Python (язык программирования)

Питон

Парадигма	Мультипарадигмальность : объектно-ориентированная , процедурный ( императивный ), функциональный , структурированный , рефлексивный
Разработано	Гвидо ван Россум
Разработчик	Фонд программного обеспечения Python
Впервые появился	20 февраля 1991 г ( 1991-02-20 )
Стабильная версия	3.12.4  / 6 июня 2024 г ( 6 июня 2024 г. )
Дисциплина набора текста	утка , динамичная , сильная ; необязательные аннотации типов (начиная с версии 3.5, но эти подсказки игнорируются, за исключением неофициальных инструментов)
ТЫ	Уровень 1 : 64-разрядная версия Linux , macOS ; 64- и 32-битная Windows 10+ Уровень 2 : например, 32-битная WebAssembly (WASI). Уровень 3 : 64-битная FreeBSD , iOS ; например ОС Raspberry Pi Неофициально (или известно, что они работают): другие Unix-подобные / BSD варианты и, например, Android 5.0+ (планируется официальная версия Python 3.13). ) и несколько других платформ
Лицензия	Лицензия Фонда программного обеспечения Python
Расширения имен файлов	.py, .pyw, .pyz, .pyi, .pyc, .pyd
Веб-сайт	python.org
Основные реализации
CPython , PyPy , Stackless Python , MicroPython , CircuitPython , IronPython , Jython
Диалекты
Цитон , RPython , Старжаворонок
Под влиянием
АБВ , Есть , АЛГОЛ 68 , АПЛ , С , С++ , КЛУ , Дилан , Хаскелл , Икона , Лисп , Модуль-3 , Перл , Стандартный ML
Под влиянием
Apache Groovy , Бу , Кобра , CoffeeScript , D , F# , GDScript , Джинн , Давай , JavaScript , Юля , Моджо , Ним , Кольцо , Руби , Быстрый
Программирование на Python в Wikibooks

Python — это высокого уровня язык программирования общего назначения . Его философия дизайна подчеркивает читаемость кода за счет использования значительных отступов .

Python является динамически типизированным и собирает мусор . Он поддерживает несколько парадигм программирования , включая структурированное (особенно процедурное ), объектно-ориентированное и функциональное программирование . Его часто называют языком «с батарейками» из-за его обширной стандартной библиотеки .

Гвидо ван Россум начал работать над Python в конце 1980-х годов как преемником языка программирования ABC и впервые выпустил его в 1991 году как Python 0.9.0. Python 2.0 был выпущен в 2000 году. Python 3.0, выпущенный в 2008 году, представлял собой основную версию, не полностью обратно совместимую с более ранними версиями. Python 2.7.18, выпущенный в 2020 году, был последней версией Python 2.

Python неизменно считается одним из самых популярных языков программирования и получил широкое распространение в сообществе машинного обучения .

История

Дизайнер Python Гвидо ван Россум на OSCON 2006.

Основная статья: История Python

Python был изобретен в конце 1980-х годов. из Гвидо ван Россум Центра Wiskunde & Informatica (CWI) в Нидерландах как преемник языка программирования ABC , вдохновленный SETL , способен обрабатывать исключения и взаимодействовать с операционной системой Amoeba . Его реализация началась в декабре 1989 года. Ван Россум брал на себя единоличную ответственность за проект в качестве ведущего разработчика до 12 июля 2018 года, когда он объявил о своем «постоянном отпуске» от своих обязанностей « доброжелательного диктатора на всю жизнь » Python (BDFL), титул, который ему даровало сообщество Python. чтобы отразить его долгосрочную приверженность в качестве главного лица, принимающего решения по проекту (с тех пор он вышел на пенсию и носит одноименный титул «Почетный BDFL»). В январе 2019 года активные разработчики ядра Python избрали Руководящий совет из пяти человек, который возглавит проект.

Python 2.0 был выпущен 16 октября 2000 года и содержал множество важных новых функций, таких как понимание списков , сборка мусора с обнаружением циклов , подсчет ссылок и поддержка Unicode . Python 3.0, выпущенный 3 декабря 2008 г., многие из его основных функций перенесены в Python 2.6.x. и 2.7.х. Релизы Python 3 включают в себя 2to3 утилита, которая автоматизирует перевод кода Python 2 в Python 3.

Python 2.7 Окончание поддержки первоначально было назначено на 2015 год, но затем было перенесено на 2020 год из-за опасений, что большую часть существующего кода невозможно легко перенести на Python 3. Никаких дальнейших исправлений безопасности или других улучшений для него выпускаться не будет. В настоящее время поддерживаются только версии 3.8 и более поздние (2023 проблемы безопасности были исправлены, например, в версии 3.7.17, последней версии 3.7.x). ). Хотя Python 2.7 и старше официально не поддерживается, другая неофициальная реализация Python, PyPy , продолжает поддерживать Python 2, т.е. «2.7.18+» (плюс 3.9 и 3.10), причем плюс означает (по крайней мере некоторые) « обратно перенесенные обновления безопасности ». ".

В 2021 году (и еще дважды в 2022 году) обновления безопасности были ускорены, поскольку все версии Python были небезопасными (включая 2.7). ) из-за проблем с безопасностью, приводящих к возможному удаленному выполнению кода. и отравление веб-кэша . В 2022 году были ускорены выпуски Python 3.10.4 и 3.9.12. и 3.8.13 из-за множества проблем с безопасностью. Когда в мае 2022 года был выпущен Python 3.9.13, было объявлено, что серия 3.9 (присоединяющаяся к более старым сериям 3.8 и 3.7) в будущем будет получать только исправления безопасности. 7 сентября 2022 года из-за потенциальной атаки типа «отказ в обслуживании» были выпущены четыре новых выпуска : 3.10.7, 3.9.14, 3.8.14 и 3.7.14.

По состоянию на октябрь 2023 г. Python 3.12 — стабильная версия, а 3.12 и 3.11 — единственные версии с активной (а не просто поддержкой безопасности) поддержкой. Заметные изменения в версии 3.11 по сравнению с версией 3.10 включают увеличенную скорость выполнения программ и улучшенные отчеты об ошибках.

