16-04-2023
Класс языка: |
мультипарадигмальный: |
---|---|
Тип исполнения: |
интерпретируемый, компилируемый в MSIL, компилируемый в байт-код Java |
Появился в: | |
Автор(ы): | |
Расширение файлов: |
.py, .pyw, .pyc, .pyo, .pyd[1] |
Релиз: | |
Тестовая версия: |
3.3.0 release candidate 3[3] (24 сентября 2012) |
Типизация данных: | |
Основные реализации: | |
Испытал влияние: | |
Повлиял на: | |
Лицензия | |
Сайт: |
www.python.org |
Python (англ. python — питон, произносится [ˈpaɪθ⟨ə⟩n] — па́йтон, также широко используется русскоязычное произношение пито́н)[4] — высокоуровневый язык программирования общего назначения с акцентом на производительность разработчика и читаемость кода. Синтаксис ядра Python минималистичен. В то же время стандартная библиотека включает большой объём полезных функций.
Python поддерживает несколько парадигм программирования, в том числе структурное, объектно-ориентированное, функциональное, императивное и аспектно-ориентированное. Основные архитектурные черты — динамическая типизация, автоматическое управление памятью, полная интроспекция, механизм обработки исключений, поддержка многопоточных вычислений и удобные высокоуровневые структуры данных. Код в Питоне организовывается в функции и классы, которые могут объединяться в модули (которые в свою очередь могут быть объединены в пакеты).
Эталонной реализацией Python является интерпретатор CPython, поддерживающий большинство активно используемых платформ[5]. Он распространяется под свободной лицензией Python Software Foundation License, позволяющей использовать его без ограничений в любых приложениях, включая проприетарные[6]. Есть реализации интерпретаторов для JVM (с возможностью компиляции), MSIL (с возможностью компиляции), LLVM и других. Проект PyPy предлагает реализацию Питона на самом Питоне, что уменьшает затраты на изменения языка и постановку экспериментов над новыми возможностями.
Python — активно развивающийся язык программирования, новые версии (с добавлением/изменением языковых свойств) выходят примерно раз в два с половиной года. Вследствие этого и некоторых других причин на Python отсутствуют ANSI, ISO или другие официальные стандарты, их роль выполняет CPython.
Разработчики языка Python придерживаются определённой философии программирования, называемой «The Zen of Python» («Дзэн Питона», или «Дзэн Пайтона»)[7]. Её текст выдаётся интерпретатором Питона по команде import this
(работает один раз за сессию). Автором этой философии считается Тим Пейтерс.
Текст философии:
Оригинальный текст (англ.)
|
Разработка языка Python была начата в конце 1980-х годов[9] сотрудником голландского института CWI Гвидо ван Россумом. Для распределённой ОС Amoeba требовался расширяемый скриптовый язык, и Гвидо начал писать Python на досуге, позаимствовав некоторые наработки для языка ABC (Гвидо участвовал в разработке этого языка, ориентированного на обучение программированию). В феврале 1991 года Гвидо опубликовал исходный текст в ньюсгруппе alt.sources[10]. С самого начала Python проектировался как объектно-ориентированный язык.
Название языка произошло вовсе не от вида пресмыкающихся. Автор назвал язык в честь популярного британского комедийного телешоу 1970-х «Летающий цирк Монти Пайтона». Впрочем, всё равно название языка чаще ассоциируют именно со змеёй, нежели с фильмом — пиктограммы файлов в KDE или в Microsoft Windows и даже эмблема на сайте python.org (до выхода версии 2.5) изображают змеиные головы.
Наличие дружелюбного, отзывчивого сообщества пользователей считается наряду с дизайнерской интуицией Гвидо одним из факторов успеха Python. Развитие языка происходит согласно чётко регламентированному процессу создания, обсуждения, отбора и реализации документов PEP (англ. Python Enhancement Proposal) — предложений по развитию Python[11].
