Python语言程序设计

Foreword

Python是一种既支持面向过程又支持面向对象编程的解释型高级语言,已经被广泛应用于Web开发、网络编程、科学运算、GUI图形开发、运维自动化、机器人编程等众多领域。与其他语言相比,Python语言由于语法简洁、可移植、跨平台、可重用、有丰富的类库、上手容易等特点而获得了广大软件开发人员的青睐。Python语言已成为当前*热门的四大语言之一,许多大型的IT软件公司都在用Python语言进行项目开发,众多的软件公司把Python语言作为项目开发的*语言。对于编程的初学者或初级程序员,学会用Python语言编程已成为进入软件行业的敲门砖与捷径。

本书专为Python初学者或初级程序员编写,旨在使读者学会并掌握Python相关的编程思想、知识与技能,学完本书后,初学者或初级程序员可成为一个真正的Python程序员。

本书从初学编程语言读者的角度,循序渐进地讲解Python的编程知识,帮助读者认识Python,掌握Python,能使用Python语言,*限度地向读者展示Python语言的特色,也能让读者真正领略到Python语言程序设计独特的魅力与风采。

本书内容选择是以使读者成为真正的Python程序员为目的,以知识应用为准则,通过与软件行业一些正在使用Python语言编程的资深工程师广泛讨论,认真研究而确定。本书内容共计11章。

第1章主要带领读者认识Python,内容主要包括Python简介、Python环境搭建以及Python IDE的安装与使用等。通过学习本章,读者可对Python有一个初步认识,能了解Python的发展历程、Python语言的特点以及Python的主要应用,完成Python开发环境的搭建,学会Python环境变量的配置,了解Python程序的执行方式,为后续学习程序设计做好充分的准备。

第2章主要带领读者学习Python语言基础知识,内容主要包括标准输入输出方法、变量与常量、运算符、程序流程控制、Python的注释、逻辑行与缩进等。这些知识是Python程序设计的知识。“磨刀不误砍柴工”,学会正确的语法、句法与程序结构能帮助读者快速写出可读性好的程序。
第3章主要带领读者学习Python语言的基本数据类型,内容主要包括数值数据、字符串、列表、元组、字典、集合多种数据类型。通过学习本章,读者可掌握各种数据类型的特点,能在项目开发过程中正确选择数据类型。

本书以Python 3.7为基础编写。全书共计11章,主要内容包括初识Python、Python语言基础知识、Python语言的基本数据类型、文件操作、函数、模块、面向对象编程、线程与多线程编程,网络编程与数据库编程、异常及异常处理、GUI编程。通过学习本书,能领悟Python的思想。本书知识体系完整,编写思路清晰，语言简练，文字通俗易懂，讲解透彻，案例贴近应用，融入了许多一线软件工程师的编程思想,每个章节都精心植入了恰当的案例,向读者展示知识的应用。 本书提供PPT课件以及书中例题的源代码,所有代码都在Python 3.7环境中通过了调试。本书可以用作应用型本科与高职高专学生的教材,也可作为编程爱好者与初级程序员学习Python编程的参考用书。

陈振: 湖南涉外经济学院教授，湖南信息学院教授。长期担任程序设计等相关本科基础课程的教学工作。曾主编《Access数据库技术与应用》、《大学计算机基础》、《计算机组装与维护》等教材

