Инструментальное программное обеспечение

Е. И. Фоминых
Т. Е. Фоминых
ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ 
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
Допущено Министерством образования Республики Беларусь  
в качестве учебного пособия для учащихся учреждений образования, 
реализующих образовательные программы среднего специального образования 
 
по специальности «Программное обеспечение информационных технологий»
Минск
РИПО
2022

УДК 004.4'2(075.32)
ББК 32.973-018.2я723
Ф76
А в т о р ы:
преподаватель УО «Гомельский торгово-экономический 
колледж» Белкоопсоюза Е. И. Фоминых;
учитель ГУО «Специальная школа № 188 г. Минска» Т. Е. Фоминых.
Р е ц е н з е н т ы:
цикловая комиссия специальных дисциплин специальности 
«Программное обеспечение информационных технологий» 
УО «Могилевский государственный политехнический 
колледж» (Д. А. Денисовец);
доцент кафедры «Программное обеспечение  
информационных технологий» УО «Белорусский  
государственный университет информатики и радиоэлектроники»  
кандидат технических наук, доцент А. И. Парамонов.
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 
части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь.
Ф76
Фоминых, Е. И. 
Инструментальное программное обеспечение  : учеб. пособие / Е. И. Фоминых, Т. Е. Фоминых. – Минск : РИПО, 
2022. – 410 с. : ил.
ISBN 978-985-895-023-1.
В учебном пособии излагаются основы языка программирования 
В учебном пособии излагаются основы языка программирования 
Python, рассматриваются вопросы технологии объектно ориентированPython, рассматриваются вопросы технологии объектно ориентированного программирования, работы с изображениями и сетью Интернет, 
ного программирования, работы с изображениями и сетью Интернет, 
библиотеками Wand, NumPy и Pandas.
библиотеками Wand, NumPy и Pandas.
Предназначается учащимся учреждений среднего специального образования по специальности «Программное обеспечение информационных 
по специальности «Программное обеспечение информационных 
технологий».
технологий».
УДК 004.4'2(075.32)
ББК 32.973-018.2я723
ISBN 978-985-895-023-1  
 
 
		
 
© Фоминых Е. И., Фоминых Т. Е., 2022
	
	
	
              
© Оформление. Республиканский институт
	
	
	
	
  
  
 
  
профессионального образования, 2022

ВВЕДЕНИЕ
Разнообразие языков программирования позволяет выбрать 
наиболее подходящий и удобный из них для выполнения конкретной задачи.
Все кросс-платформенные языки программирования построены по единой модели: 
• исходный код – переносимый между платформами;
• среда исполнения (англ. execution environment), или время 
выполнения (англ. runtime environment), – переносимая и специфичная для каждой конкретной платформы.
Например, в среду исполнения языка Java дополнительно 
входит компилятор, так как исходный код необходимо скомпилировать в байт-код для виртуальной Java-машины. В среду исполнения языка Python входит только интерпретатор, который 
одновременно является и компилятором, однако компилирует 
исходный код языка Python непосредственно в машинный код 
целевой платформы.
Выполнение Python-программы интерпретатором 
Выполнение Python-программы интерпретатором 
Python – современный универсальный интерпретируемый 
язык программирования. Разработчик языка Python – голландский программист Г. ван Россум.
При написании программы на языке Python интерпретатор 
читает программу и выполняет содержащиеся в ней инструкции. 
Транслятор (англ. translator – переводчик) – программа-переводчик, преобразующая программу, написанную на одном из языков 
высокого уровня, в программу, состоящую из машинных команд.
Компилятор (англ. compiler – составитель, собиратель) читает 
всю программу целиком, делает ее перевод и создает законченный вариант программы на машинном коде, который затем и 
выполняется. 
Компилятор обеспечивает преобразование программы с одного языка на другой. Команды исходного языка больше раз3