Python 3.12 добавляет синтаксис (и фактически каждый Python, начиная с версии 3.5, добавляет некоторый синтаксис) в язык, новое (мягкое) ключевое слово type (в последних выпусках добавлено много поддержки типизации, например, новый оператор объединения типов в 3.10), и 3.11 для обработки исключений, и 3.10 match и case (мягкие) ключевые слова для операторов сопоставления структурных шаблонов . В Python 3.12 также исключены устаревшие модули и функциональные возможности; в будущих версиях тоже будут исключены устаревшие модули, см. ниже в разделе «Разработка» .

Python 3.11 утверждает, что он на 10–60 % быстрее, чем Python 3.10, а Python 3.12 добавляет к этому еще 5 %. Также улучшены сообщения об ошибках и множество других изменений.

С 27 июня 2023 г. Python 3.8 является самой старой поддерживаемой версией Python (хотя и находится на этапе «поддержки безопасности»), поскольку срок службы Python 3.7 подходит к концу .

В Python 3.13 появился инкрементный (более короткие паузы для сбора в программах с большим количеством объектов) сборщик мусора, экспериментальный JIT-компилятор , и удаления из C API. Некоторые стандартные библиотечные модули, 19 разряженных батарей , множество устаревших классов, функций и методов и многое другое будут удалены в Python 3.15 и/или 3.16. Начиная с версии 3.13, она и более поздние версии имеют 2 года полной поддержки (было полтора года); за которым следуют 3 года поддержки безопасности (при таком же общем объеме поддержки, как и раньше).

Философия дизайна и особенности

Python — это мультипарадигмальный язык программирования . Объектно-ориентированное программирование и структурное программирование полностью поддерживаются, и многие из их функций поддерживают функциональное программирование и аспектно-ориентированное программирование (включая метапрограммирование) . и метаобъекты ). Многие другие парадигмы поддерживаются посредством расширений, включая проектирование по контракту. и логическое программирование .

Python использует динамическую типизацию и комбинацию подсчета ссылок и сборщика мусора с обнаружением циклов для управления памятью . Он использует динамическое разрешение имен ( позднее связывание ), которое связывает имена методов и переменных во время выполнения программы.

Его дизайн предлагает некоторую поддержку функционального программирования в традициях Lisp . Он имеет filter, mapи reduce функции; списки , словари , множества и выражения -генераторы . Стандартная библиотека имеет два модуля ( itertools и functools), реализующие функциональные инструменты, заимствованные из Haskell и Standard ML .

Его основная философия изложена в « Дзен Python» (PEP 20), который включает в себя такие афоризмы , как:

• Красивое лучше уродливого.
• Явное лучше неявного.
• Простое лучше сложного.
• Комплекс лучше сложного.
• Читабельность имеет значение.

Однако функции Python регулярно нарушают эти принципы и подвергаются критике за ненужное раздувание языка. Ответы на эту критику заключаются в том, что дзен Python — это скорее рекомендация, чем правило. Добавление некоторых новых функций вызвало настолько споры, что Гвидо ван Россум подал в отставку с поста пожизненного великодушного диктатора из-за резкой критики по поводу добавления оператора выражения присваивания в Python 3.8.

Тем не менее, вместо того, чтобы встраивать все свои функциональные возможности в ядро, Python был спроектирован так, чтобы его можно было легко расширять с помощью модулей. Эта компактная модульность сделала его особенно популярным как средство добавления программируемых интерфейсов к существующим приложениям. Представление Ван Россума о небольшом базовом языке с большой стандартной библиотекой и легко расширяемым интерпретатором возникло из-за его разочарования в ABC , который придерживался противоположного подхода.

Python утверждает, что стремится к более простому и менее запутанному синтаксису и грамматике, предоставляя разработчикам возможность выбора методологии кодирования. В отличие от девиза Perl « есть более одного способа сделать это », Python придерживается принципа «должен быть один — и желательно только один — очевидный способ сделать это». философия. Однако на практике Python предоставляет множество способов решения одной и той же задачи. Например, существует как минимум три способа форматирования строкового литерала, и нет уверенности в том, какой из них следует использовать программисту. Алекс Мартелли , научный сотрудник и Python Software Foundation автор книг о Python, написал: «Описание чего-либо как «умного» не считается комплиментом в культуре Python».

Разработчики Python обычно стараются избегать преждевременной оптимизации и отклоняют исправления для некритических частей эталонной реализации CPython , которые могут обеспечить незначительное увеличение скорости за счет ясности. Скорость выполнения можно повысить, переместив критичные к скорости функции в модули расширения, написанные на таких языках, как C, или используя JIT-компилятор, такой как PyPy . Также возможна кросс-компиляция на другие языки , но она либо не обеспечивает полного ускорения, которого можно было бы ожидать, поскольку Python — очень динамичный язык, либо компилируется ограниченное подмножество Python, и, возможно, семантика немного изменился.

Разработчики Python стремятся сделать его интересным в использовании. Это отражено в его названии — дань уважения британской комедийной группе « Монти Пайтон». - и иногда в игривых подходах к учебным пособиям и справочным материалам, таких как использование в примерах терминов «спам» и «яйца» (отсылка к скетчу Монти Пайтона ) вместо часто используемых «foo» и «bar». " . Распространенным неологизмом в сообществе Python является pythonic , который имеет широкий спектр значений, связанных со стилем программы. «Питонический» код может хорошо использовать идиомы Python , быть естественным, демонстрировать свободное владение языком или соответствовать минималистской философии Python и акценту на читабельности. Код, который сложно понять или который читается как грубая транскрипция с другого языка программирования, называется непитоническим .

Синтаксис и семантика

Основная статья: Синтаксис и семантика Python

Python задуман как легко читаемый язык. Его форматирование визуально лаконично и часто использует ключевые слова на английском языке, тогда как в других языках используется пунктуация. В отличие от многих других языков, в нем не используются фигурные скобки для разделения блоков, а точки с запятой после операторов разрешены, но используются редко. Он имеет меньше синтаксических исключений и особых случаев, чем C или Pascal .

Отступ

Основная статья: Синтаксис и семантика Python § Отступы

в Python используются пробельные отступы, а не фигурные скобки или ключевые слова Для разделения блоков . Увеличение отступа происходит после определенных утверждений; уменьшение отступа означает конец текущего блока. Таким образом, визуальная структура программы точно отражает ее смысловую структуру. Эту особенность иногда называют правилом «вне игры» . Некоторые другие языки используют отступы таким образом; но в большинстве случаев отступы не имеют семантического значения. Рекомендуемый размер отступа — четыре пробела.