3 декабря 2008 года[12], после длительного тестирования, вышла первая версия Python 3000 (или Python 3.0, также используется сокращение Py3k). В Python 3000 устранены многие недостатки архитектуры с максимально возможным (но не полным) сохранением совместимости со старыми версиями Python. На сегодня поддерживаются обе ветви развития (Python 3.x и 2.x).
Появившись сравнительно поздно, Python создавался под влиянием множества языков программирования:
else
совместно с try
и except
, именованные аргументы функций (на это также повлиял Common Lisp);lambda, map, reduce, filter
и другие);Большая часть других возможностей Python (например, байт-компиляция исходного кода) также была реализована ранее в других языках.
Python портирован и работает почти на всех известных платформах — от КПК до мейнфреймов. Существуют порты под Microsoft Windows, практически все варианты UNIX (включая FreeBSD и Linux), Plan 9, Mac OS и Mac OS X, iPhone OS 2.0 и выше, Palm OS, OS/2, Amiga, HaikuOS, AS/400 и даже OS/390, Windows Mobile, Symbian и Android[15].
По мере устаревания платформы её поддержка в основной ветви языка прекращается. Например, с серии 2.6 прекращена поддержка Windows 95, Windows 98 и Windows ME[16]. Однако на этих платформах можно использовать предыдущие версии Python — на данный момент сообщество активно поддерживает версии Python начиная от 2.3 (для них выходят исправления).
При этом, в отличие от многих портируемых систем, для всех основных платформ Python имеет поддержку характерных для данной платформы технологий (например, Microsoft COM/DCOM). Более того, существует специальная версия Питона для виртуальной машины Java — Jython, что позволяет интерпретатору выполняться на любой системе, поддерживающей Java, при этом классы Java могут непосредственно использоваться из Питона и даже быть написанными на Питоне. Также несколько проектов обеспечивают интеграцию с платформой Microsoft .NET, основные из которых — IronPython и Python.Net.
Python поддерживает динамическую типизацию, то есть тип переменной определяется только во время исполнения. Поэтому вместо «присваивания значения переменной» лучше говорить о «связывании значения с некоторым именем». В Python имеются встроенные типы: булевый, строка, Unicode-строка, целое число произвольной точности, число с плавающей запятой, комплексное число и некоторые другие. Из коллекций в Python встроены: список, кортеж (неизменяемый список), словарь, множество и другие[17]. Все значения являются объектами, в том числе функции, методы, модули, классы.
Добавить новый тип можно либо написав класс (class), либо определив новый тип в модуле расширения (например, написанном на языке C). Система классов поддерживает наследование (одиночное и множественное) и метапрограммирование. Возможно наследование от большинства встроенных типов и типов расширений.
Все объекты делятся на ссылочные и атомарные. К атомарным относятся int
, long
, complex
и некоторые другие. При присваивании атомарных объектов копируется их значение, в то время как для ссылочных копируется только указатель на объект, таким образом, обе переменные после присваивания используют одно и то же значение. Ссылочные объекты бывают изменяемые и неизменяемые. Например, строки и кортежи являются неизменяемыми, а списки, словари и многие другие объекты — изменяемыми. Кортеж в Питоне является, по сути, неизменяемым списком. Во многих случаях кортежи работают быстрее списков[18], поэтому если вы не планируете изменять последовательность, то лучше использовать именно их.
Язык обладает чётким и последовательным синтаксисом, продуманной модульностью и масштабируемостью, благодаря чему исходный код написанных на Питоне программ легко читаем.