Введение
личаются по организации и мощности, чем команды машинного 
языка. В некоторых из них одна команда исходного языка транслируется в 7–10 машинных команд. Существуют команды исходного языка, в которых каждой команде может соответствовать 
более 100 машинных команд. 
В исходных языках довольно часто используют строгую типизацию данных, осуществляемую через их предварительное 
описание. Программирование на таких языках может опираться 
не только на кодирование алгоритма, но и на тщательное обдумывание структур данных или классов. Весь процесс трансляции 
с таких языков программирования обычно называют компиляцией, а исходные языки относят к языкам высокого уровня. 
Интерпретатор (англ. interpreter – толкователь, устный переводчик) – программа, которая постоянно находится в памяти, 
последовательно в ходе работы программы переводит команды 
языка высокого уровня в машинные коды, строка за строкой анализирует, обрабатывает и выполняет исходный код программы. 
В отличие от компилятора, интерпретатор не порождает на 
выходе программу на машинном языке. Распознав команду исходного языка, он тут же выполняет ее. Как в компиляторах, 
так и в интерпретаторах используют одинаковые методы анализа исходного текста программы. Однако интерпретатор позволяет начать обработку данных после написания даже одной 
команды. Это делает процесс разработки и отладки программ 
более гибким. Кроме того, отсутствие выходного машинного 
кода позволяет не «захламлять» внешние устройства дополнительными файлами, а сам интерпретатор можно достаточно легко адаптировать к любым машинным архитектурам, разработав 
его только один раз на широко распространенном языке программирования. 
Недостатком интерпретаторов является низкая скорость выполнения программ. Обычно интерпретируемые программы выполняются в 50–100 раз медленнее программ, написанных в машинных кодах.
Выполнение программы интерпретатором на языке Python 
осуществляется в несколько этапов.
Этап 1. Инициализация.
После запуска программы Python-интерпретатор читает 
код, проверяет форматирование и синтаксис. При обнаружении 
4

Введение
ошибки он незамедлительно останавливается и показывает сообщение об ошибке. 
Помимо этого, происходит ряд подготовительных процессов:
• анализ аргументов командной строки;
• установка флагов программы;
• чтение переменных среды и т. д.
Этап 2. Компиляция.
Интерпретатор транслирует (переводит) исходные инструкции программы в байт-код (низкоуровневое, платформонезависимое представление исходного текста). Такая трансляция необходима в первую очередь для повышения скорости (байт-код 
выполняется быстрее, чем исходные инструкции).
Если Python-интерпретатор обладает правом записи, то он 
будет сохранять байт-код в виде файла с расширением .pyc. 
Если исходный текст программы не изменился с момента последней компиляции, то при следующем запуске программы Python 
сразу загрузит файл .pyc, минуя этап компиляции (тем самым 
ускорит процесс запуска программы).
Этап 3. Выполнение.
Как только байт-код скомпилирован, он отправляется на виртуальный компьютер (англ. Python Virtual Machine, PVM) – выполняется байт-код на PVM. Если во время этого выполнения возникает 
ошибка, то выполнение останавливается с сообщением об ошибке.
PVM является частью Python-интерпретатора. По сути, это 
просто большой цикл, который выполняет перебор инструкций 
в байт-коде и соответствующие им операции.
Разработка программы на языке Python
Разработка программы на языке Python
Для начала работы на языке Python надо установить Pythonинтерпретатор (скачать с сайта Python Software Foundation – 
www.python.org). 
После установки можно создать первую программу. 
Существует два способа запуска программ на языке Python. 
Способ 1. Использование интерактивного режима интерпретатора (англ. Read Eval Print Loop, REPL) – это самый простой 
способ написания программы на языке Python. 
Следует запустить интерпретатор и начать вводить команды, 
которые будут сразу же исполнены в главном цикле:
• Read – чтение введенной команды;
5

Введение
• Evaluate and execute – оценка (немедленная трансляция команды в нативную систему команд центрального процессора вычислительной системы, интерпретация) и выполнение 
команды;
• Print – вывод результата в консоль;
• Loop – возврат к началу и повторение процесса.
Сеанс продолжается до тех пор, пока не последует команда 
переводчику прекратить работу. 
Для загрузки интерактивного режима необходимо выполнить следующие действия:
• открыть командную строку (cmd) в Windows;
• ввести python, тем самым вызвав интерпретатор, и нажать клавишу Enter.
Появление символов >>> означает успешный переход в командную строку интерпретатора Python:
После этого можно вводить команды в командную строку 
интерпретатора. 
Python выдает результат работы строки немедленно!
Пример. Создание списка и вывод его содержимого в консоль с помощью функции print():
6

Введение
Работа в интерактивном режиме подходит для быстрой проверки гипотез или изучения возможностей, понимания функциональности. Однако для написания полноценной программы 
лучше воспользоваться способом 2.
Способ 2. Использование файла с текстом программы.
Прежде чем приступить к написанию программы на языке 
Python в файле, нужен редактор для работы с файлом программы. При этом одним из основных требований является подсветка 
синтаксиса, когда разные элементы программы раскрашены таким образом, чтобы можно было легко видеть программу и ход 
ее выполнения. 
Для запуска на исполнение файла с программным кодом на 
языке Python необходимо выполнить следующие действия: 
• создать файл с расширением *
.py;
• в качестве содержимого созданного файла написать код 
программы;
• из консоли вызвать интерпретатор python и в качестве параметра указать путь к файлу с программой: python 
<program _ fi
 
le>;
• нажать клавишу Enter и убедиться в том, что программа 
работает.
Пример. Создание списка и вывод его содержимого в режиме запуска программы из файла. 
При создании файла my _ program.py код программы будет 
состоять из двух строк (как и в способе 1, создать список и вывести его содержимое):
Интегрированная среда разработки 
Интегрированная среда разработки 
Интегрированная среда разработки (англ. Integrated Development 
Environment, IDE) – комплекс программных средств, который используется программистом для написания программного обеспечения. 
7

