Python 基础¶

Python 是一种非常流行的编程语言，因其简单易学、功能强大而被广泛使用。以下是一个详细的 Python 教程，涵盖了基础语法、数据类型、控制结构、函数、类与对象、模块与包、文件操作等内容。

1. Python 简介¶

Python 是一种解释型、面向对象、动态数据类型的高级编程语言。它具有丰富的标准库，广泛应用于 Web 开发、数据分析、人工智能、科学计算、自动化脚本等领域。

2. 安装 Python¶

你可以从 Python 官方网站下载最新版本的 Python。安装完成后，你可以通过命令行输入 python 或 python3 来启动 Python 解释器。

3. Python 基础语法¶

3.1 注释¶

Python 使用 # 来表示单行注释，多行注释可以使用三引号 ''' 或 """。

# 这是一个单行注释

"""
这是一个
多行注释
"""

3.2 变量¶

Python 变量是动态类型的，可以随时改变其值和类型。变量不需要声明类型，直接赋值即可。

x = 10        # 整数
y = 3.14      # 浮点数
name = "Alice" # 字符串
is_active = True  # 布尔值

3.3 数据类型¶

Python 常见的数据类型包括：整数 (int)、浮点数 (float)、字符串 (str)、布尔值 (bool)、列表 (list)、元组 (tuple)、字典 (dict)、集合 (set) 等。

# 整数和浮点数
a = 5
b = 2.5

# 字符串
s = "Hello, Python"

# 列表
lst = [1, 2, 3, "a", "b", "c"]

# 元组
tup = (1, 2, 3, "a", "b", "c")

# 字典
d = {"name": "Alice", "age": 25}

# 集合
st = {1, 2, 3, 4, 5}

4. 控制结构¶

4.1 条件语句¶

Python 使用 if、elif 和 else 进行条件判断。

x = 10

if x > 0:
    print("x 是正数")
elif x == 0:
    print("x 是零")
else:
    print("x 是负数")

4.2 循环¶

Python 提供 while 和 for 两种循环结构。

while 循环：

i = 0
while i < 5:
    print(i)
    i += 1

for 循环：

for i in range(5):
    print(i)

4.3 循环控制¶

你可以使用 break 来提前退出循环，使用 continue 来跳过本次循环。

for i in range(10):
    if i == 5:
        break  # 提前退出循环
    if i % 2 == 0:
        continue  # 跳过本次循环
    print(i)

5. 函数¶

函数是代码重用的重要工具。Python 使用 def 关键字定义函数。

def greet(name):
    return f"Hello, {name}!"

# 调用函数
print(greet("Alice"))

函数可以有默认参数，也可以传递任意数量的参数。

def add(a, b=10):
    return a + b

print(add(5))        # 输出 15
print(add(5, 20))    # 输出 25

5.1 匿名函数¶

Python 还支持使用 lambda 定义匿名函数。

square = lambda x: x * x
print(square(5))  # 输出 25

6. 类与对象¶

Python 是一门面向对象编程语言，可以使用 class 关键字定义类。

class Dog:
    def __init__(self, name, age):
        self.name = name
        self.age = age

    def bark(self):
        return f"{self.name} is barking!"

# 创建对象
my_dog = Dog("Buddy", 3)
print(my_dog.bark())  # 输出 Buddy is barking!

6.1 继承¶

Python 支持类的继承，子类可以继承父类的属性和方法，并可以重写方法。

class Animal:
    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def speak(self):
        return "Animal sound"

class Cat(Animal):
    def speak(self):
        return "Meow"

my_cat = Cat("Whiskers")
print(my_cat.speak())  # 输出 Meow

7. 模块与包¶

7.1 模块¶

Python 文件（.py）就是一个模块，可以导入使用。

# example.py
def hello():
    return "Hello from module!"

# main.py
import example
print(example.hello())  # 输出 Hello from module!

7.2 包¶

包是包含模块的文件夹，通常包含一个 __init__.py 文件，用于初始化包。

# mypackage/__init__.py
# 包初始化代码

# 使用包中的模块
import mypackage.module

8. 文件操作¶

Python 提供了一套简单的文件操作接口，可以进行文件读写操作。

# 写入文件
with open("example.txt", "w") as f:
    f.write("Hello, Python!")

# 读取文件
with open("example.txt", "r") as f:
    content = f.read()
    print(content)  # 输出 Hello, Python!

9. 异常处理¶

Python 使用 try、except 处理异常。

try:
    x = 10 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print("除以零错误:", e)
finally:
    print("这是 finally 语句块，无论是否出现异常都会执行")

10. Python 标准库¶

Python 标准库提供了大量的模块，涵盖文件操作、正则表达式、系统调用、网络编程、进程和线程管理等多种功能。例如：

os 模块：处理文件和目录
sys 模块：访问系统特定参数和功能
math 模块：提供数学运算函数
datetime 模块：处理日期和时间
re 模块：处理正则表达式

import os

# 获取当前工作目录
print(os.getcwd())

import math

# 计算平方根
print(math.sqrt(16))

11. 虚拟环境¶

Python 的虚拟环境是一个独立的 Python 运行环境，可以为不同的项目隔离不同的包依赖。使用 venv 模块可以创建虚拟环境。

python -m venv myenv

激活虚拟环境（Windows）：

myenv\Scripts\activate

激活虚拟环境（Linux/MacOS）：

source myenv/bin/activate

在虚拟环境中，你可以安装包，并且不会影响全局 Python 环境：

pip install requests

12. 面向对象编程进阶¶

除了基础的面向对象编程（OOP），Python 还支持更高级的 OOP 特性，如装饰器、元类、抽象类、多重继承、类方法、静态方法等。

class MyClass:
    @staticmethod
    def static_method():
        print("This is a static method")

    @classmethod
    def class_method(cls):
        print("This is a class method")

# 调用静态方法和类方法
MyClass.static_method()
MyClass.class_method()

13. Python 进阶¶

Python 还支持许多进阶特性，例如生成器、迭代器、装饰器、上下文管理器等。

# 生成器
def my_generator():
    yield 1
    yield 2
    yield 3

gen = my_generator()
print(next(gen))  # 输出 1
print(next(gen))  # 输出 2
print(next(gen))  # 输出 3

14. 常用的第三方库¶

Python 生态系统中有大量第三方库，极大地扩展了 Python 的功能。例如：

NumPy：用于科学计算的库
Pandas：数据分析和处理的库
Matplotlib：数据可视化库
Flask/Django：Web 开发框架
FastAPI: 异步Web开发框架
Requests：HTTP 库，简化了网络请求
Celery: 分布式任务队列

BeautifulSoup**：HTML/XML 解析库

import requests

response = requests.get("https://www.python.org")
print(response.status_code)

15. 项目管理与部署¶

在完成 Python 项目后，你可以使用 pip 管理依赖，使用 setup.py 定义包，使用 PyPI 发布包，使用 Docker 或者 Heroku 进行部署。

pip freeze > requirements.txt  # 导出依赖

16. 学习资源¶

官方网站: Python.org
文档: Python 官方文档
教程: 菜鸟教程 Python 教程
书籍: 《Python 编程：从入门到实践》、《流畅的 Python》

学习 Python 是一个持续的过程，建议通过做项目、阅读源码、参与开源社区来不断提升你的 Python 技能。