Набор операторов достаточно традиционен. Вот некоторые из них:
if
(если). Альтернативный блок после else
(иначе). Если условий и альтернатив несколько, можно использовать elif
(сокр. от else if).while
(пока) и for
(для). Внутри цикла возможно применение break
и continue
для прерывания цикла и перехода сразу к следующей итерации соответственно.class
.def
. Внутри возможно применение return
(возврат) для возврата из функции или метода, а в случае генератора — yield
(давать).try
— except
— else
или try
— finally
(начиная с версии 2.5, можно использовать finally
, except
и else
в одном блоке).pass
ничего не делает. Используется для пустых блоков кода.Одной из интересных синтаксических особенностей языка является выделение блоков кода с помощью отступов (пробелов или табуляций), поэтому в Питоне отсутствуют операторные скобки begin/end, как в языке Паскаль, или фигурные скобки, как в Си. Такой «трюк» позволяет сократить количество строк и символов в программе и приучает к «хорошему» стилю программирования. С другой стороны, поведение и даже корректность программы может зависеть от начальных пробелов в тексте. Некоторым такое поведение может показаться неинтуитивным и неудобным.
Выражение является полноправным оператором в Питоне. Состав, синтаксис, ассоциативность и приоритет операций достаточно привычны для языков программирования и призваны минимизировать употребление скобок.
Отдельно стоит упомянуть операцию форматирования для строк (работает по аналогии с printf()
из Си), которая использует тот же символ, что и взятие остатка от деления:
>>> print ("Здравствуй, %s!" % "Мир") Здравствуй, Мир!
Python имеет удобные цепочечные сравнения. Такие условия в программах — не редкость:
1 <= a < 10 and 1 <= b < 20
Кроме того, логические операции (or
и and
) являются ленивыми: если для вычисления значения операции достаточно первого операнда, этот операнд и является результатом, в противном случае вычисляется второй операнд логической операции. Это основывается на свойствах алгебры логики: например, если один аргумент операции «ИЛИ» (or
) является истиной, то и результат этой операции всегда является истиной. В случае, если второй операнд является сложным выражением, это позволяет сократить издержки на его вычисление. Этот факт широко использовался до версии 2.5 вместо условной конструкции:
(a < b) and "меньше" or "больше или равно"
Встроенные типы данных, как правило, имеют особый синтаксис для своих литералов (записанных в исходном коде констант):
"строка" + 'строка' """тоже строка""" u"Юникод-строка" True or False # булевы литералы 3.14 # число с плавающей запятой 012 + 0xA # числа в восьмеричной и шестнадцатеричной системах счисления 1 + 2j # комплексное число [1, 2, "a"] # список (1, 2, "a") # кортеж {'a': 1, 'b': 'B'} # словарь lambda x: x**2 # анонимная функция
Для списков (и других последовательностей) Python предлагает набор операций над срезами. Особенностью является индексация, которая может показаться новичку странной, но раскрывает свою согласованность по мере использования. Индексы элементов списка начинаются с нуля. Запись среза s[N:M]
означает, что в срез попадают все элементы от N включительно до M не включая. В качестве иллюстрации можно посмотреть пример работы с последовательностями.
Имя (идентификатор) может начинаться с латинской буквы любого регистра или подчёркивания, после чего в имени можно использовать и цифры. В качестве имени нельзя использовать ключевые слова (их список можно узнать по import keyword; print keyword.kwlist
) и нежелательно переопределять встроенные имена. Имена, начинающиеся с символа подчёркивания, имеют специальное значение[19].
В каждой точке программы интерпретатор имеет доступ к трём пространствам имён (то есть отображениям имён в объекты): локальному, глобальному и встроенному.
Области видимости имён могут быть вложенными друг в друга (внутри определяемой функции видны имена из окружающего блока кода). На практике с областями видимости и связыванием имён связано несколько правил «хорошего тона», о которых можно подробнее узнать из документации.
Python предлагает механизм документирования кода pydoc. В начало каждого модуля, класса, функции вставляется строка документации — docstring (англ.). Строки документации остаются в коде на момент времени исполнения, и в язык встроен доступ к документации[20], что используется современными IDE (например, Eclipse).
В интерактивном режиме можно получить помощь, сгенерировать гипертекстовую документацию по целому модулю или даже применить doctest (англ.) для автоматического тестирования модуля.
Начиная с Python 2.3, для использования в тексте программы символов, не входящих в ASCII, необходимо явно указывать кодировку исходного кода в начале модуля, например:
# -*- coding: utf-8 -*-
После этого можно, например, использовать кириллицу в Unicode-литералах.
