Python 简明教程

Python Interpreter and Its Modes

Python Interpreter

Python 是一种基于解释器的语言。在 Linux 系统中，Python 的可执行文件安装在 /usr/bin/ 目录中。对于 Windows，可执行文件 (python.exe) 位于安装文件夹中（例如 C:\python311 ）。

本教程将在交互式和脚本模式下教你 How Python Interpreter Works 。Python 代码一次执行一个语句方法。Python 解释器有两种组件。转换器检查语句的语法。如果发现正确，它将生成中间字节码。有一个 Python 虚拟机，它将字节码转换为本机二进制文件并执行它。下图说明了该机制：

Python 解释器具有交互模式和脚本模式。

Python Interpreter - Interactive Mode

当从命令行终端启动且没有任何其他选项时，将出现 Python 提示符 >>> ，并且 Python 解释器将基于 REPL (Read, Evaluate, Print, Loop) 的原理工作。在 Python 提示符前输入的每个命令都会被读取、翻译并执行。典型的交互式会话如下。

>>> price = 100
>>> qty = 5
>>> total = price*qty
>>> total
500
>>> print ("Total = ", total)
Total = 500

若要关闭交互式会话，请输入行结束字符（对于 Linux 为 ctrl+D，对于 Windows 为 ctrl+Z）。您还可以在 Python 提示符前键入 quit() 并按 Enter 返回到操作系统提示符。

>>> quit()

$

标准 Python 发行版附带的交互式外壳没有行编辑、历史搜索、自动完成等功能。你可以使用其他高级交互式解释器软件，如 IPython 和 bpython ，以获得其他功能。

Python Interpreter - Scripting Mode

无需像在交互式环境中那样一次输入并获取一条指令的结果，而是可以将一组指令保存在文本文件中，确保它有 .py 扩展名，并将名称用作 Python 命令的命令行参数。

使用任何文本编辑器（如 Linux 上的 vim 或 Windows 上的记事本）将以下行保存为 prog.py 。

print ("My first program")
price = 100
qty = 5
total = price*qty
print ("Total = ", total)

当我们在 Windows 机器上执行上面的程序时，它将产生以下结果：

C:\Users\Acer>python prog.py
My first program
Total = 500

请注意，即使 Python 一次执行整个脚本，但它在内部仍然按行执行。

对于任何基于编译器的语言（如 Java），除非整个代码没有错误，否则不会将源代码转换为字节代码。另一方面，在 Python 中，语句执行直到遇到第一个错误。

让我们有目的地在上述代码中引入一个错误。

print ("My first program")
price = 100
qty = 5
total = prive*qty #Error in this statement
print ("Total = ", total)

请注意，拼写错误的变量 prive ，而不是 price 。尝试像以前一样再次执行脚本 −

C:\Users\Acer>python prog.py
My first program
Traceback (most recent call last):
  File "C:\Python311\prog.py", line 4, in <module>
   total = prive*qty
   ^^^^^
NameError: name 'prive' is not defined. Did you mean: 'price'?

请注意，错误语句之前的语句已执行，然后出现错误消息。因此，现在很明显 Python 脚本是以解释的方式执行的。

Python Interpreter - Using Shebang

除了如上执行 Python 脚本外，该脚本本身还可以在 Linux 中作为自执行文件，就像 shell 脚本一样。您必须在脚本的顶部添加 shebang 行。shebang 指示使用哪个可执行文件解释脚本中的 Python 语句。脚本的第一行以 #! 开头，然后紧跟着 Python 可执行文件的路径。

将 prog.py 脚本修改如下 −

#! /usr/bin/python3.11

print ("My first program")
price = 100
qty = 5
total = price*qty
print ("Total = ", total)

若要将脚本标记为自执行，请使用 chmod 命令

$ chmod +x prog.py

现在，您可以直接执行脚本，而无需将其用作命令行参数。

$ ./hello.py

Interactive Python - IPython

IPython（代表 Interactive Python ）是 Python 的增强和强大的交互式环境，与标准 Python 外壳相比具有许多功能。IPython 最初于 2001 年由 Fernando Perez 开发。

IPython 具有以下重要特性 −

IPython 在运行时检查对象属性的对象自省能力。
它的语法高亮被证明对识别语言元素（如关键字、 variables 等）很有用。
交互历史记录会内部存储，并且可以重复使用。
关键字、变量和 function 名称的选项卡补全是最重要的功能之一。
IPython 的魔术命令系统可用于控制 Python environment 和执行操作系统任务。
它是 Jupyter notebook 和 Project Jupyter 的其他前端工具的主要内核。

使用 PIP 安装程序实用程序安装 IPython。

pip3 install ipython

从命令行启动 IPython

C:\Users\Acer>ipython
Python 3.11.2 (tags/v3.11.2:878ead1, Feb 7 2023, 16:38:35) [MSC v.1934
64 bit (AMD64)] on win32
Type 'copyright', 'credits' or 'license' for more information
IPython 8.4.0 -- An enhanced Interactive Python. Type '?' for help.
In [1]:

与标准解释器中的常规 >>> 提示不同，您将注意到两个主要的 IPython 提示，如下所示 −

In[1] 出现在任何输入表达式之前。
Out[1] 出现之前的结果。

In [1]: price = 100
In [2]: quantity = 5
In [3]: total = price*quantity
In [4]: total
Out[4]: 500
In [5]:

选项卡补全功能是 IPython 提供的最有用的增强功能之一。在对象前面的句点后面按 Tab 键时，IPython 会弹出适当的方法列表。

IPython 通过在前面放置 ? 来提供任何对象的详细信息（自省）。它包括 docstring 、函数定义和类的构造函数详细信息。例如，要浏览上面定义的字符串对象 var，在输入提示符中输入 var?。

In [5]: var = "Hello World"
In [6]: var?
Type: str
String form: Hello World
Length: 11
Docstring:
str(object='') -> str
str(bytes_or_buffer[, encoding[, errors]]) -> str
Create a new string object from the given object. If encoding or
errors is specified, then the object must expose a data buffer
that will be decoded using the given encoding and error handler.
Otherwise, returns the result of object.__str__() (if defined)
or repr(object).
encoding defaults to sys.getdefaultencoding().
errors defaults to 'strict'.

IPython 的神奇功能功能极其强大。行魔术函数允许您在 IPython 中运行 DOS 命令。让我们从 IPython 控制台中运行 dir 命令

In [8]: !dir *.exe
 Volume in drive F has no label.
 Volume Serial Number is E20D-C4B9

 Directory of F:\Python311

07-02-2023 16:55            103,192 python.exe
07-02-2023 16:55            101,656 pythonw.exe
                2 File(s)    204,848 bytes
                0 Dir(s)  105,260,306,432 bytes free

Jupyter 笔记本是 Python、Julia、R 和许多其他编程环境的基于 Web 的界面。对于 Python，它使用 IPython 作为其主要内核。