Операторы и поток управления

Python Заявления включают в себя:

• Оператор присваивания с использованием одного знака равенства =
• The if оператор, который условно выполняет блок кода вместе с else и elif (сокращение else-if)
• The for оператор, который выполняет итерацию по итерируемому объекту, записывая каждый элемент в локальную переменную для использования прикрепленным блоком.
• The while оператор, который выполняет блок кода, пока его условие истинно
• The try оператор, который позволяет перехватывать и обрабатывать исключения, возникающие в прикрепленном к нему блоке кода. except предложения (или новый синтаксис except* в Python 3.11 для групп исключений ); это также гарантирует, что код очистки в finally блок всегда запускается независимо от того, как блок завершается
• The raise оператор, используемый для вызова указанного исключения или повторного вызова перехваченного исключения
• The class оператор, который выполняет блок кода и присоединяет его локальное пространство имен к классу для использования в объектно-ориентированном программировании.
• The def оператор, который определяет функцию или метод
• The with оператор, который включает блок кода в диспетчер контекста (например, получение блокировки перед его запуском, а затем снятие блокировки; или открытие и закрытие файла ) , что обеспечивает инициализации получения ресурсов поведение, подобное (RAII). и замена распространенной идиомы try/finally
• The break оператор, который выходит из цикла
• The continue оператор, который пропускает остальную часть текущей итерации и переходит к следующей
• The del оператор, который удаляет переменную — удаляя ссылку из имени на значение и выдавая ошибку, если на переменную ссылаются до ее переопределения
• The pass оператор, служащий NOP , синтаксически необходимый для создания пустого блока кода
• The assert оператор, используемый при отладке для проверки условий, которые должны применяться
• The yield оператор, который возвращает значение функции - генератора (а также оператора); используется для реализации сопрограмм
• The return оператор, используемый для возврата значения из функции
• The import и from операторы, используемые для импорта модулей, функции или переменные которых могут использоваться в текущей программе.

Оператор присваивания ( =) привязывает имя как ссылку на отдельный, динамически выделяемый объект . Переменные впоследствии могут быть повторно привязаны в любое время к любому объекту. В Python имя переменной представляет собой общий держатель ссылки без фиксированного типа данных ; однако он всегда ссылается на какой-либо объект определенного типа. Это называется динамической типизацией — в отличие от статически типизированных языков, где каждая переменная может содержать только значение определенного типа.

Python не поддерживает хвостовых вызовов оптимизацию или первоклассные продолжения и, по словам Ван Россума, никогда не будет. Однако лучшая поддержка функций, подобных сопрограммам, обеспечивается за счет расширения генераторов Python . До версии 2.5 генераторы были ленивыми итераторами ; данные передавались из генератора в одностороннем порядке. Начиная с Python 2.5, можно передавать данные обратно в функцию-генератор; а начиная с версии 3.3 его можно передавать через несколько уровней стека.

Выражения

Python Выражения включают в себя:

• The +, -, и * операторы математического сложения, вычитания и умножения аналогичны операторам других языков, но поведение деления отличается. В Python существует два типа делений: напольное деление (или целочисленное деление). // и с плавающей запятой /разделение. Python использует ** оператор возведения в степень.
• Python использует + оператор конкатенации строк. Python использует * оператор для дублирования строки заданное количество раз.
• The @ инфиксный оператор. Он предназначен для использования такими библиотеками, как NumPy, для умножения матриц .
• Синтаксис :=, называемый «оператор моржа», был представлен в Python 3.8. Он присваивает значения переменным как часть более крупного выражения.
• В Python, == сравнивает по значению. Python is Оператор может использоваться для сравнения идентификаторов объектов (сравнение по ссылке), а сравнения могут быть объединены в цепочку, например: a <= b <= c.
• Python использует and, or, и not как логические операторы.
• В Python есть выражение, называемое пониманием списка , и более общее выражение, называемое генератором выражением- .
• Анонимные функции реализуются с помощью лямбда-выражений ; однако в каждом теле может быть только одно выражение.
• Условные выражения записываются как x if c else y (отличается порядком операндов от c ? x : y оператор, общий для многих других языков).
• Python проводит различие между списками и кортежами . Списки записываются как [1, 2, 3], являются изменяемыми и не могут использоваться в качестве ключей словарей (ключи словарей должны быть неизменяемыми в Python). Кортежи, записанные как (1, 2, 3), являются неизменяемыми и, следовательно, могут использоваться в качестве ключей словарей при условии, что все элементы кортежа неизменяемы. + Оператор можно использовать для объединения двух кортежей, при этом их содержимое не изменяется напрямую, а создается новый кортеж, содержащий элементы обоих. Таким образом, учитывая переменную t изначально равен (1, 2, 3), выполнение t = t + (4, 5) сначала оценивает t + (4, 5), что дает (1, 2, 3, 4, 5), который затем присваивается обратно t— тем самым эффективно «изменяя содержимое» t в соответствии с неизменяемой природой объектов-кортежей. Круглые скобки необязательны для кортежей в однозначном контексте.
• В Python предусмотрена распаковка последовательности , при которой несколько выражений, каждое из которых оценивает все, что может быть присвоено (переменной, записываемому свойству и т. д.), связаны таким же образом, как и формирующие литералы кортежа, и в целом располагаются слева. -сторона знака равенства в операторе присваивания. Оператор ожидает итерируемый объект справа от знака равенства, который создает то же количество значений, что и предоставленные записываемые выражения; при проходе по ним он присваивает каждое из полученных значений соответствующему выражению слева.
• В Python есть оператор «формата строки». % который действует аналогично printf форматировать строки в C — например "spam=%s eggs=%d" % ("blah", 2) оценивается как "spam=blah eggs=2". В Python 2.6+ и 3+ это было дополнено format() метод str класс, например "spam={0} eggs={1}".format("blah", 2). В Python 3.6 добавлены «f-строки»: spam = "blah"; eggs = 2; f'spam={spam} eggs={eggs}'.
• Строки в Python можно объединить , «добавив» их (с помощью того же оператора, что и для добавления целых чисел и чисел с плавающей запятой), например "spam" + "eggs" возвращает "spameggs". Если строки содержат числа, они добавляются как строки, а не целые числа, например "2" + "2" возвращает "22".
• Python имеет различные строковые литералы :
  • Разделяется одинарными или двойными кавычками; в отличие от оболочек Unix , Perl и языков, основанных на Perl, одинарные и двойные кавычки работают одинаково. Оба используют обратную косую черту ( \) в качестве escape-символа . Строковая интерполяция стала доступна в Python 3.6 как «форматированные строковые литералы».
  • Тройные кавычки (начинающиеся и заканчивающиеся тремя одинарными или двойными кавычками), которые могут охватывать несколько строк и функционировать, как здесь, документы в оболочках, Perl и Ruby .
  • Разновидности необработанных строк , обозначаемые префиксом строкового литерала с помощью r. Escape-последовательности не интерпретируются; следовательно, необработанные строки полезны там, где распространена буквальная обратная косая черта, например, в регулярных выражениях и Windows путях в стиле . (Сравнивать " @-цитирование» в C# .)
• В Python есть индекс массива и выражения разделения массива в списках, обозначаемые как a[key], a[start:stop] или a[start:stop:step]. Индексы начинаются с нуля , а отрицательные индексы относятся к концу. Срезы берут элементы от начального индекса до стопового индекса, но не включая его. Третий параметр среза, называемый шагом или шагом , позволяет пропускать и реверсировать элементы. Индексы срезов могут быть опущены, например: a[:] возвращает копию всего списка. Каждый элемент среза является мелкой копией .