Введение
IDE включает: 
•
• текстовый редактор;
•
• транслятор (интерпретатор или компилятор);
•
• средства автоматической сборки;
•
• отладчик.
Многие современные IDE включают также следующие 
функции:
•
• сохранение и перезагрузка файлов с кодом (IDE или редактор не должны позволять сохранять свою работу и открывать ее в 
том же состоянии, в котором она находилась ранее);
•
• запуск кода из среды (если нужно выйти из редактора для 
запуска кода языка Python, то это простой текстовый редактор);
•
• поддержка отладки (возможность трассировки кода во время его работы – основная особенность всех IDE и большинства 
хороших редакторов кода);
•
• подсветка синтаксиса (возможность быстро находить ключевые слова, переменные и символы в коде значительно облегчает его чтение и понимание);
•
• автоматическое форматирование кода. 
Любой редактор или интегрированная среда разработки распознают двоеточие в конце оператора while или for и знают, 
что следующая строка должна иметь отступ.
По сути, IDE обозначает то, что у программиста будет все, 
что нужно для разработки программного обеспечения. 
Большинство установок в языке Python содержат простейшую IDE с именем IDLE – названием интегрированной среды 
разработки и обучения.
Процедура запуска IDLE в Windows происходит следующим 
образом.
Сначала следует перейти в меню Пуск и выбрать список Все 
программы или Все приложения. Должен появиться ярлык программы IDLE (Python 3.* 32/64-bit). В версиях Windows 7, 8 и 10 могут быть незначительные различия: ярлык IDLE может находиться 
в папке группы программ с именем Python 3.x. Ярлык программы 
IDLE также можно найти, используя средство поиска Windows в 
меню Пуск, введя IDLE и нажав на иконку для ее запуска.
Существуют сайты, которые предоставляют возможность интерактивного доступа к интерпретатору языка Python через сеть 
Интернет без локальной установки.
8

Введение
Python Software Foundation (PSF) – некоммерческая организация, занимающаяся языком программирования Python, предоставляет на своем сайте (https://www.python.org) интерактивную 
оболочку: 
При нажатии желтой кнопки > _ на главной странице откроется страница онлайн-сессии REPL: 
Можно также сразу же перейти к онлайн-сессии REPL по 
адресу: https://www.python.org/shell.
Символы >>> показывают, что открыт интерпретатор Python.
Для подбора подходящей IDE нужно учитывать простоту 
разработки платформы (операционные системы)  для работы и стоимость.
 
Рассмотрим четыре лучших, по нашему мнению, IDE на платформе Windows (см. таблицу).
IDE
Официальный сайт
Лицензия
Atom
https://www.atom.io
Бесплатная
9

Введение
Окончание таблицы
IDE
Официальный сайт
Лицензия
Microsoft, 
Visual,
Studio
https://www.visualstudio.com
Условно бесплатная
Eclipse
https://www.eclipse.org/ide
Бесплатная
PyCharm
https://www.jetbrains.com/pycharm
Бесплатная для 
языка Python
Примечание. Следует отметить, что IDE PyCharm предназначена 
именно для языка Python, напрямую поддерживает разработку на языке Python (открывают новый файл и пишут код), позволяет напрямую 
запускать и отлаживать код. Разработчики характеризуют данный продукт как «самую интеллектуальную Python IDE с полным набором 
средств для эффективной разработки на языке Python».
Основные правила написания кода на языке Python 
Основные правила написания кода на языке Python 
В языке Python нет символа, который бы использовался для отделения выражений друг от друга в исходном коде, как, например, 
точка с запятой (;) в программах C++ или Java. Отсутствует также такая конструкция, как фигурные скобки {}, позволяющая объединить 
группу инструкций в единый блок. Физические строки разделяют 
самим символом конца строки. Однако если выражение слишком 
длинное для одной строки, то две физических строки можно объединить в одну логическую. Для этого необходимо в конце первой 
строки ввести символ обратного слеша (\), тогда следующую строку 
интерпретатор будет трактовать как продолжение первой.
Для выделения блоков кода используют исключительно отступы. Логические строки с одинаковым размером отступа формируют блок. Заканчивается блок в том случае, когда появляется 
логическая строка с отступом меньшего размера:
Поэтому первая строка в сценарии Python не должна иметь 
отступа.
В языке Python придерживаются правила off-side (термин 
введен британским ученым П. Дж. Ландином). В языках, кото10