Contents

第1章初识Python1

1.1Python简介1

1.1.1Python的发展历程1

1.1.2Python语言的特点2

1.1.3Python语言的应用3

1.2Python环境搭建3

1.2.1版本选择3

1.2.2Python的安装4

1.2.3Python环境变量的配置6

1.2.4Python程序的执行方式7

1.3Python IDE的安装与使用8

1.3.1PyCharm的安装8

1.3.2PyCharm的使用9

1.4小结13

1.5练习题13

第2章Python语言基础知识14

2.1标准输入输出方法14

2.1.1标准输入14

2.1.2标准输出方法15

2.2变量与常量16

2.2.1变量16

2.2.2常量18

2.3运算符19

2.3.1算术运算符与赋值运算符19

2.3.2关系运算符与逻辑运算符20

2.3.3位运算符21

2.3.4成员运算符与身份运算符22

2.3.5运算符优先级22

2.4程序流程控制23

2.4.1选择结构23

2.4.2循环结构25

2.5Python的注释、逻辑行与缩进29

2.5.1注释29

2.5.2逻辑行30

2.5.3缩进31

2.6小结31

2.7练习题32

◆Python语言程序设计

第3章Python的基本数据类型34

3.1数值数据34

3.1.1Python 3支持的数值数据类型35

3.1.2Python 3中与数值相关函数35

3.1.3Python 3中数值函数的应用38

3.2字符串39

3.2.1访问字符串中的字符与更新字符串39

3.2.2转义字符40

3.2.3字符串特殊运算符40

3.2.4字符串格式化运算符41

3.2.5字符串的内置方法42

3.3列表47

3.3.1列表的创建与列表值的访问47

3.3.2修改或删除列表元素48

3.3.3列表脚本操作符与列表截取49

3.3.4列表函数与方法50

3.3.5列表生成式51

3.4元组52

3.4.1元组的创建与基本操作52

3.4.2元组与列表的应用53

3.5字典55

3.5.1字典的定义方法55

3.5.2访问字典中的值与修改字典56

3.5.3字典函数与方法56

3.5.4字典应用举例57

3.6集合59

3.6.1创建可变集合59

3.6.2访问集合的方法60

3.6.3集合运算61

3.7深浅拷贝63

3.7.1深拷贝64

3.7.2浅拷贝64

3.7.3浅拷贝应用示例65

3.8综合应用案例66

3.9小结70

3.10练习题71

4.1文件操作73

4.1.1文件的打开操作73

4.1.2文件的读写操作74

4.1.3文件操作相关方法与with语句77

4.2.3os.path模块83

4.2.4遍历文件夹综合案例85

4.3小结86

4.4练习题86

第5章函数87

5.1函数的创建87

5.1.1函数的定义87

5.1.2函数调用88

5.1.3函数返回语句89

5.2函数参数90

5.2.1参数分类90

5.2.2参数传替95

5.3函数的作用域97

5.3.1作用域分类97

5.3.2作用域产生与变量的修改98

5.3.3global与nonlocal关键字99

5.4高阶函数、递归函数与匿名函数100

5.4.1高阶函数100

5.4.2递归函数101

5.4.3匿名函数102

5.5装饰器104

5.5.1闭包104

5.5.2装饰器106

5.6生成器与迭代器109

5.6.1生成器109

5.6.2迭代器117

5.6.3可迭代对象与迭代器判断118

5.7小结119

5.8练习题120

第6章模块122

6.1模块的基础知识122

6.1.1模块的概念122

6.1.2模块的导入123

6.2标准库模块124

6.2.1time和datetime模块124

6.2.2random模块127

6.2.3sys模块128

6.2.4hashlib模块130

6.2.5configparser模块132

6.2.6re模块136

6.2.7json和pickle模块141

6.2.8shelve模块143

6.3自定义模块与第三方模块144

6.3.1创建自定义模块144

6.3.2导入自定义模块145

6.3.3使用第三方模块147

6.4应用案例147

6.4.1功能定义与程序流程147

6.4.3功能模块实现149

6.5小结163

6.6练习题164

第7章面向对象编程166

7.1面向对象编程的基础知识166

7.1.1类与对象166

7.1.2面向对象的特征167

7.2创建类168

7.2.1类的定义与实例化168

7.2.2构造函数170

7.2.3析构函数172

7.2.4垃圾回收机制172

7.3面向对象的三大特征172

7.3.1封装172

7.3.2继承174

7.4类的成员180

7.4.1类的字段180

7.4.2类的方法182

7.4.3类的属性184

7.4.4类的成员修饰符187

7.4.5类的特殊成员190

7.5反射与单例模式190

7.5.1反射190