В Python различие между выражениями и операторами жестко соблюдается, в отличие от таких языков, как Common Lisp , Scheme или Ruby . Это приводит к дублированию некоторых функций. Например:

• Понимание списков против. for-петли
• Условные выражения против. if блоки
• The eval() против. exec() встроенные функции (в Python 2, exec это заявление); первый предназначен для выражений, второй — для утверждений

Операторы не могут быть частью выражения, поэтому списки и другие выражения или лямбда-выражения , которые являются выражениями, не могут содержать операторы. Частным случаем является то, что оператор присваивания, такой как a = 1 не может составлять часть условного выражения условного оператора.

Методы

Методы объектов — это функции, прикрепленные к классу объекта; синтаксис instance.method(argument) для обычных методов и функций является синтаксическим сахаром для Class.method(instance, argument). Методы Python имеют явное self параметр для доступа к данным экземпляра , в отличие от неявного self (или this) в некоторых других объектно-ориентированных языках программирования (например, C++ , Java, Objective-C , Ruby ). Python также предоставляет методы, часто называемые методами dunder (из-за того, что их имена начинаются и заканчиваются двойным подчеркиванием), позволяющие определяемым пользователем классам изменять способ их обработки собственными операциями, включая длину, сравнение, арифметические операции и преобразование типов.

Набираю

Стандартная иерархия типов в Python 3

Python использует утиную типизацию и имеет типизированные объекты, но нетипизированные имена переменных. Ограничения типа не проверяются во время компиляции ; скорее, операции над объектом могут завершиться неудачно, что означает, что он не относится к подходящему типу. Несмотря на динамическую типизацию , Python является строго типизированным , запрещая операции, которые не определены четко (например, добавление числа к строке), вместо того, чтобы молча пытаться понять их смысл.

Python позволяет программистам определять свои собственные типы с помощью классов , чаще всего используемых для объектно-ориентированного программирования . Новые экземпляры классов создаются путем вызова класса (например, SpamClass() или EggsClass()), а классы являются экземплярами метакласса type (сам по себе является экземпляром самого себя), позволяя метапрограммировать и рефлексировать .

До версии 3.0 в Python было два типа классов (оба использовали один и тот же синтаксис): старый стиль и новый стиль ; текущие версии Python поддерживают только семантику нового стиля.

Python поддерживает необязательные аннотации типов . Эти аннотации не поддерживаются языком, но могут использоваться внешними инструментами, такими как mypy, для обнаружения ошибок. Mypy также поддерживает компилятор Python под названием mypyc, который использует аннотации типов для оптимизации.

Краткое описание встроенных типов Python 3

Тип	Мутабельность	Описание	Примеры синтаксиса
bool	неизменный	Логическое значение	True False
bytearray	изменчивый	Последовательность байтов	bytearray(b'Some ASCII') bytearray(b"Some ASCII") bytearray([119, 105, 107, 105])
bytes	неизменный	Последовательность байтов	b'Some ASCII' b"Some ASCII" bytes([119, 105, 107, 105])
complex	неизменный	Комплексное число с действительной и мнимой частями	3+2.7j 3 + 2.7j
dict	изменчивый	Ассоциативный массив (или словарь) пар ключ-значение; может содержать смешанные типы (ключи и значения), ключи должны быть хешируемого типа	{'key1': 1.0, 3: False} {}
types.EllipsisType	неизменный	Заполнитель с многоточием, который будет использоваться в качестве индекса в NumPy. массивах	... Ellipsis
float	неизменный	Число двойной точности с плавающей запятой . Точность зависит от машины, но на практике обычно реализуется как 64-битное число IEEE 754 с точностью 53 бита.	1.33333
frozenset	неизменный	Неупорядоченный набор , не содержит дубликатов; может содержать смешанные типы, если они хешируются	frozenset([4.0, 'string', True])
int	неизменный	Целое число неограниченной величины	42
list	изменчивый	Список , может содержать смешанные типы	[4.0, 'string', True] []
types.NoneType	неизменный	Объект, представляющий отсутствие значения, часто называемый нулем. в других языках	None
types.NotImplementedType	неизменный	Заполнитель, который может быть возвращен перегруженными операторами для указания неподдерживаемых типов операндов.	NotImplemented
range	неизменный	Неизменяемая последовательность чисел, обычно используемая для повторения определенного количества раз в for петли	range(-1, 10) range(10, -5, -2)
set	изменчивый	Неупорядоченный набор , не содержит дубликатов; может содержать смешанные типы, если они хешируются	{4.0, 'string', True} set()
str	неизменный	Строка символов : последовательность кодовых точек Юникода.	'Wikipedia' "Wikipedia" """Spanning multiple lines""" Spanning multiple lines
tuple	неизменный	Может содержать смешанные типы	(4.0, 'string', True) ('single element',) ()

Арифметические операции

В Python есть обычные символы для арифметических операторов ( +, -, *, /), оператор поэтажного подразделения // и операция по модулю % (где остаток может быть отрицательным, например 4 % -3 == -2). Он также имеет ** для возведения в степень , например 5**3 == 125 и 9**0.5 == 3.0и оператор умножения матрицы @ . Эти операторы работают как в традиционной математике; с теми же правилами приоритета операторы инфиксируют ( + и - также может быть унарным для представления положительных и отрицательных чисел соответственно).

