Язык программирования Python

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 ловушки 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:

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

else

if a <0:

 s = -1

elif a == 0:

 s = 0

else:

 s = 1

Стоит заметить, что

elif

else if

if a <0:

 s = -1

else:

 if a == 0:

  s = 0

 else:

  s = 1

В отличие от оператора

print

if–else

Циклы

Третьей необходимой алгоритмической конструкцией является цикл. С помощью цикла можно описать повторяющиеся действия. В Python имеются два вида циклов: цикл ПОКА (выполняется некоторое действие) 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

continue

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

f = open("file.txt", "r")

while 1:

 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

В языке Python логическое значение несет каждый объект: нули, пустые строки и последовательности, специальный объект

None

False

1

True

True

False

Цикл ДЛЯ 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

range()

[1, 10)

range(len(s))

s

0

%

printf

Функции

Программист может определять собственные функции двумя способами: с помощью оператора

def

lambda

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

return

После оператора

def

cena

Исключения

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

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

except

int()

ValueError

except

try

except

В отличие от других языков программирования, в Python исключения нередко служат для упрощения алгоритмов. Записывая оператор

try–except

except

try:

 value = dict[key]

except:

 value = default_value

Вместо

if dict.has_key(key):

 value = dict[key]

else:

 value = default_value

value = dict.get(key, default_value)

Исключения можно возбуждать и из программы. Для этого служит оператор

raise

class MyError(Exception):

 pass

try:

 ...

 raise MyError, "my error 1"

 ...

except MyError, x:

 print "Ошибка:", x

Кстати, все исключения выстроены в иерархию классов, поэтому

ZeroDivisionError

ArithmeticError

except

Для утверждений применяется специальный оператор

assert

AssertionError

c = a + b

assert c == a + b

Кроме описанной формы оператора, есть еще форма

try–finally

try–finally

try:

 ...

finally:

 print "Обработка гарантированно завершена"

Смешивать вместе формы

try–except

try–finally

Как уже говорилось, все данные в Python представлены объектами. Имена являются лишь ссылками на эти объекты и не несут нагрузки по декларации типа. Значения встроенных типов имеют специальную поддержку в синтаксисе языка: можно записать литерал строки, числа, списка, кортежа, словаря (и их разновидностей). Синтаксическую же поддержку операций над встроенными типами можно легко сделать доступной и для объектов определяемых пользователей классов.

Следует также отметить, что объекты могут быть неизменчивыми и изменчивыми. Например, строки в Python являются неизменчивыми, поэтому операции над строками создают новые строки.

Карта встроенных типов (с именами функций для приведения к нужному типу и именами классов для наследования от этих типов):

• специальные типы:

None

NotImplemented

Ellipsis

• числа;

○ целые

• обычное целое

int

• целое произвольной точности

long

• логический

bool

○ число с плавающей точкой

float

○ комплексное число

complex

• последовательности;

○ неизменчивые:

• строка

str

• Unicode–строка

unicode

• кортеж

tuple

○ изменчивые:

• список

list

• отображения:

○ словарь

dict

• объекты, которые можно вызвать:

○ функции (пользовательские и встроенные);

○ функции–генераторы;

○ методы (пользовательские и встроенные);

○ классы (новые и «классические»);

○ экземпляры классов (если имеют метод

__call__

• модули;

• классы (см. выше);

• экземпляры классов (см. выше);

• файлы file;

• вспомогательные типы

buffer

slice

Узнать тип любого объекта можно с помощью встроенной функции

type()

Тип int и long

Два типа:

int

long

long

# В этих литералах записано число 10

print 10, 012, 0xA, 10L

Набор операций над числами — достаточно стандартный как по семантике, так и по обозначениям:

>>> print 1 + 1, 3 — 2, 2*2, 7/4, 5%3

2 1 4 1 2

>>> print 2L ** 1000

107150860718626732094842504906000181056140481170553360744375038

837035105112493612249319837881569585812759467291755314682518714

528569231404359845775746985748039345677748242309854210746050623

711418779541821530464749835819412673987675591655439460770629145

71196477686542167660429831652624386837205668069376

>>> print 3 <4 < 6, 3>= 5, 4 == 4, 4 != 4 # сравнения

True False True False

>>> print 1 << 8, 4 >> 2, ~4 # побитовые сдвиги и инверсия

256 1–5

>>> for i, j in (0, 0), (0, 1), (1, 0), (1, 1):

... print i, j, ":", i & j, i | j, i ^ j # побитовые операции

...

