Язык программирования Python

Язык программирования Python

2-е издание, исправленное

Сузи Р.А.

Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”
2016

2

УДК 004.438Python(07)
ББК 24
С89
Язык программирования Python / Сузи Р.А. - M.: Национальный Открытый Университет “ИНТУИТ”,
2016 (Основы информационных технологий)
ISBN 5-9556-0058-2

Изучается язык программирования Python, его основные библиотеки и некоторые приложения.
Курс посвящен одному из бурно развивающихся и популярных в настоящее время сценарных языков
программирования - Python. Язык Python позволяет быстро создавать как прототипы программных
систем, так и сами программные системы, помогает в интеграции программного обеспечения для
решения производственных задач. Python имеет богатую стандартную библиотеку и большое
количество модулей расширения практически для всех нужд отрасли информационных технологий.
Благодаря ясному синтаксису изучение языка не составляет большой проблемы. Написанные на нем
программы получаются структурированными по форме, и в них легко проследить логику работы. На
примере языка Python рассматриваются такие важные понятия как: объектно-ориентированное
программирование, функциональное программирование, событийно-управляемые программы (GUIприложения), форматы представления данных (Unicode, XML и т.п.). Возможность диалогового
режима работы интерпретатора Python позволяет существенно сократить время изучения самого
языка и перейти к решению задач в соответствующих предметных областях. Python свободно
доступен для многих платформ, а написанные на нем программы обычно переносимы между
платформами без изменений. Это обстоятельство позволяет применять для изучения языка любую
имеющуюся аппаратную платформу.

(c) ООО “ИНТУИТ.РУ”, 2006-2016
(c) Сузи Р.А., 2006-2016

3

Введение в программирование на языке Python

В этой лекции пойдет речь о синтаксисе языка Python для основных алгоритмических
конструкций, литералов, выражений. Будет приведено описание встроенных типов
данных, а также сделана попытка рассмотреть некоторые вопросы общепринятого в
Python стиля программирования.

Что такое Python?

О Python (лучше произносить “питон”, хотя некоторые говорят “пайтон”) - предмете
данного изучения, лучше всего говорит создатель этого языка программирования,
голландец Гвидо ван Россум:

“Python - интерпретируемый, объектно-ориентированный высокоуровневый язык
программирования с динамической семантикой. Встроенные высокоуровневые
структуры данных в сочетании с динамической типизацией и связыванием делают язык
привлекательным для быстрой разработки приложений (RAD, Rapid Application
Development). Кроме того, его можно использовать в качестве сценарного языка для
связи программных компонентов. Синтаксис Python прост в изучении, в нем придается
особое значение читаемости кода, а это сокращает затраты на сопровождение
программных продуктов. Python поддерживает модули и пакеты, поощряя модульность
и повторное использование кода. Интерпретатор Python и большая стандартная
библиотека доступны бесплатно в виде исходных и исполняемых кодов для всех
основных платформ и могут свободно распространяться.”

В процессе изучения будет раскрыт смысл этого определения, а сейчас достаточно
знать, что Python - это универсальный язык программирования. Он имеет свои
преимущества и недостатки, а также сферы применения. В поставку Python входит
обширная стандартная библиотека для решения широкого круга задач. В Интернете
доступны качественные библиотеки для Python по различным предметным областям:
средства обработки текстов и технологии Интернет, обработка изображений,
инструменты для создания приложений, механизмы доступа к базам данных, пакеты
для научных вычислений, библиотеки построения графического интерфейса и т.п.
Кроме того, Python имеет достаточно простые средства для интеграции с языками C,
C++ (и Java) как путем встраивания (embedding) интерпретатора в программы на этих
языках, так и наоборот, посредством использования библиотек, написанных на этих
языках, в Python-программах. Язык Python поддерживает несколько парадигм
программирования: императивное (процедурный, структурный, модульный подходы),
объектно-ориентированное и функциональное программирование.

Можно считать, что Python - это целая технология для создания программных
продуктов (и их прототипов). Она доступна почти на всех современных платформах
(как 32-битных, так и на 64-битных) с компилятором C и на платформе Java.

Может показаться, что, в программной индустрии нет места для чего-то другого кроме
C/C++, Java, Visual Basic, C#. Однако это не так. Возможно, благодаря данному курсу
лекций и практических занятий у Python появятся новые приверженцы, для которых он

4

станет незаменимым инструментом.

Как описать язык?

В этой лекции не ставится цели систематически описать Python: для этого существует
оригинальное справочное руководство. Здесь предлагается рассмотреть язык
одновременно в нескольких аспектах, что достигается набором примеров, которые
позволят быстрее приобщиться к реальному программированию, чем в случае строгого
академического подхода.

Однако стоит обратить внимание на правильный подход к описанию языка. Создание
программы - это всегда коммуникация, в которой программист передает компьютеру
информацию, необходимую для выполнения последним действий. То, как эти действия
понимает программист (то есть “смысл”), можно назвать семантикой. Средством
передачи этого смысла является синтаксис языка программирования. Ну а то, что
делает интерпретатор на основании переданного, обычно называют прагматикой. При
написании программы очень важно, чтобы в этой цепочке не возникало сбоев.