Деление целых чисел дает результаты с плавающей запятой. Поведение деления со временем существенно изменилось:

• Текущий Python (т.е. начиная с версии 3.0) изменен / всегда быть делением с плавающей запятой, например 5/2 == 2.5.
• Этажное деление // был представлен оператор. Так 7//3 == 2, -7//3 == -3, 7.5//3 == 2.0 и -7.5//3 == -3.0. Добавление from __future__ import division заставляет модуль, используемый в Python 2.7, использовать для деления правила Python 3.0 (см. выше).

В терминах Python, / истинное деление (или просто деление ), и // это разделение этажей. / до версии 3.0 это классическое деление .

Округление в сторону отрицательной бесконечности, хотя и отличается от большинства языков, добавляет последовательности. Например, это означает, что уравнение (a + b)//b == a//b + 1 всегда верно. Это также означает, что уравнение b*(a//b) + a%b == a справедливо как для положительных, так и для отрицательных значений a. Однако сохранение справедливости этого уравнения означает, что, хотя результат a%b находится, как и ожидалось, в полуинтервале [0, b ), где b является положительным целым числом, оно должно лежать в интервале ( b , 0], когда b является отрицательным.

Python предоставляет round функция округления числа с плавающей запятой до ближайшего целого числа. Для решения тай-брейка Python 3 использует округление до четности : round(1.5) и round(2.5) оба производят 2. В версиях до 3 использовалось округление от нуля : round(0.5) является 1.0, round(-0.5) является −1.0.

Python допускает логические выражения с множественными отношениями равенства таким образом, который соответствует общему использованию в математике. Например, выражение a < b < c проверяет, является ли a меньше, чем b и b меньше, чем c. Языки, производные от C, интерпретируют это выражение по-другому: в C выражение сначала оценивает a < b, что приводит к 0 или 1, и этот результат затем будет сравниваться с c.

Python использует арифметику произвольной точности для всех целочисленных операций. Decimal тип/класс в decimal Модуль предоставляет десятичные числа с плавающей запятой с заранее определенной произвольной точностью и несколькими режимами округления. Fraction класс в fractions Модуль обеспечивает произвольную точность для рациональных чисел .

Благодаря обширной математической библиотеке Python и сторонней библиотеке NumPy , которая еще больше расширяет встроенные возможности, он часто используется в качестве научного языка сценариев для решения таких задач, как обработка и манипулирование числовыми данными.

Примеры программирования

"Привет, мир!" программа :

print('Hello, world!')

Программа для вычисления факториала целого положительного числа:

n = int(input('Type a number, and its factorial will be printed: '))

if n < 0:
    raise ValueError('You must enter a non-negative integer')

factorial = 1
for i in range(2, n + 1):
    factorial *= i

print(factorial)

Библиотеки

Большая стандартная библиотека Python предоставляет инструменты, подходящие для многих задач, и его обычно называют одним из его самых сильных сторон. Для интернет-приложений многие стандартные форматы и протоколы, такие как MIME и HTTP поддерживаются . Включает модули для создания графических пользовательских интерфейсов , подключения к реляционным базам данных , генерации псевдослучайных чисел , арифметики с десятичными знаками произвольной точности, манипулирование регулярными выражениями и модульное тестирование .

Некоторые части стандартной библиотеки покрываются спецификациями, например реализация интерфейса шлюза веб-сервера (WSGI). wsgiref следует PEP 333 — но большинство из них определяются своим кодом, внутренней документацией и наборами тестов . Однако, поскольку большая часть стандартной библиотеки представляет собой кроссплатформенный код Python, лишь несколько модулей требуют изменения или переписывания для различных реализаций.

По состоянию на 17 марта 2024 г. Индекс пакетов Python (PyPI), официальный репозиторий стороннего программного обеспечения Python, содержит более 523 000 пакеты с широким набором функциональных возможностей, в том числе:

• Автоматизация
• Аналитика данных
• Базы данных
• Документация
• Графические пользовательские интерфейсы
• Обработка изображений
• Машинное обучение
• Мобильные приложения
• Мультимедиа
• Компьютерные сети
• Научные вычисления
• Системное администрирование
• Тестовые фреймворки
• Обработка текста
• Веб-фреймворки
• Парсинг веб-страниц

Среды разработки

См. также: Сравнение интегрированных сред разработки § Python.

Большинство реализаций Python (включая CPython) включают цикл чтения-оценки-печати (REPL), позволяющий им работать как интерпретатор командной строки , для которого пользователи вводят инструкции последовательно и немедленно получают результаты.

Python также поставляется с интегрированной средой разработки (IDE) под названием IDLE , которая больше ориентирована на новичков.

Другие оболочки, включая IDLE и IPython , добавляют дополнительные возможности, такие как улучшенное автозаполнение, сохранение состояния сеанса и подсветку синтаксиса .

Помимо стандартных настольных интегрированных сред разработки, включая PyCharm, IntelliJ Idea, Visual Studio Code и т. д., существуют веб-браузера IDE на базе , включая SageMath , для разработки программ, связанных с наукой и математикой; PythonAnywhere — браузерная IDE и среда хостинга; и Canopy IDE, коммерческая IDE, ориентированная на научные вычисления .

Реализации

См. также: Список программного обеспечения Python § реализации Python.