0 0 : 0 0 0

0 1 : 0 1 1

1 0 : 0 1 1

1 1 : 1 1 0

Значения типа

int

Стоит заметить, что если в результате операции получается значение, выходящее за рамки допустимого, тип

int

long

>>> type(-2147483648)

>>> type(-2147483649)

Также нужно быть осторожным при записи констант. Нули в начале числа — признак восьмеричной системы счисления, в которой нет цифры 8:

>>> 008

 File "", line 1

 008

  ^

SyntaxError: invalid token

Тип float

Соответствует C–типу

double

>>> pi = 3.1415926535897931

>>> pi ** 40

7.6912142205156999e+19

Кроме арифметических операций, можно использовать операции из модуля

math

Из полезных встроенных функций можно вспомнить

round()

abs()

Тип complex

Литерал мнимой части задается добавлением

j

>>> -1j * -1j

(-1–0j)

Тип реализован на базе вещественного. Кроме арифметических операций, можно использовать операции из модуля

cmath

Тип bool

Подтип целочисленного типа для «канонического» обозначения логических величин. Два значения:

True

False

>>> for i in (False, True):

...  for j in (False, True):

...  print i, j, ":", i and j, i or j, not i

...

...

False False : False False True

False True : False True True

True False : False True False

True True : True True False

Следует отметить, что Python даже не вычисляет второй операнд операции

and

or

or

and

Тип string и тип unicode

В Python строки бывают двух типов: обычные и Unicode–строки. Фактически строка — это последовательность символов (в случае обычных строк можно сказать «последовательность байтов»). Строки–константы можно задать в программе с помощью строковых литералов. Для литералов наравне используются как апострофы (

'

"

\

s1 = "строка1"

s2 = 'строка2\nс переводом строки внутри'

s3 = """строка3

с переводом строки внутри"""

u1 = u'\u043f\u0440\u0438\u0432\u0435\u0442' # привет

u2 = u'Еще пример' # не забудьте про coding!

Для строк имеется еще одна разновидность: необработанные строковые литералы. В этих литералах обратная косая черта и следующие за ней символы не интерпретируются как спецсимволы, а вставляются в строку «как есть»:

my_re = r"(\d)=\1"

Обычно такие строки требуются для записи регулярных выражений (о них пойдет речь в лекции, посвященной обработке текстовой информации).

Набор операций над строками включает конкатенацию «

+

*

%

>>> "A" + "B"

'AB'

>>> "A"*10

'AAAAAAAAAA'

>>> "%s %i" % ("abc", 12)

'abc 12'

Некоторые методы строковых объектов будут рассмотрены в лекции, посвященной обработке текстов.

Тип tuple

Для представления константной последовательности (разнородных) объектов используется тип кортеж. Литерал кортежа обычно записывается в круглых скобках, но можно, если не возникают неоднозначности, писать и без них. Примеры записи кортежей:

p = (1.2, 3.4, 0.9) # точка в трехмерном пространстве

for s in "one", "two", "three": # цикл по значениям кортежа

print s

one_item = (1,)

empty = ()

p1 = 1, 3, 9 # без скобок

p2 = 3, 8, 5, # запятая в конце игнорируется

Использовать синтаксис кортежей можно и в левой части оператора присваивания. В этом случае на основе вычисленных справа значений формируется кортеж и связывается один в один с именами в левой части. Поэтому обмен значениями записывается очень изящно:

a, b = b, a

Тип list

В «чистом» Python нет массивов с произвольным типом элемента. Вместо них используются списки. Их можно задать с помощью литералов, записываемых в квадратных скобках, или посредством списковых включений. Варианты задания списка приведены ниже:

lst1 = [1, 2, 3,]

lst2 = [x**2 for x in range(10) if x % 2 == 1]

lst3 = list("abcde")

Для работы со списками существует несколько методов, дополнительных к тем, что имеют неизменчивые последовательности. Все они связаны с изменением списка.

