Python 3学习笔记（上卷）.pdf

CMYCMMYCYCMYK33274-“.pdf 1 2017/12/19 下午3:55 内 容 简 介 经过 9 年的发展，Python 3 生态已相当成熟。无论是语言进化、解释器性能提升，还是第三方支持，都是如此。随着 Python 2.7 EOF 日趋临近，迁移到 Python 3 的各种障碍也被逐一剔除。是时候在新环境下学习或工作了。人们常说 Python 简单易学，但这是以封装和隐藏复杂体系为代价的。仅阅读语言规范很难深入，亦无从发挥其应有能力，易学难精才是常态。本书尝试通过分析解释器的工作机制来解析 Python 3.6 语言理论，以期帮助读者加深理解。本书着重于剖析语言的相关背景和实现方式，适合有一定 Python 编程基础的读者阅读、参考。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 Python 3 学习笔记.上卷/雨痕著.北京：电子工业出版社，2018.1 ISBN 978-7-121-33274-6.P.雨.软件工具程序设计.TP311.561 中国版本图书馆 CIP 数据核字(2017)第 308906 号 策划编辑：许 艳 责任编辑：李云静 印 刷：北京市京科印刷有限公司 装 订：北京市京科印刷有限公司 出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编：100036 开 本：787980 1/16 印张：26.75 字数：500 千字 版 次：2018 年 1 月第 1 版 印 次：2018 年 1 月第 1 次印刷 定 价：89.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：010-51260888-819，。前言 III 前言 写作本书时，我已然摆脱“萌新”身份，算是稍有经验的作者。可即便如此，我依然无法保证本书的内容完全正确，且满足所有人的胃口。显然，这不可能做到。在我看来，图书大抵分两类：学习和研究。学习类书籍满足日常学习和提升需要，用简练的语言把问题说清楚。最关键的是有清晰的线索，把散乱的知识串联起来，学习者可据此了解前因后果。至于研究类图书或论文，则应摆脱基础，摆脱语法，重点关注算法、架构、性能，乃至内部实现。所有这些，均以思想为支撑，超脱语言窠臼，构建并完善体系。不同于写散文或小说，技术类图书的文字不好组织。自然语言易阅读，但不便描述有复杂流程分支的逻辑，易导致歧义。更何况，这其中还有各种转译带来的麻烦。故技术类图书应以自然语言开宗明义，阐述理论与规则，随后用代码对这段文字进行解释，毕竟代码先天有描述逻辑的优势。很多书，尤其是英文版的图书，习惯于用大量篇幅对代码示例做各种讲解。我感觉这有些啰唆，想必很少有人去读第二遍，大家最多也就是用记号笔画出重点而已。既然如此，我们为何不信读者能阅读并理解这些代码呢？这本来就是程序员吃饭的本钱，最多在关键位置辅以注释便可。当然，阅读前提怕是要设定为非入门读者。好在我一再强调自己写的是第二本书，或曰“闲书”。Python 3 学习笔记（上卷）IV 在本书中，对于理论层面，我会尝试说得明白些。当然，书中还会引入一些类比，这些类比或许不是非常合适，但却可以加深读者对相关问题的理解，毕竟不是所有人都能明白那些云里雾里的抽象理念。一如上面所言，文字与代码相辅相成，我们应静下心来用代码去验证文字背后的含义。在我眼里，代码也是一种自然语言，缩排跳转仿若图形，本就是最好的笔记注释。起码它离机器语言上有些距离，是为了便于人类阅读而发明的。无论我说得多悦耳动听，这终归只是一本学习笔记，算不上专业，仅适合读者闲暇时翻阅一二。关于本书 全套书分为上下两卷。上卷以语言为主，基本涵盖语言相关内容，包括语法、测试、调试，乃至解释器等层面的基本知识。下卷计划以标准库、优秀扩展库、并发编程，以及架构设计展开，算是对上卷“闲书”稍加修正。