Эталонная реализация

CPython — эталонная реализация Python. Он написан на C и соответствует стандарту C89 (Python 3.11 использует C11). ) с несколькими избранными функциями C99 . CPython включает в себя собственные расширения C, но расширения сторонних производителей не ограничиваются более старыми версиями C — например, они могут быть реализованы с помощью C11 или C++. CPython компилирует программы Python в промежуточный байт-код. который затем выполняется на его виртуальной машине . CPython распространяется с большой стандартной библиотекой, написанной на смеси C и собственного Python, и доступен для многих платформ, включая Windows (начиная с Python 3.9, установщик Python намеренно не устанавливается в Windows 7 и 8; Windows XP поддерживалась до Python 3.5) и большинство современных Unix-подобных систем, включая macOS (и Apple M1 Mac, начиная с Python 3.9.1, с экспериментальным установщиком), с неофициальной поддержкой VMS . Переносимость платформы была одним из первых приоритетов компании. (Во время разработки Python 1 и 2 даже OS/2 и Solaris , поддерживались но с тех пор поддержка многих платформ была прекращена.)

Python, начиная с версии 3.7, поддерживает только операционные системы с поддержкой многопоточности.

Другие реализации

• PyPy — это быстрый и совместимый интерпретатор Python 2.7 и 3.8. Его JIT-компилятор часто обеспечивает значительное улучшение скорости по сравнению с CPython, но некоторые библиотеки, написанные на C, с ним невозможно использовать.
• Stackless Python — это значительная ветвь CPython, реализующая микропотоки ; он не использует стек вызовов таким же образом, что позволяет выполнять массовое одновременное выполнение программ. PyPy также имеет версию без стека.
• MicroPython и CircuitPython — это варианты Python 3, оптимизированные для микроконтроллеров , включая Lego Mindstorms EV3 .
• Pyston — это вариант среды выполнения Python, который использует своевременную компиляцию для ускорения выполнения программ Python.
• Cinder — это ориентированная на производительность версия CPython 3.8, которая содержит ряд оптимизаций, включая встроенное кэширование байт-кода, быструю оценку сопрограмм, повременную JIT- программу и экспериментальный компилятор байт-кода.
• Закуска Встроенный язык вычислений (совместимый, например, с 8-битными микроконтроллерами AVR , такими как Arduino на базе ATmega 328P , а также с более крупными микроконтроллерами, совместимыми с MicroPython ) «вдохновлен Python, но это не Python. Можно писать программы Snek, которые работают в полной системе Python, но большинство программ Python не будут работать под Snek». Это императивный язык, не включающий ООП /классы, в отличие от Python, и упрощающийся до одного числового типа с 32-битной одинарной точностью (аналогично JavaScript , но меньшего размера).

Неподдерживаемые реализации

Были разработаны и другие JIT-компиляторы Python, но они сейчас не поддерживаются:

• Google начал проект под названием Unladen Swallow в 2009 году с целью ускорить работу интерпретатора Python в пять раз с помощью LLVM и улучшить его многопоточность при масштабировании до тысяч ядер. в то время как обычные реализации страдают от глобальной блокировки интерпретатора .
• Psyco — это компилятор, работающий по принципу «точно в срок» специализированный , который интегрируется с CPython и преобразует байт-код в машинный код во время выполнения. Создаваемый код специализирован для определенных типов данных и работает быстрее, чем стандартный код Python. Psyco не поддерживает Python 2.7 и более поздних версий.
• PyS60 — интерпретатор Python 2 для мобильных телефонов Series 60, выпущенный Nokia в 2005 году. В нем реализованы многие модули из стандартной библиотеки и некоторые дополнительные модули для интеграции с операционной системой Symbian . Nokia N900 также поддерживает Python с библиотеками виджетов GTK , что позволяет писать и запускать программы на целевом устройстве.

Кросс-компиляторы на другие языки

Существует несколько компиляторов/ транспиляторов объектных языков высокого уровня, в которых в качестве исходного языка используется неограниченный Python, ограниченное подмножество Python или язык, аналогичный Python:

• Британский, Транскриптовать и Pyjs (последняя версия 2012 года) компилируют Python в JavaScript .
• Codon компилирует подмножество статически типизированного Python. в машинный код (через LLVM ) и поддерживает встроенную многопоточность.
• Cython компилирует Python (расширенную версию) в C. Полученный код также можно использовать с Python посредством прямых вызовов API уровня C в интерпретатор Python.
• PyJL компилирует/транспилирует подмножество Python в «удобный для чтения, поддерживаемый и высокопроизводительный исходный код Julia». Несмотря на заявления о высокой производительности, ни один инструмент не может претендовать на такую ​​эффективность для произвольного кода Python; т.е. известно, что невозможно скомпилировать более быстрый язык или машинный код. Если не изменена семантика Python, но во многих случаях ускорение возможно с небольшими изменениями в коде Python или без них. Затем более быстрый исходный код Julia можно использовать из Python или скомпилировать в машинный код и использовать его таким образом.
• Nuitka компилирует Python в C.
• Numba использует LLVM для компиляции подмножества Python в машинный код.
• Pythran компилирует подмножество Python 3 в C++ ( C++11 ).
• RPython можно скомпилировать в C и использовать для создания интерпретатора Python PyPy.
• Транспилятор Python → 11l → C++ компилирует подмножество Python 3 в C++ ( C++17 ).

Специализированные:

• MyHDL (HDL) на основе Python — это язык описания оборудования , который преобразует код MyHDL в Verilog или VHDL . код

Старые проекты (или не используемые с Python 3.x и новейшим синтаксисом):

• Grumpy от Google (последний выпуск 2017 года) транспилирует Python 2 в Go .
• IronPython позволяет запускать программы Python 2.7 (а альфа- версия , выпущенная в 2021 году, также доступна для «Python 3.4, хотя могут быть включены функции и поведение из более поздних версий» .NET ) в общеязыковой среде выполнения .
• Jython компилирует Python 2.7 в байт-код Java, позволяя использовать библиотеки Java из программы Python.
• Pyrex (последний выпуск 2010 г.) и Shed Skin (последний выпуск 2013 г.) компилируются в C и C++ соответственно.

Производительность

Сравнение производительности различных реализаций Python при нечисловой (комбинаторной) рабочей нагрузке было представлено на выставке EuroSciPy '13. Производительность Python по сравнению с другими языками программирования также оценивается с помощью игры The Computer Language Benchmarks Game .

Развитие

Разработка Python ведется в основном посредством процесса предложения по улучшению Python (PEP), основного механизма предложения основных новых функций, сбора мнений сообщества по проблемам и документирования решений по проектированию Python. Стиль кодирования Python описан в PEP 8. Выдающиеся PEP проверяются и комментируются сообществом Python и руководящим советом.

