Python探索之旅 | 第一部分第三課：初識Python的解釋器

做者 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」（微信號：coderhub）。 轉載請註明出處。 原文：www.jianshu.com/p/a34eaffcc…

《Python探索之旅》全系列

內容簡介

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1. 前言
2. Python 的解釋器
3. Python 解釋器的種類
4. 作一點數學運算
5. 總結
6. 第一部分第三課預告

1. 前言

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上一課是 Python探索之旅 | 第一部分第二課：安裝Python和Python的經常使用開發軟件 。

通過第一課的理論概念和第二課的 Python 開發環境安裝以後，咱們是時候來了解一下 Python 的解釋器了。

即便這一課的一些小測試看似沒什麼了不得的，但你卻能夠藉此對 Python 的語法有一個初步概念。我強烈建議你按部就班地跟着咱們動手練習，尤爲是若是 Python 是你的第一門編程語言的話。

和任何編程語言同樣，Python 具備清晰的語法：你不能隨便向 Python 發送任何信息。咱們將看到 Python 能夠接收什麼，不能夠接收什麼。

2. Python 的解釋器

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上一課，咱們在最後用 PyCharm 建立了一個 Python 的項目，而且建立了咱們的第一個 Python 文件（hello_python.py），而後用項目配置的 Python 解釋器（就是咱們安裝的 Python 中自帶的解釋器。例如咱們上一課在 Windows 中安裝的 Python 解釋器的路徑是在 C:\Program Files\Python37\python.exe）來運行此 Python 文件，輸出了：

Hello Python
複製代碼

像 PyCharm 這樣的 IDE（集成開發環境）已經把各類開發工具（代碼編輯器，解釋器，編譯器，調試器，等等）融合在一塊兒了。咱們使用 IDE 確實能夠大大加快開發速度，但不能幫助咱們理解編程的一些原理。

順便一提：強大的 Visual Studio Code

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對了，順便一提，如今開發 Python，除了 PyCharm 這個強大的 IDE，你也可使用 Visual Studio Code（簡稱 VS Code）這個微軟開源的代碼編輯器。

雖然說 VS Code 自己是一個代碼編輯器，可是它豐富的插件卻能夠將其變成一個不俗的 IDE。VS Code 跨平臺（在 Windows，Linux 和 macOS 中均可以運行），體積小，速度快，如今已經成爲了不少開發者的最愛。

若是你不想安裝 JetBrains 家的比較大型的 IDE，也能夠試試 VS Code。

VS Code 的官網是 code.visualstudio.com 。下載後安裝很是簡單，就和安裝普通軟件沒什麼區別。

打開 VS Code 後，針對某種編程語言例如 Python，只須要安裝對應的官方插件（由微軟開發），便可運行和調試該語言，也就是搖身一變成爲該語言的 IDE 了。

例如我在 VS Code 中安裝了微軟官方的 Python 插件。

而後，我在 VS Code 中建立一個文件，就叫 hello_python.py，和上一課在 PyCharm 中建立的文件同名。

在 hello_python.py 中寫入 print("Hello Python")。運行此 Python 文件，就獲得和在 PyCharm 中同樣的輸出：

Hello Python
複製代碼

這些年微軟自從 薩提亞·納德拉（Satya Nadella）擔任 CEO 以後，逐漸擁抱開源，確實爲互聯網領域作出了很多貢獻。

固然了，咱們這門課程仍是會使用 PyCharm 做爲開發工具。我介紹 VS Code，主要是爲你們提供更多的可能性。

好了，說回咱們的 Python 解釋器。

咱們以前說過，Python 是解釋型語言，Python 文件要被解釋器解釋執行。

固然了，其實 Python 也和 Java 相似，是先編譯後解釋的語言。Python 的源代碼會先被編譯成字節碼（ByteCode）文件（.pyc 文件，相似 Java 的 .class 文件），字節碼文件再被解釋執行。 這塊知識可能對於新手來講有點難理解。暫時你就記住 Python 須要一個解釋器來執行也夠了。