7.5.2单例模式193

7.6小结195

7.7练习题195

第8章线程与多线程编程197

8.1线程相关的基本概念197

8.1.1程序与进程197

8.1.2线程与多线程198

8.1.3线程的生命周期198

8.2多线程编程199

8.2.1线程的创建199

8.2.2线程的方法与属性201

8.2.3线程的加入201

8.2.4守护线程203

8.3多线程的安全问题204

8.3.1线程出现安全问题的原因204

8.3.2安全问题的解决方法205

8.4小结213

8.5练习题214

第9章网络编程与数据库编程215

9.1网络编程215

9.1.1网络与网络编程215

9.1.2网络通信的三要素216

9.1.3Socket编程217

9.1.4Socket编程实例221

9.2Python数据库编程225

9.2.1Python DBAPI简介225

9.2.2Python DBAPI的组成与编程流程225

9.2.3MySQL数据库编程227

9.2.4Python DBAPI中常见的异常230

9.3小结231

9.4练习题232

第10章异常及异常处理233

10.1异常233

10.1.1异常的定义与格式233

10.1.2异常的种类233

10.2异常处理234

10.2.1异常处理的方式234

10.2.2主动异常、自定义异常与断言237

10.3小结239

10.4练习题240

第11章GUI编程241

11.1tkinter模块与ttk模块241

11.1.1tkinter模块241

11.1.2ttk模块242

11.2窗体与布局242

11.2.1根窗体243

11.2.2pack布局243

11.2.3grid布局245

11.2.4place布局246

11.3常用组件247

11.3.1Button与Label247

11.3.2Entry与Text251

11.3.3Radiobutton254

11.3.4Checkbutton256

11.3.5Listbox259

11.3.6Combobox260

11.3.7Scale261

11.3.8Menu262

11.3.9Frame264

11.3.10messageBox265

11.3.11Canvas266

11.4绑定事件268

11.4.1command方法268

11.4.2blind方法269

11.4.3protocol方法271

11.5小结272

11.6练习题272

第5章带领读者学习函数,内容主要包括函数的创建、函数参数、函数的作用域、高阶函数、递归函数、内置函数、匿名函数、装饰器、生成器与迭代器。用函数实现程序关联的功能是基于过程与面向对象编程的基础,正确编写与使用函数可以有效维护程序的模块化结构,提高编程的效率。通过学习本章,读者可掌握函数的使用方法,且具备查阅模块中函数的能力。

第6章带领读者学习模块,内容主要包括模块的基础知识、标准库模块、自定义模块与第三方模块。模块的作用能够大大提高代码的可维护性与可重用性,是结构化编程的重要手段。作为一个编程人员,应该具备用模块组织与管理项目代码的思维,提高编程效率。

第7章带领读者学习面向对象编程,内容主要包括面向对象编程的基础知识、创建类、面向对象三大特征、类的成员、反射与单例模式。通过学习本章,读者可对面向对象编程有深刻的认识,能够正确理解在Python中基于过程与面向对象的区别,正确选择基于过程编程与面向对象编程,且掌握面向对象的编程方法。

第8章带领读者学习线程与多线程编程,内容主要包括线程相关的基本概念、多线程编程、多线程的安全问题。通过学习本章,读者可理解线程与进程的概念,学会如何编写多线程程序,且能确保多线程的安全。

第9章带领读者学习网络编程与数据库编程,内容主要包括网络编程的基础知识与Socket编程,Python数据库接口规范与MySQL数据库编程。通过学习本章,读者可认识Socket的作用,掌握Socket的TCP/UDP编程流程与网络编程的方法,认识Python DBAPI接口实现访问各类数据库的原理与编程流程,学会PyMySQL模块的安装方法以及该模块的常用方法,且能使用PyMySQL模块的方法实现对数据库的增加、删除、查询、修改编程。

第10章带领读者学习异常及异常处理,通过学习本章,读者可掌握异常的定义与格式、异常的种类、异常处理机制,内容主要包括主动异常、自定义异常与断言的概念与实现方法。

第11章带领读者学习Python中的GUI编程,内容主要包括tkinter模块与ttk模块、窗体与布局、常用组件、事件绑定。通过学习本章,读者可掌握GUI界面设计、控件的创建与事件绑定方法,能正确开发GUI程序。

编者在编写过程中参考了众多资深软件工程师的博客,这些资源为编者提供了很好的编写思路,在此对相关作者深表感谢。同时也期待每一位读者的热心反馈，随时欢迎指出书中的不足。

陈振
2019年11月

l 编写思路清晰、体系较完整、知识讲解透切，旨在让读者感受Python语言的风格与领悟Python语言的风采。 
l 融入编者思维与软件工程师的编程思想，案例贴近实战应用，旨在传授知识同时传授项目经验。 
l 传授读者知识，给予读者思想，引导读者走上python开发之路。