Улучшение языка соответствует разработке эталонной реализации CPython. Список рассылки python-dev является основным форумом для разработки языка. Конкретные проблемы изначально обсуждались в Roundup системе отслеживания ошибок , размещенной на сайте фонда. В 2022 году все вопросы и обсуждения были перенесены на GitHub . Первоначально разработка велась в автономном репозитории исходного кода под управлением Mercurial , пока Python не переехал на GitHub в январе 2017 года.

Публичные выпуски CPython делятся на три типа, различающиеся тем, какая часть номера версии увеличивается:

• Версии с обратной совместимостью, где ожидается, что код выйдет из строя и его необходимо переносить вручную . Первая часть номера версии увеличивается. Эти выпуски происходят нечасто — версия 3.0 вышла через 8 лет после версии 2.0. По мнению Гвидо ван Россума, появление версии 4.0 маловероятно.
• Основные или «функциональные» выпуски в значительной степени совместимы с предыдущей версией, но содержат новые функции. Вторая часть номера версии увеличивается. Ожидается, что начиная с Python 3.9 эти выпуски будут выходить ежегодно. Каждая основная версия поддерживается исправлениями ошибок в течение нескольких лет после ее выпуска.
• Выпуски исправлений ошибок, которые не содержат новых функций, происходят примерно каждые 3 месяца и создаются, когда с момента последнего выпуска было исправлено достаточное количество ошибок. В этих выпусках также исправлены уязвимости безопасности. Третья и последняя часть номера версии увеличивается.

Многие альфа-, бета-версии и кандидаты на выпуск также выпускаются в качестве предварительных версий и для тестирования перед финальными выпусками. Хотя для каждого выпуска существует приблизительный график, они часто откладываются, если код не готов. Команда разработчиков Python отслеживает состояние кода, запуская большой набор модульных тестов во время разработки.

Крупнейшая научная конференция по Python — PyCon . Также существуют специальные программы наставничества по Python, например PyLadies .

Python 3.12 удален wstr имеется в виду расширения Python необходимо изменить, и в версии 3.10 добавлено сопоставление шаблонов . в язык

В Python 3.12 исключены некоторые устаревшие модули, а в будущем будут удалены и другие; они устарели с версии 3.13; код формата уже устаревшего массива 'u' выдаст DeprecationWarning начиная с версии 3.13 и будет удален в Python 3.16. Вместо этого следует использовать код формата «w». Часть ctypes также устарела и http.server.CGIHTTPRequestHandler выдаст предупреждение об устаревании и будет удалено в версии 3.15. Использование этого кода уже сопряжено с высоким потенциалом ошибок как в безопасности, так и в функциональности. Некоторые части модуля ввода устарели, например создание typing.NamedTuple класс, использующий аргументы ключевого слова для обозначения полей, и тому подобное (и многое другое) будет запрещено в Python 3.15.

Генераторы документации API

Инструменты, которые могут генерировать документацию для API Python, включают pydoc (доступен как часть стандартной библиотеки), Sphinx , Pdoc и его ответвления, Doxygen и Graphviz , среди других.

Именование

Название Python происходит от имени британской комедийной группы Monty Python , которой пользовался создатель Python Гвидо ван Россум при разработке языка. Ссылки на Монти Пайтон часто появляются в коде и культуре Python; например, метасинтаксические переменные, часто используемые в литературе по Python, — это spam и egg вместо традиционных foo и bar . Официальная документация Python также содержит различные ссылки на подпрограммы Monty Python. Пользователей Python иногда называют «Pythonistas».

Префикс Py- используется, чтобы показать, что что-то связано с Python. Примеры использования этого префикса в именах приложений или библиотек Python включают к Python ( обычно Pygame — привязку SDL используемую для создания игр); PyQt и PyGTK , которые связывают Qt и GTK с Python соответственно; и PyPy — реализация Python, изначально написанная на Python.

Популярность

С 2003 года Python стабильно входит в десятку самых популярных языков программирования в индексе сообщества программистов TIOBE , где по состоянию на декабрь 2022 г. это был самый популярный язык (опередивший C, C++ и Java ). Он был выбран языком программирования года (за «самый высокий рост рейтингов за год») в 2007, 2010, 2018 и 2020 годах (единственный язык, который сделал это четыре раза по состоянию на 2020 год). ).

Крупные организации, использующие Python, включают Wikipedia , Google , Yahoo! , ЦЕРН , НАСА , Фейсбук , Амазон , Инстаграм , Спотифай , и некоторые более мелкие организации, такие как ILM и ИТА . Социальная новостная сеть Reddit была написана в основном на Python.

Использует

Основная статья: Список программного обеспечения Python

Работает на Python

Python может служить языком сценариев для веб-приложений , например, через mod_wsgi для веб-сервера Apache . С интерфейсом шлюза веб-сервера стандартный API был разработан для облегчения работы этих приложений. Веб-фреймворки, такие как Django , Pylons , Pyramid , TurboGears , web2py , Tornado , Flask , Bottle и Zope , помогают разработчикам проектировать и поддерживать сложные приложения. Pyjs и IronPython можно использовать для разработки клиентских приложений на основе Ajax. SQLAlchemy можно использовать в качестве преобразователя данных в реляционную базу данных. Twisted — это платформа для программирования связи между компьютерами, которая используется (например) Dropbox .

Такие библиотеки, как NumPy , SciPy и Matplotlib, позволяют эффективно использовать Python в научных вычислениях. со специализированными библиотеками, такими как Biopython и Astropy, обеспечивающими функциональность, специфичную для предметной области. SageMath — система компьютерной алгебры с интерфейсом ноутбука , программируемым на Python: ее библиотека охватывает многие аспекты математики , включая алгебру , комбинаторику , числовую математику , теорию чисел и исчисление . OpenCV имеет привязки Python с богатым набором функций для компьютерного зрения и обработки изображений .

Python обычно используется в проектах искусственного интеллекта и проектах машинного обучения с помощью таких библиотек, как TensorFlow , Keras , Pytorch , scikit-learn и языка логики ProbLog . Python как язык сценариев с модульной архитектурой , простым синтаксисом и богатыми инструментами обработки текста часто используется для обработки естественного языка .