解釋器的英語單詞是 interpreter。

咱們來看一下在三大主流操做系統中，如何調出（或稱運行）Python 的解釋器。

在 Windows 中

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咱們以前安裝完 Python 以後，在 Windows 的開始菜單中就有了一個 Python 文件夾。

點擊上圖中紅框標出的那個 Python 3.7 (64-bit)，就以 Console（控制檯）的形式打開 Python 的解釋器，打開以後就進入了交互模式（interactive mode）。

能夠看到，Python 解釋器運行在交互模式的時候，最開頭是 Python 的歡迎信息，例如版本號（這裏是 3.7.8），版權聲明，等等。

你能夠看到有一個 >>> 的符號，這是它的主提示符（primary prompt），提示輸入下一條指令。你能夠在 >>> 後面輸入指令，按下回車，就會由 Python 解釋器來執行指令。

Python 的解釋器是 Python 的一大優點，很方便咱們進行一些測試。其餘語言如 C語言，Java 和 C++ 這些編譯型語言，可能沒有這麼方便測試代碼的方式。

除了這種調出 Python 解釋器的方式，咱們還能夠用 Windows 的命令提示符來運行 Python 解釋器。

Windows 的命令提示符一般也被稱爲 CMD。用快捷鍵 Ctrl + r，而後輸入 cmd，再回車，就能夠打開命令提示符。在命令提示符中輸入 python，就運行了 Python 的解釋器。

要退出 Python 的解釋器，咱們能夠輸入 quit() 或 exit()，再按下回車。

在 Linux 中

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以前咱們在 CentOS 這個 Linux 發行版中演示瞭如何安裝 Python 最新穩定版。

一旦你在 Linux 中安裝了 Python，那麼它會自動爲你建立一個到 Python 解釋器的連接，例如 python 3.x（x 是次版本號。例如 Python 3.7.8，那麼它的次版本號就是 7）。

咱們以前安裝的是 Python 3.7.8 這個最新穩定版。所以，咱們先打開 Linux 的 Terminal（終端），

在終端中輸入 python3.7（由於咱們安裝的是 Python 3.7.8），能夠看到 Python 的解釋器（交互模式）就被運行起來了：

在 Linux 中，要退出 Python 的解釋器，能夠輸入 quit() 或 exit()，再按下回車。此外，咱們也能夠用快捷鍵 Ctrl + d。

在 macOS 中

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在 macOS 中，Python 通常是被安裝到 Applications（應用程序）的目錄中。依次點擊 「前往」 -> 「應用程序」（也能夠直接用快捷鍵 Cmd + Shift + a）。

點擊「應用程序」，進入應用程序的文件夾。能夠看到，Python 3.7.8 建立了一個文件夾，名叫 Python 3.7。

咱們進入 Python 3.7 這個文件夾。能夠看到如下內容：

咱們運行那個 IDLE（Integrated Development and Learning Environment 的縮寫，表示「集成開發和學習環境」。IDLE 具有基本的 IDE 的功能，是非商業 Python 開發的不錯的選擇）。

在 macOS 下，除了用 IDLE，咱們也能夠在 Terminal（終端）中運行 Python 的解釋器（交互模式）。

macOS 下的 Terminal，位於「前往」 -> 「實用工具」（也能夠直接用快捷鍵 Cmd + Shift + u）。固然了，你也能夠直接在 Spotlight（聚焦搜索）中直接輸入 terminal 來打開。

打開 Terminal 後，輸入 python3.7（由於咱們安裝的是 Python 3.7.8），能夠看到 Python 的解釋器（交互模式）就被運行起來了。

在 macOS 中，要退出 Python 的解釋器，能夠輸入 quit() 或 exit()，再按下回車。此外，咱們也能夠用快捷鍵 Ctrl + d。

Python 解釋器吃什麼？

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咱們已經演示了在三大主流操做系統中如何運行 Python 的解釋器。那麼，Python 的解釋器到底吃什麼（就是它能夠接受什麼命令）呢？