书中示例运行环境：macOS 10.12，CPython 3.6，IPython 6.2 鉴于不同运行环境的差异性，示例输出结果（尤其是 id、内存地址等信息）会有所不同。另外，为阅读方便，本书对输出结果做了裁剪处理，请以实际运行结果为准。读者定位 本书着重于剖析语言的相关背景和实现方式，适合有一定 Python 编程基础的读者（比如准备从 Python 2.7 升级到 Python 3.6 环境的读者）阅读。至于初学者，建议寻找从零开始、循序渐进地介绍如何编写代码的其他图书为佳。前言 V 联系方式 鄙人能力有限，书中难免存在错漏之处。读者如在阅读过程中发现任何问题，请与我联系，以便更正。谢谢！邮件： 微博： 雨 痕 二一七年，仲秋 Python 3 学习笔记（上卷）VI 读者服务 轻松注册成为博文视点社区用户（），扫码直达本书页面。提交勘误：您对书中内容的修改意见可在 提交勘误 处提交，若被采纳，将获赠博文视点社区积分（在您购买电子书时，积分可用来抵扣相应金额）。交流互动：在页面下方 读者评论 处留下您的疑问或观点，与我们和其他读者一同学习交流。页面入口：http:/ 上卷 语言详解 VII 上卷 语言详解 基于 Python 3.6 Python 3 学习笔记（上卷）VIII 目录 IX 目录 第 1 章 概述.1 第 2 章 类型.5 2.1 基本环境.5 2.1.1 印象.5 2.1.2 名字.9 2.1.3 内存.16 2.1.4 编译.26 2.1.5 执行.30 2.2 内置类型.34 2.2.1 整数.35 2.2.2 浮点数.44 2.2.3 字符串.50 2.2.4 字节数组.61 2.2.5 列表.65 2.2.6 字典.76 2.2.7 集合.85 Python 3 学习笔记（上卷）X 第 3 章 表达式.91 3.1 词法.91 3.1.1 源文件.92 3.1.2 代码.95 3.2 赋值.100 3.2.1 增量赋值.101 3.2.2 序列解包.102 3.2.3 作用域.107 3.3 运算符.110 3.3.1 链式比较.113 3.3.2 切片.114 3.3.3 逻辑运算.117 3.4 控制流.121 3.4.1 选择.121 3.4.2 循环.123 3.5 推导式.128 第 4 章 函数.133 4.1 定义.133 4.2 参数.141 4.3 返回值.149 4.4 作用域.151 4.5 闭包.157 4.6 调用.165 第 5 章 迭代器.174 5.1 迭代器概述.174 目录 XI 5.2 生成器.179 5.3 模式.186 5.4 函数式编程.190 第 6 章 模块.195 6.1 定义.195 6.2 导入.199 6.2.1 搜索.200 6.2.2 编译.202 6.2.3 引用.204 6.3 包.213 6.3.1 初始化.214 6.3.2 相对导入.218 6.3.3 拆分.221 第 7 章 类.223 7.1 定义.223 7.2 字段.230 7.3 属性.235 7.4 方法.238 7.5 继承.243 7.5.1 统一类型.244 7.5.2 初始化.246 7.5.3 覆盖.247 7.5.4 多继承.248 7.5.5 抽象类.254 7.6 开放类.256 Python 3 学习笔记（上卷）XII 7.7 运算符重载.263 第 8 章 异常.269 8.1 异常概述.269 8.2 断言.284 8.3 上下文.288 第 9 章 元编程.294 9.1 装饰器.294 9.1.1 实现.295 9.1.2 应用.301 9.2 描述符.304 9.3 元类.308 9.3.1 自定义.309 9.3.2 应用.314 9.4 注解.315 第 10 章 进阶.318 10.1 解释器.318 10.1.1 字节码.318 