Синтаксис - полностью формализованная часть: его можно описать на формальном
языке синтаксических диаграмм (что и делается в справочных руководствах).
Выражением прагматики является сам интерпретатор языка. Именно он читает
записанное в соответствии с синтаксисом “послание” и превращает его в действия по
заложенному в нем алгоритму. Неформальным компонентом остается только
семантика. Именно в переводе смысла в формальное описание и кроется самая
большая сложность программирования. Синтаксис языка Python обладает мощными
средствами, которые помогают приблизить понимание проблемы программистом к ее
“пониманию” интерпретатором. О внутреннем устройстве Python будет говориться в
одной из завершающих лекций.

История языка Python

Создание Python было начато Гвидо ван Россумом (Guido van Rossum) в 1991 году,
когда он работал над распределенной ОС Амеба. Ему требовался расширяемый язык,
который бы обеспечил поддержку системных вызовов. За основу были взяты ABC и
Модула-3. В качестве названия он выбрал Python в честь комедийных серий BBC
“Летающий цирк Монти-Пайтона”, а вовсе не по названию змеи. С тех пор Python
развивался при поддержке тех организаций, в которых Гвидо работал. Особенно
активно язык совершенствуется в настоящее время, когда над ним работает не только
команда создателей, но и целое сообщество программистов со всего мира. И все-таки
последнее слово о направлении развития языка остается за Гвидо ван Россумом.

Программа на Python

Программа на языке Python может состоять из одного или нескольких модулей.
Каждый модуль представляет собой текстовый файл в кодировке, совместимой с 7битной кодировкой ASCII. Для кодировок, использующих старший бит, необходимо

5

явно указывать название кодировки. Например, модуль, комментарии или строковые
литералы которого записаны в кодировке KOI8-R, должен иметь в первой или второй
строке следующую спецификацию:

# -*- coding: koi8-r -*
Благодаря этой спецификации интерпретатор Python будет знать, как корректно
переводить символы литералов Unicode-строк в Unicode. Без этой строки новые версии
Python будут выдавать предупреждение на каждый модуль, в котором встречаются
коды с установленным восьмым битом.

О том, как делать программу модульной, станет известно в следующих лекциях. В
примерах ниже используются как фрагменты модулей, записанных в файл, так и
фрагменты диалога с интерпретатором Python. Последние отличаются характерным
приглашением >>>. Символ решетка ( # ) отмечает комментарий до конца строки.

Программа на Python, с точки зрения интерпретатора, состоит из логических строк.
Одна логическая строка, как правило, располагается в одной физической, но длинные
логические строки можно явно (с помощью обратной косой черты) или неявно (внутри
скобок) разбить на несколько физических:

print a, " - очень длинная строка, которая не помещается в", \
   80, "знакоместах"

Примечание:

Во всех примерах в основном используется “официальный” стиль оформления кода на
Python в соответствии с документом “Python Style Guide“, который можно найти на
сайте ссылка: http://python.org

Основные алгоритмические конструкции

Предполагается, что слушатели уже умеют программировать хотя бы на уровне
школьной программы, и потому вполне достаточно провести параллели между
алгоритмическими конструкциями и синтаксисом Python. Кроме того, Python как
правило не подводит интуицию программиста (по крайней мере, науке хорошо
известны типичные ошибки начинающих программистов на Python), поэтому изучать
синтаксис Python предпочтительнее на примерах, а не с помощью синтаксических
диаграмм или форм Бэкуса-Наура.

Последовательность операторов

Последовательные действия описываются последовательными строками программы.
Стоит, правда, добавить, что в программах важны отступы, поэтому все операторы,
входящие в последовательность действий, должны иметь один и тот же отступ:

6

a = 1
b = 2
a = a + b
b = a - b
a = a - b
print (a, b)

Что делает этот пример? Проверить свою догадку можно с помощью интерактивного
режима интерпретатора Python.

При работе с Python в интерактивном режиме как бы вводится одна большая
программа, состоящая из последовательных действий. В примере выше использованы
операторы присваивания и оператор print.

Оператор условия и выбора

Разумеется, одними только последовательными действиями в программировании не
обойтись, поэтому при написании алгоритмов используется еще и ветвление:

if a > b:
  c = a
else:
  c = b

Этот кусок кода на Python интуитивно понятен каждому, кто помнит, что if поанглийски значит “если”, а else - “иначе”. Оператор ветвления имеет в данном случае
две части, операторы каждой из которых записываются с отступом вправо
относительно оператора ветвления. Более общий случай - оператор выбора - можно
записать с помощью следующего синтаксиса (пример вычисления знака числа):

if a < 0:
  s = -1
elif a == 0:
  s = 0
else:
  s = 1

Стоит заметить, что elif - это сокращенный else if. Без сокращения пришлось бы
применять вложенный оператор ветвления:

if a < 0:
  s = -1
else:
  if a == 0:
    s = 0
  else:
    s = 1

7

В отличие от оператора print, оператор if-else - составной оператор.

