的 print() 语句（即 print('Number of days', day)）没有缩进，所以不属于循环。空行只是为了可读性，并不影响程序的执行。

缩进的最佳实践

  • 使用空格（spaces）而不是制表符（tabs）。
  • 每级使用四个空格。
  • 使用支持 Python 的编辑器。

Python 唯一的要求就是同一代码块内的缩进必须一致。例如，下面的缩进是错误的：

  1. while num_bills * bill_thickness < sears_height:
  2.     print(day, num_bills, num_bills * bill_thickness)
  3.         day = day + 1 # ERROR
  4.     num_bills = num_bills * 2

条件语句

if 语句用来执行一个条件：

  1. if a > b:
  2.     print('Computer says no')
  3. else:
  4.     print('Computer says yes')

为了检查多个条件，可以使用 elif来添加额外的检查。

  1. if a > b:
  2.     print('Computer says no')
  3. elif a == b:
  4.     print('Computer says yes')
  5. else:
  6.     print('Computer says maybe')

输出

print 函数将传入的参数值输出成一行文本。

  1. print('Hello world!') # Prints the text 'Hello world!'

也可以将变量进行输出。输出的文本将是变量的值，而不是变量的名字。

  1. x = 100
  2. print(x) # Prints the text '100'

如果将两个以上的值传递给 print 函数，它们在输出的时候被空格分开。

  1. name = 'Jake'
  2. print('My name is', name) # Print the text 'My name is Jake'

print() 函数总是将换行符放在最后。

  1. print('Hello')
  2. print('My name is', 'Jake')

上面的代码会输出如下的内容:

  1. Hello
  2. My name is Jake

额外的换行符可以被抑制:

  1. print('Hello', end=' ')
  2. print('My name is', 'Jake')

上面的代码将会输出如下内容:

  1. Hello My name is Jake

用户输入

要读取一行类型化的用户输入，可以使用 input() 函数：

  1. name = input('Enter your name:')
  2. print('Your name is', name)

input() 函数向用户输出一句提示，并且返回他们的响应。

这对于一个简短的程序、学习练习或者简单的调试是非常有用的。

但这并未广泛应用于实际的程序中。

pass 语句

有时候需要指定一个空的代码块，那么可以使用 pass 关键字。

  1. if a > b:
  2.     pass
  3. else:
  4.     print('Computer says false')

pass 语句也称为 “无操作” 语句，它什么也不做。它用作语句的占位符，可能以后会被添加。

练习

这是需要创建 Python 文件并且运行这个文件的第一组练习。从现在开始，假定你正在编辑的文件位于practical-python/Work/ 目录。为了帮您找到合适的 位置，已经创建了许多具有合适的文件名的空的启动文件。请找到在第一个练习中使用的 Work/bounce.py 文件。

练习 1.5: 弹跳球

一个橡胶球从 100 米高的地方落下来，球每次撞到地面时弹到原来高度的 3/5 。编写一个程序 bounce.py ，输出一张表格，显示前 10 次反弹的高度。

程序生成的表格大概像下面这样：

  1. 1 60.0
  2. 2 36.0
  3. 3 21.599999999999998
  4. 4 12.959999999999999
  5. 5 7.775999999999999
  6. 6 4.6655999999999995
  7. 7 2.7993599999999996
  8. 8 1.6796159999999998
  9. 9 1.0077695999999998
  10. 10 0.6046617599999998

注意：如果使用 round() 函数，可以使输出稍微简洁一些。请尝试使用 round() 函数将输出四舍五入到 小数点后 4 位。

  1. 1 60.0
  2. 2 36.0
  3. 3 21.6
  4. 4 12.96
  5. 5 7.776
  6. 6 4.6656
  7. 7 2.7994
  8. 8 1.6796
  9. 9 1.0078
  10. 10 0.6047

练习 1.6: 调试

下面的代码片段包含来自于西尔斯大厦问题的代码，它还有一个 bug：

  1. # sears.py
  3. bill_thickness = 0.11 * 0.001    # Meters (0.11 mm)
  4. sears_height   = 442             # Height (meters)
  5. num_bills      = 1
  6. day            = 1
  8. while num_bills * bill_thickness < sears_height:
  9.     print(day, num_bills, num_bills * bill_thickness)
  10.     day = days + 1
  11.     num_bills = num_bills * 2
  13. print('Number of days', day)
  14. print('Number of bills', num_bills)
  15. print('Final height', num_bills * bill_thickness)

将上面显示的代码复制并粘贴到一个名为 sears.py的新程序中。当执行 sears.py 里的代码时，将会收到一条显示程序为什么崩溃的错误信息。错误信息如下所示：

  1. Traceback (most recent call last):
  2.   File "sears.py", line 10, in <module>
  3.     day = days + 1
  4. NameError: name 'days' is not defined

读取错误信息是 Python 代码的重要组成部分。如果程序崩溃，则回溯消息的最后一行是程序为什么崩溃的实际原因。在此（NameError: name 'days' is not defined）之上，你应该可以看到源代码片段（ day = days + 1）、可识别的文件名（ sears.py）和错误代码的行号（ line 10）。

  • 哪行是错误的？
  • 错误是什么？
  • 解决错误。
  • 成功运行程序。

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