正如咱們所說的那樣，編程語言遵循清晰的語法。你不可能指望 Python 的解釋器能理解如下內容：「親愛的 Python 解釋器啊，我但願你爲我編寫一款出色的 3D 遊戲！」

目前來講，咱們還辦不到這一點。多年之後，也許可行。

所以，若是你在 Python 解釋器的命令提示符後面輸入某些內容，它極可能會清楚而堅決地告訴你：「我徹底沒有聽懂你在說什麼。」

例如，若是輸入 First test with Python（表示「用Python進行的第一次測試」），則會獲得如下結果：

是的，Python 解釋器會說英語。對於絕大多數編程語言，你輸入的命令也是用英語寫的。

不過，若是你輸入的命令不符合 Python 的語法，那麼就像之前英語老師會跟你說「你的英語語法用錯了」同樣，Python 的解釋器也會以相似的方式通知你：SyntaxError: invalid syntax（表示「語法錯誤：無效的語法」）。

很清楚不是嗎？你輸入的內容是 Python 解釋器所沒法理解的。不過，它並無「生氣」，由於它又爲你顯示了 >>> 這個命令提示符，代表它已準備好接受你的「再一次打擊」。

3. Python 解釋器的種類

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當咱們編寫 Python 代碼時，咱們會建立一個以 .py 爲擴展名的文件，在其中寫入 Python 的代碼。要運行代碼，就須要 Python 解釋器去執行這個 .py 文件。

Python 語言是開源的，因此理論上，只要水平夠好，任何人均可以編寫 Python 解釋器來執行 Python 代碼。實際上，確實存在多種 Python 解釋器。

CPython

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咱們從 Python 的官方網站 www.python.org 下載並安裝好 Python 後，咱們就得到了一個官方版本的解釋器：CPython。

CPython 這個解釋器是用 C語言開發的（若是你要學習 C語言，能夠參看個人《C語言探索之旅》 系列教程）。

Python 之父在編寫 Python 語言時，最開始也是用 C語言的。在命令行下運行 python 啓動的就是 CPython 解釋器。

CPython 是使用最廣的 Python 解釋器。咱們的課程的代碼都會在 CPython 下執行。

CPython 解釋執行 Python 代碼的原理，簡單來講是像下面這樣的：

1. CPython 將 Python 代碼編譯爲 ByteCode（字節碼）。
2. CPython 解釋器中的虛擬機執行這些字節碼。

因此，在這一點上，Python 和 Java 仍是比較像的。

Jython

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Jython 是運行在 Java 平臺上的 Python 解釋器，能夠把 Python 代碼編譯成 Java 字節碼執行。

IronPython

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IronPython 和 Jython 相似。IronPython 是運行在微軟的 .Net 平臺上的 Python 解釋器，能夠把 Python 的代碼編譯成 .Net 的字節碼。

相似的還有如 RubyPython，Brython，等等。可見下表：

實現	虛擬機	兼容的語言
CPython	CPython VM	C
Jython	JVM	Java
IronPython	CLR	C#
RubyPython	Ruby VM	Ruby
Brython	JavaScript 引擎（例如：V8）	JavaScript

IPython

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IPython 是基於 CPython 之上的一個交互式解釋器。IPython 在交互方式上比 CPython 有所加強，可是執行 Python 代碼的原理和 CPython 是同樣的。比如不少瀏覽器雖然外觀不一樣，但內核其實都是調用了 Chromium。

咱們以後的課程會使用到的 Jupyter Notebook 就使用到了 IPython。Jupyter Notebook 之前是叫 IPython Notebook 的。

CPython 用 >>> 做爲提示符，IPython 用 In [序號]: 做爲提示符。

PyPy

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PyPy 是另外一個 Python 解釋器，它的目標是執行速度。PyPy 採用 JIT（Just-In-Time，表示「即時」）編譯技術，對 Python 代碼進行動態編譯，能夠顯著提升 Python 代碼的執行速度。Java 的 HotSpot 虛擬機也使用到了 JIT 技術。