Комбинация Python и Prolog оказалась особенно полезной для приложений искусственного интеллекта, поскольку Prolog обеспечивает представление знаний и возможности рассуждения. Система Янус, в частности, использует сходство между этими двумя языками. отчасти из-за использования динамической типизации и простой рекурсивной природы их структуры данных. Типичные применения этой комбинации включают обработку естественного языка, визуальные запросы. ответы, геопространственные рассуждения и обработка семантических веб-данных. Система Natlog, реализованная на Python, использует грамматики определенных предложений (DCG) в качестве генераторов подсказок для генераторов преобразования текста в текст, таких как GPT3, и генераторов преобразования текста в изображение, таких как DALL-E или Stable Diffusion.

Python также можно использовать для графического пользовательского интерфейса (GUI) с помощью таких библиотек, как Tkinter .

Python был успешно встроен во многие программные продукты в качестве языка сценариев, в том числе в программное обеспечение для метода конечных элементов , такое как Abaqus , средства параметрического 3D-моделирования, такие как FreeCAD , пакеты 3D-анимации, такие как 3ds Max , Blender , Cinema 4D , Lightwave , Houdini , Maya , modo. , MotionBuilder , Softimage , наборщик визуальных эффектов Nuke , программы 2D-изображений, такие как GIMP , Inkscape , Scribus и Paint Shop Pro , и нотной записи, программы такие как партитура и капелла . GNU Debugger использует Python как красивый принтер для отображения сложных структур, таких как контейнеры C++. Esri пропагандирует Python как лучший выбор для написания скриптов в ArcGIS . Он также использовался в нескольких видеоиграх. и был принят в качестве первого из трех доступных языков программирования в Google App Engine , двумя другими являются Java и Go .

Многие операционные системы включают Python в качестве стандартного компонента. Он поставляется с большинством дистрибутивов Linux . AmigaOS 4 (с использованием Python 2.7), FreeBSD (в виде пакета), NetBSD и OpenBSD (в виде пакета) и может использоваться из командной строки (терминала). Многие дистрибутивы Linux используют установщики, написанные на Python: Ubuntu использует установщик Ubiquity , а Red Hat Linux и Fedora Linux используют установщик Anaconda . Gentoo Linux использует Python в своей системе управления пакетами Portage .

Python широко используется в индустрии информационной безопасности , в том числе при разработке эксплойтов.

Большая часть программного обеспечения Sugar для одного ноутбука на ребенка XO, разработанного в Sugar Labs по состоянию на 2008 год. , написан на Python. В проекте Raspberry Pi одноплатного компьютера Python был принят в качестве основного языка пользовательского программирования.

LibreOffice включает Python и намерен заменить Java на Python. Его поставщик сценариев Python является основной функцией. начиная с версии 4.0 от 7 февраля 2013 г.

влиянием

Дизайн и философия Python повлияли на многие другие языки программирования:

• Boo использует отступы, аналогичный синтаксис и аналогичную объектную модель.
• Cobra использует отступы и аналогичный синтаксис, а в ее документе «Благодарности» Python стоит на первом месте среди языков, оказавших на него влияние.
• CoffeeScript , язык программирования, который кросс-компилируется в JavaScript, имеет синтаксис, вдохновленный Python.
• ECMAScript — JavaScript заимствовал итераторы и генераторы из Python.
• GDScript — язык сценариев, очень похожий на Python, встроенный в игровой движок Godot .
• Go создан для «скорости работы на таком динамическом языке, как Python». и использует тот же синтаксис для нарезки массивов.
• Groovy руководствовался желанием перенести философию проектирования Python в Java .
• Джулия была разработана так, чтобы быть «такой же пригодной для общего программирования, как и Python».
• Mojo — нестрогий расширенный набор Python (например, все еще отсутствуют классы и добавлено, например, struct ).
• Ним использует отступы и аналогичный синтаксис.
• Юкихиро Создатель Ruby Мацумото сказал: «Мне нужен был язык сценариев, который был бы более мощным, чем Perl, и более объектно-ориентированным, чем Python. Вот почему я решил разработать свой собственный язык».
• Swift , язык программирования, разработанный Apple, имеет синтаксис, вдохновленный Python.
• Kotlin сочетает в себе функции Python и Java, минимизируя шаблонный код для повышения эффективности разработки.

Практика разработки Python также была эмулирована другими языками. Например, практика требования документа, описывающего обоснование и проблемы, связанные с изменением языка (в Python, PEP), также используется в Tcl . Эрланг , и Свифт.

См. также

• Синтаксис и семантика Python
• пип (менеджер пакетов)
• Список языков программирования
• История языков программирования
• Сравнение языков программирования

Ссылки

Источники

• «Python для искусственного интеллекта» . Питон Вики. 19 июля 2012 года. Архивировано из оригинала 1 ноября 2012 года . Проверено 3 декабря 2012 г.
• Пейн, Джоселин, изд. (август 2005 г.). «ИИ в Python» . Информационный бюллетень AI Expert . Амзи!. Архивировано из оригинала 26 марта 2012 года . Проверено 11 февраля 2012 г.
• «PyAIML 0.8.5: Индекс пакета Python» . Pypi.python.org . Проверено 17 июля 2013 г.
• Рассел, Стюарт Дж. и Норвиг, Питер (2009). Искусственный интеллект: современный подход (3-е изд.). Река Аппер-Седл, Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN  978-0-13-604259-4 .

Дальнейшее чтение

• Дауни, Аллен Б. (май 2012 г.). Думайте Python: как думать как ученый-компьютерщик (изд. версии 1.6.6). Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-72596-5 .
• Гамильтон, Наоми (5 августа 2008 г.). «А-Я языков программирования: Python» . Компьютерный мир . Архивировано из оригинала 29 декабря 2008 года . Проверено 31 марта 2010 г.
• Лутц, Марк (2013). Изучение Python (5-е изд.). О'Рейли Медиа. ISBN  978-0-596-15806-4 .
• Саммерфилд, Марк (2009). Программирование на Python 3 (2-е изд.). Аддисон-Уэсли Профессионал. ISBN  978-0-321-68056-3 .
• Рамальо, Лучано (май 2022 г.). Свободный Питон . О'Рейли Медиа. ISBN  978-1-4920-5632-4 .

Внешние ссылки

• Официальный сайт