Последовательности

Ниже обобщены основные методы последовательностей. Следует напомнить, что последовательности бывают неизменчивыми и изменчивыми. У последних методов чуть больше.

len(s)

s

x in s

True

False

x not in s

= not x in s

s + s1

s*n

n*s

n

s

n <0

s[i]

i

s

len(s)+i

i

s[i:j:d]

s

i

j

d

min(s)

s

max(s)

s

Дополнительные конструкции для изменчивых последовательностей:

s[i] = x

i

s

x

s[i:j:d] = t

i

j

d

t

del s[i:j:d]

В таблице приведен ряд методов изменчивых последовательностей (например, списков).

append(x)

count(x)

x

extend(s)

последовательность

index(x)

i

s[i] == x

ValueError

x

s

insert(i, x)

x

i

pop(i)

i

reverse()

s

sort([cmpfunc])

s

cmpfunc

Здесь же следует сказать несколько слов об индексировании последовательностей и выделении подстрок (и вообще — подпоследовательностей) по индексам. Для получения отдельного элемента последовательности используются квадратные скобки, в которых стоит выражение, дающее индекс. Индексы последовательностей в Python начинаются с нуля. Отрицательные индексы служат для отсчета элементов с конца последовательности (

-1

>>> s = [0, 1, 2, 3, 4]

>>> print s[0], s[-1], s[3]

0 4 3

>>> s[2] = -2

>>> print s

[0, 1, -2, 3, 4]

>>> del s[2]

>>> print s

[0, 1, 3, 4]

Несколько интереснее обстоят дела со срезами. Дело в том, что в Python при взятии среза последовательности принято нумеровать не элементы, а промежутки между ними. Поначалу это кажется необычным, тем не менее, очень удобно для указания произвольных срезов. Перед нулевым (по индексу) элементом последовательности промежуток имеет номер 0, после него — 1 и т.д.. Отрицательные значения отсчитывают промежутки с конца строки. Для записи срезов используется следующий синтаксис:

последовательность[нач:кон:шаг]

где

нач

кон

шаг

нач=0

кон=len(последовательность)

шаг=1

шаг

А теперь пример работы со срезами:

>>> s = range(10)

>>> s

[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

>>> s[0:3]

[0, 1, 2]

>>> s[-1:]

[9]

>>> s[::3]

[0, 3, 6, 9]

>>> s[0:0] = [-1, -1, -1]

>>> s

[-1, -1, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

>>> del s[:3]

>>> s

[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

Как видно из этого примера, с помощью срезов удобно задавать любую подстроку, даже если она нулевой длины, как для удаления элементов, так и для вставки в строго определенное место.

Тип dict

Словарь (хэш, ассоциативный массив) — это изменчивая структура данных для хранения пар ключ–значение, где значение однозначно определяется ключом. В качестве ключа может выступать неизменчивый тип данных (число, строка, кортеж и т.п.). Порядок пар ключ–значение произволен. Ниже приведен литерал для словаря и пример работы со словарем:

d = {1: 'one', 2: 'two', 3: 'three', 4: 'four'}

d0 = {0: 'zero'}

print d[1] # берется значение по ключу

d[0] = 0   # присваивается значение по ключу

del d[0]   # удаляется пара ключ–значение с данным ключом

print d

for key, val in d.items(): # цикл по всему словарю

 print key, val

for key in d.keys(): # цикл по ключам словаря

 print key, d[key]

for val in d.values(): # цикл по значениям словаря

 print val

d.update(d0) # пополняется словарь из другого

print len(d) # количество пар в словаре

Тип file

Объекты этого типа предназначены для работы с внешними данными. В простом случае — это файл на диске. Файловые объекты должны поддерживать основные методы:

read()

write()

readline()

readlines()

seek()

tell()

close()

Следующий пример показывает копирование файла:

f1 = open("file1.txt", "r")

f2 = open("file2.txt", "w")

for line in f1.readlines():

 f2.write(line)

f2.close()

f1.close()

Стоит заметить, что кроме собственно файлов в Python используются и файлоподобные объекты. В очень многих функциях просто неважно, передан ли ей объект типа

file

file2.txt

import urllib

f1 = urllib.urlopen("http://python.onego.ru")

О модулях, классах, объектах и функциях будет говориться на других лекциях.