Подобно Лиспу и Прологу в режиме отладки, интерпретатор Питона имеет интерактивный режим работы, при котором введённые с клавиатуры операторы сразу же выполняются, а результат выводится на экран (REPL). Этот режим интересен не только новичкам, но и опытным программистам, которые могут протестировать в интерактивном режиме любой участок кода, прежде чем использовать его в основной программе, или просто использовать как калькулятор с большим набором функций.
Так выглядит общение с Питоном в интерактивном режиме:
>>> 2 ** 100 # возведение 2 в степень 100 1267650600228229401496703205376L >>> from math import * # импорт математических функций >>> sin(pi * 0.5) # вычисление синуса от половины пи 1.0 >>> help(sorted) # помощь по функции sorted Help on built-in function sorted in module __builtin__: sorted(...) sorted(iterable, cmp=None, key=None, reverse=False) --> new sorted list
В интерактивном режиме доступен отладчик pdb и система помощи (вызывается по help()
). Система помощи работает для модулей, классов и функций, только если те были снабжены строками документации.
Кроме встроенной, существуют и улучшенные интерактивные оболочки IPython[21] и bpython[22].
Дизайн языка Python построен вокруг объектно-ориентированной модели программирования. Реализация ООП в Питоне является элегантной, мощной и хорошо продуманной, но вместе с тем достаточно специфической по сравнению с другими объектно-ориентированными языками.
Возможности и особенности:
is, '.', '='
и символьных логических).len()
, глубокое копирование, сериализация, итерация по объекту, …)Python поддерживает парадигму функционального программирования, в частности:
Программное обеспечение (приложение или библиотека) на Питоне оформляется в виде модулей, которые в свою очередь могут быть собраны в пакеты. Модули могут располагаться как в каталогах, так и в ZIP-архивах. Модули могут быть двух типов по своему происхождению: модули, написанные на «чистом» Питоне, и модули расширения (extension modules), написанные на других языках программирования. Например, в стандартной библиотеке есть «чистый» модуль pickle и его аналог на Си: cPickle. Модуль оформляется в виде отдельного файла, а пакет — в виде отдельного каталога. Подключение модуля к программе осуществляется оператором import
. После импорта модуль представлен отдельным объектом, дающим доступ к пространству имён модуля. В ходе выполнения программы модуль можно перезагрузить функцией reload()
.
Python поддерживает полную интроспекцию времени исполнения. Это означает, что для любого объекта можно получить всю информацию о его внутренней структуре.
Применение интроспекции является важной частью того, что называют pythonic style, и широко применяется в библиотеках и фреймворках Python, таких как PyRO, PLY, Cherry, Django и др., значительно экономя время использующего их программиста.
Обработка исключений поддерживается в Python посредством операторов try, except, else, finally, raise
, образующих блок обработки исключения. В общем случае блок выглядит следующим образом:
try: # Здесь код, который может вызвать исключение raise Exception("message") # Exception, это один из стандартных типов исключения (всего лишь класс), # может использоваться любой другой, в том числе свой except (Тип исключения1, Тип исключения2, …), Переменная: # Код в блоке выполняется, если тип исключения совпадает с одним из типов # (Тип исключения1, Тип исключения2, …) или является наследником одного # из этих типов. # Полученное исключение доступно в необязательной Переменной. except (Тип исключения3, Тип исключения4, …), Переменная: # Количество блоков except не ограниченно raise # Сгенерировать исключение "поверх" полученного; без параметров - повторно сгенерировать полученное except: # Будет выполнено при любом исключении, не обработанном типизированными блоками except else: # Код блока выполняется, если не было поймано исключений. finally: # Будет исполнено в любом случае, возможно после соответствующего # блока except или else
Совместное использование else, except
и finally
стало возможно только начиная с Python 2.5. Информация о текущем исключении всегда доступна через sys.exc_info()
. Кроме значения исключения, Python также сохраняет состояние стека вплоть до точки возбуждения исключения — так называемый traceback.