10.1.2 全局锁.321 10.1.3 执行过程.326 10.1.4 内存分配.334 10.1.5 垃圾回收.343 10.2 扩展.349 10.2.1 ctypes.349 10.2.2 Cython.356 目录 XIII 第 11 章 测试.364 11.1 单元测试.364 11.1.1 unittest.365 11.1.2 unittest.mock.374 11.1.3 coverage.383 11.2 性能测试.383 11.2.1 timeit.383 11.2.2 profile.385 11.2.3 line profiler.388 11.2.4 memory profiler.390 11.2.5 pympler.391 第 12 章 工具.396 12.1 调试器.396 12.2 包管理.410 Python 3 学习笔记（上卷）XIV 第 1 章 概述 1 第 1 章 概述 Python 是一门相当有趣的编程语言。其始于 1989 年末，约莫而立之年，比许多程序员的年龄还要大。在这段漫长的时光里，它见证了 C+的兴盛和群雄大战，看到了 Java 的异军突起和如日中天，更有同类Ruby 凭借 RoR 领一时风骚，还有习惯丢三落四却每每笑到最后的 VC 被同族怼得灰头土脸。在这期间还发生过什么？面向对象、设计模式、多层架构、面向服务等数不清的概念和名词。以程序界的划代标准，这已然是一个早该供在 WiKi 里的老古董，偶尔被某个年纪大的前辈拉出来讲古。然而，历经世事变幻，一朵朵“白莲花”最终都免不了闹个“腹黑”收场。就连当年那些无敌论的吹鼓手，如今都成了大肆指摘的异见人士。且不管风云如何，Python 活得很好，依旧占据排行榜前列，可见其不全然是一部遗存的程序设计编年史。Python 不仅能当“胶水”写工具脚本，还借着大数据、深度学习、机器学习和人工智能的风潮，一跃成为当红之选。当然，事物总有两面性。一方面，我们能从雨后春笋般出现的新技术支持名单里找到它的身影；而另一面，身边似乎并无多少人去使用或关注它。它被推荐给孩子作为编程入门语言，也被专业人士用于特定场合，可恰恰在靠编程吃饭的程序员主战场上位置尴尬。其虽然有浩如烟海的第三方支持，但说起来似乎只有系统维护和网站应用。所有这些，让我们对这门语言既熟悉又陌生。Python 3 学习笔记（上卷）2 喜欢它的各有因由，批评的则火力集中。在各大社区里，不乏有人对其性能、语法，乃至千年话题全局锁大加指责，以烘托某种语言才是更好的选择。这源自部分开发人员，尤其是新人追求大而全的心理，缺乏理性定位。历史上，还从没有一种语言能包办所有应用，更不曾讨好过所有人。作为应用语言，脑门还刻着简单和优雅字号，自然要支持各时期的主流编程范式，竭力涵盖各类应用范畴，还需大费周章将复杂封装并隐藏起来，以期换取惯常喜新厌旧的程序员垂青。所以，从中你能看到命令式、函数式、面向对象、面向切面等程序设计方式。这造就了其广泛的支持，也带来易学难精的后果。历史包袱出现在所有步入中年的技术身上，其中有操作系统，有浏览器，自然也有编程语言。呼吁某某减肥和变革的声音不绝于耳，而后是新生代迈着轻盈的步伐后来居上。可换个角度看，正因为与时俱进和兼容并蓄，方能存活至今。那些特立独行的，反倒未必笑到最后。君不见，方兴未艾的各路 NoSQL 不但因功能单一而横遭嫌弃，还遭看似老朽的“革命对象”RDBMS 反戈一击。要么纯粹享受寂寞，要么广博得汇溪成海。以“色”娱人，能讨巧于一时，终难长久。人们总有个错觉，似乎新技术是凭空出现，是年轻人的主场。但实际上，其依托早已存世，或埋于地下，或束之高阁，且待时机。Python 的简单和周全，降低了非专业人士的使用门槛，毕竟他们的精力不会放在语言身上。此时，广泛支持就成为优点，即便不了解面向对象，也可用面向过程写点什么。更何况，那令人咋舌的生态系统里，总能找到你需要却又无法实现的东西。相当有趣的是，很有