絕大部分 Python 代碼均可以在 PyPy 下運行，可是 PyPy 和 CPython 有一些不一樣，相同的 Python 代碼在兩種解釋器下執行可能會有不一樣的結果。若是你的代碼要在 PyPy 下執行，須要瞭解 PyPy和 CPython 的不一樣點：doc.pypy.org/en/latest/c… 。

4. 作一點數學運算

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咱們用 Python 的解釋器來作一些運算。這些運算是比較簡單的，不過，我認爲這是幫助你逐步瞭解 Python 語法的好方法。

輸入一個數字

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咱們能夠在 Python 解釋器中輸入一個數字，例如 7 這個整數，而後按下回車。

能夠看到，沒有什麼特別的。咱們輸入一個數字，Python 解釋器將其原樣輸出。

可是，這種簡單的返回代表 Python 解釋器正確理解了你的輸入，而且你的輸入符合其語法。

一樣，你也能夠輸入浮點數，例如咱們輸入 7.2 。

不用說，咱們也能夠輸入負數，例如咱們輸入 -1.5。

經常使用的運算

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好了，是時候學習如何使用 Python 的主要運算符了。大部分時候，這些運算符已經足夠知足咱們用 Python 進行的計算了。

加、減、乘、除

爲了執行這些基本運算，咱們須要分別使用符號 +（加），-（減），*（乘） 和 /（除）。

爲何最後一個結果（3.12 + 2.18 的結果）是一個近似值呢？3.12 + 2.18 不是應該等於 5.3 嗎？爲何它輸出的倒是 5.300000000000001 呢？

其實，這和 Python 沒有太多關係，問題主要出在你的計算機將浮點數寫入內存的方式。這也是爲何在編程中，咱們儘量多地使用整數的緣由。

不過，偏差是很小的，不會對計算產生太多實際影響。須要很是高精度計算的應用程序會試圖經過其餘方法克服這些缺陷，可是通常來講咱們沒必要在乎。

你能夠用一樣的方式測試 減法，乘法和除法。

整除和取模運算

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若是你測試除法，你將發現結果是浮點數。

例如，咱們輸入 10 / 2 和 10 / 3。

還有其餘兩個運算符，可讓咱們得到整數除法的結果以及除法的剩餘部分。

第一個運算符是 //（兩個斜槓），這樣就能夠獲得除法的整數部分。

例如，咱們輸入 10 // 3。

第二個運算符是被稱爲「取模」的運算符 ％，可讓咱們獲取除法的剩餘部分。

例如，咱們輸入 10 % 3。

• 10 除以 3 的整數部分，是該除法的結果，不考慮小數點後的數字（在咱們的示例中是 3）。

• 爲了得到除法的模，咱們取其他數。在咱們的示例中，10 除以 3 等於 3，餘數是 1。

5. 總結

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• Python 的解釋器是運行 Python 程序必不可少的組件。實際的流程是，先編譯 Python 代碼爲字節碼，再對字節碼解釋執行。

• Python 的解釋器根據實現不一樣分爲不少種，Python 官方提供的是 C語言寫的 CPython，其餘還有 Jython，RubyPython，IPython，等等。

• Python 的解釋器（交互模式）容許你在編寫代碼時就對其進行測試，很是方便。

• Python 解釋器能夠接受數字，並可以執行計算。

• 有時，涉及小數的計算會得出近似的結果，這也是爲何咱們更喜歡使用整數的緣由。

6. 第一部分第四課預告

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今天的課就到這裏，一塊兒加油吧！

下一課：Python探索之旅 | 第一部分第四課：變量的奇幻世界

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我是 謝恩銘，公衆號「程序員聯盟」（微信號：coderhub）運營者，慕課網精英講師 Oscar 老師，終生學習者。 熱愛生活，喜歡游泳，略懂烹飪。 人生格言：「向着標杆直跑」