В отличие от компилируемых языков программирования, в Python использование исключения не приводит к значительным накладным расходам (а зачастую даже позволяет ускорить исполнение программ) и очень широко используется. Исключения согласуются с философией Python (10-й пункт «дзена Python» — «Ошибки никогда не должны умалчиваться») и являются одним из средств поддержки «утиной типизации».
Иногда вместо явной обработки исключений удобнее использовать блок with
(доступен, начиная с Python 2.5).
В программах на Питоне широко используются итераторы. Цикл for
может работать как с последовательностью, так и с итератором. Все коллекции, как правило, предоставляют итератор. Объекты определённого пользователем класса тоже могут быть итераторами. Подробнее об итераторах можно узнать в разделе о функциональном программировании. Модуль itertools
стандартной библиотеки содержит много полезных функций для работы с итераторами.
Одной из интересных возможностей языка являются генераторы — функции, сохраняющие внутреннее состояние: значения локальных переменных и текущую инструкцию (см. также: сопрограммы). Генераторы могут использоваться как итераторы для структур данных и для ленивых вычислений. См. пример: генератор чисел Фибоначчи.
При вызове генератора функция немедленно возвращает объект-итератор, который хранит текущую точку исполнения и состояние локальных переменных функции. При запросе следующего значения (посредством метода next()
, неявно вызываемого в for
цикле) генератор продолжает исполнение функции от предыдущей точки останова до следующего оператора yield
или return
.
В Python 2.4 появились генераторные выражения — выражения, дающие в результате генератор. Генераторные выражения позволяют сэкономить память там, где иначе требовалось бы использовать список с промежуточными результатами:
>>> sum(i for i in xrange(1, 100) if i % 2 != 0) 2500
В этом примере суммируются все нечётные числа от 1 до 99.
Начиная с версии 2.5, Python поддерживает полноценные сопроцедуры: теперь в генератор можно передавать значения с помощью метода send()
и возбуждать в его контексте исключения с помощью метода throw()
.
В Python 2.5 появились средства для управления контекстом выполнения блока кода — оператор with
и модуль contextlib
. См.: пример.
Оператор может применяться в тех случаях, когда до и после некоторых действий должны обязательно выполняться некоторые другие действия, независимо от возбуждённых в блоке исключений или операторов return
: файлы должны быть закрыты, ресурсы освобождены, перенаправление стандартного ввода вывода закончено и т. п. Оператор улучшает читаемость кода, а значит, помогает предотвращать ошибки.
Начиная с версии 2.4, Python позволяет использовать т. н. декораторы[23] (не следует путать с одноимённым шаблоном проектирования) для поддержки существующей практики преобразования функций и методов в месте определения (декораторов может быть несколько). Для декораторов используется символ @
в строках, предшествующих определению функции или метода. Следующий пример содержит описание статического метода без применения декоратора:
def myWonderfulMethod(): return "Некоторый метод" myWonderfulMethod = staticmethod(myWonderfulMethod)
и с помощью декоратора:
@staticmethod def myWonderfulMethod(): return "Некоторый метод"
Декоратор является ничем иным, как функцией, получающей в качестве первого аргумента декорируемую функцию или метод. Декораторы можно считать элементом аспектно-ориентированного программирования.
С версии 2.6 декораторы можно использовать с классами, аналогично функциям.
В Python есть ещё несколько возможностей, отличающих его от многих других языков высокой гибкостью и динамичностью.