Циклы

Третьей необходимой алгоритмической конструкцией является цикл. С помощью
цикла можно описать повторяющиеся действия. В Python имеются два вида циклов:
цикл ПОКА (выполняется некоторое условие) и цикл ДЛЯ (всех значений
последовательности). Следующий пример иллюстрирует цикл ПОКА на Python:

s = "abcdefghijklmnop"
while s != "":
  print (s)
  s = s[1:-1]

Оператор while говорит интерпретатору Python: “пока верно условие цикла, выполнять
тело цикла “. В языке Python тело цикла выделяется отступом. Каждое исполнение тела
цикла будет называться итерацией. В приведенном примере убирается первый и
последний символ строки до тех пор, пока не останется пустая строка.

Для большей гибкости при организации циклов применяются операторы break
(прервать) и continue (продолжить). Первый позволяет прервать цикл, а второй продолжить цикл, перейдя к следующей итерации (если, конечно, выполняется условие
цикла).

Следующий пример читает строки из файла и выводит те, у которых длина больше 5:

f = open("file.txt", "r")
while f:
  l = f.readline()
  if not l:
    break
  if len(l) > 5:
    print l
f.close()

В этом примере организован бесконечный цикл, который прерывается только при
получении из файла пустой строки ( l ), что обозначает конец файла.

В языке Python логическое значение несет каждый объект: нули, пустые строки и
последовательности, специальный объект None и логический литерал False имеют
значение “ложь”, а прочие объекты значение “истина”. Для обозначения истины
обычно используется 1 или True.

Примечание:

Литералы True и False для обозначения логических значений появились в Python 2.3.

8

Цикл for выполняет тело цикла для каждого элемента последовательности. В
следующем примере выводится таблица умножения:

for i in range(1, 10):
  for j in range(1, 10):
    print "%2i" % (i*j),
  print

Здесь циклы for являются вложенными. Функция range() порождает список целых
чисел из полуоткрытого интервала [1, 10). Перед каждой итерацией счетчик цикла
получает очередное значение из этого списка. Полуоткрытые диапазоны общеприняты
в Python. Считается, что их использование более удобно и вызывает меньше
программистских ошибок. Например, range(len(s)) порождает список индексов для
списка s (в Python-последовательности первый элемент имеет индекс 0 ). Для
красивого вывода таблицы умножения применена операция форматирования % (для
целых чисел тот же символ используется для обозначения операции взятия остатка от
деления). Строка форматирования (задается слева) строится почти как строка
форматирования для printf из C.

Функции

Программист может определять собственные функции двумя способами: с помощью
оператора def или прямо в выражении, посредством lambda. Второй способ (да и
вообще работа с функциями) будет рассмотрен подробнее в лекции по
функциональному программированию на Python, а здесь следует привести пример
определения и вызова функции:

def cena(rub, kop=0):
  return "%i руб. %i коп." % (rub, kop)

print cena(8, 50)
print cena(7)
print cena(rub=23, kop=70)

В этом примере определена функция двух аргументов (из которых второй имеет
значение по умолчанию - 0 ). Вариантов вызова этой функции с конкретными
параметрами также несколько. Стоит только заметить, что при вызове функции
сначала должны идти позиционные параметры, а затем, именованные. Аргументы со
значениями по умолчанию должны следовать после обычных аргументов. Оператор

return возвращает значение функции. Из функции можно возвратить только один
объект , но он может быть кортежем из нескольких объектов.

После оператора def имя cena оказывается связанным с функциональным объектом.

Исключения

9

В современных программах передача управления происходит не всегда так гладко, как
в описанных выше конструкциях. Для обработки особых ситуаций (таких как деление
на ноль или попытка чтения из несуществующего файла) применяется механизм
исключений. Лучше всего пояснить синтаксис оператора try-except следующим
примером:

try:
  res = int(open('a.txt').read()) / int(open('c.txt').read())
  print res
except IOError:
  print "Ошибка ввода-вывода"
except ZeroDivisionError:
  print "Деление на 0"
except KeyboardInterrupt:
  print "Прерывание с клавиатуры"
except:
  print "Ошибка"

В этом примере берутся числа из двух файлов и делятся одно на другое. В результате
этих нехитрых действий может возникнуть несколько исключительных ситуаций,
некоторые из них отмечены в частях except (здесь использованы стандартные
встроенные исключения Python). Последняя часть except в этом примере улавливает
все другие исключения, которые не были пойманы выше. Например, если хотя бы в
одном из файлов находится нечисловое значение, функция int() возбудит исключение

ValueError. Его-то и сможет отловить последняя часть except. Разумеется, выполнение
части try в случае возникновения ошибки уже не продолжается после выполнения
одной из частей except.

В отличие от других языков программирования, в Python исключения нередко служат
для упрощения алгоритмов. Записывая оператор try-except, программист может
думать так: “попробую, а если сорвется - выполнится код в except “. Особенно часто
это используется для выражений, в которых значение получается по ключу из
отображения:

try:
  value = dict[key]
except:
  value = default_value

Вместо

if dict.has_key(key):
  value = dict[key]
else:
  value = default_value

Примечание:

10