Например, класс является объектом, а в операторе определения класса можно использовать выражения в списке родительских классов.
def getClass(): return dict class D(getClass()): pass d = D()
Можно модифицировать многие объекты во время исполнения, например классы:
>>> class X(object): pass … >>> y = X() >>> y.wrongMethod() # такого метода пока нет Traceback (most recent call last): File "<stdin>", line 1, in <module> AttributeError: 'X' object has no attribute 'wrongMethod' >>> X.wrongMethod = lambda self : 'im here' # добавим его >>> y.wrongMethod() # так как доступ к методу приводит к поиску по __dict__ класса, 'im here' # то wrongMethod становится доступным всем экземплярам
Богатая стандартная библиотека является одной из привлекательных сторон Питона. Здесь имеются средства для работы со многими сетевыми протоколами и форматами Интернета, например, модули для написания HTTP-серверов и клиентов, для разбора и создания почтовых сообщений, для работы с XML и т. п. Набор модулей для работы с операционной системой позволяет писать кросс-платформенные приложения. Существуют модули для работы с регулярными выражениями, текстовыми кодировками, мультимедийными форматами, криптографическими протоколами, архивами, сериализации данных, поддержка юнит-тестирования и др.
Помимо стандартной библиотеки существует множество библиотек, предоставляющих интерфейс ко всем системным вызовам на разных платформах; в частности, на платформе Win32 поддерживаются все вызовы Win32 API, а также COM в объёме не меньшем, чем у Visual Basic или Delphi. Количество прикладных библиотек для Python в самых разных областях без преувеличения огромно (веб, базы данных, обработка изображений, обработка текста, численные методы, приложения операционной системы и т. д.).
Для Python принята спецификация программного интерфейса к базам данным DB-API 2 и разработаны соответствующие этой спецификации пакеты для доступа к различным СУБД: PostgreSQL, Oracle, Sybase, Firebird (Interbase), Informix, Microsoft SQL Server, MySQL и SQLite. На платформе Windows доступ к БД возможен через ADO (ADOdb). Коммерческий пакет mxODBC для доступа к СУБД через ODBC для платформ Windows и UNIX разработан eGenix[24]. Для Питона написано много ORM (SQLObject, SQLAlchemy, Dejavu, Django), выполнены программные каркасы для разработки веб-приложений (Django, Pylons, Pyramid).
Библиотека NumPy для работы с многомерными массивами позволяет достичь производительности научных расчётов, сравнимой со специализированными пакетами. SciPy использует NumPy и предоставляет доступ к обширному спектру математических алгоритмов (матричная алгебра — BLAS, level 1-3 и LAPACK; БПФ). Numarray[25] специально разработан для операций с большими объёмами научных данных.
WSGI[26] — интерфейс шлюза с веб-сервером (Python Web Server Gateway Interface).
Python предоставляет простой и удобный программный интерфейс C API для написания собственных модулей на языках Си и C++. Такой инструмент как SWIG позволяет почти автоматически получать привязки для использования C/C++ библиотек в коде на Питоне. Возможности этого и других инструментов варьируются от автоматической генерации (C/C++/Fortran)-Python интерфейсов по специальным файлам (SWIG, pyste[27], SIP[28], pyfort[29]), до предоставления более удобных API (boost::python[30], CXX[31] и др.). Инструмент стандартной библиотеки ctypes позволяет программам Питона напрямую обращаться к динамическим библиотекам/DLL, написанным на Си. Существуют модули, позволяющие встраивать код на С/C++ прямо в исходные файлы Python, создавая расширения «на лету» (pyinline[32], weave[33]).
Другой подход состоит во встраивании интерпретатора Python в приложения. Python легко встраивается в программы на Java, C/C++, Ocaml. Взаимодействие Python-приложений с другими системами возможно также с помощью CORBA, XML-RPC, SOAP, COM.
С помощью проекта Cython возможна трансляция программ написанных на языках Python и Pyrex (англ.) в код на языке Си, с последующей компиляцией в машинный код. Cython используется для упрощения написания Python-библиотек, при его использовании отмечается ускорение кода и уменьшение накладных расходов.
Экспериментальный проект Shedskin предполагает создание компилятора для трансформации неявно типизированных Python программ в оптимизированный С++ код. Начиная с версии 0.22 Shedskin позволяет компилировать отдельные функции в модули расширений.
Python и подавляющее большинство библиотек к нему бесплатны и поставляются в исходных кодах. Более того, в отличие от многих открытых систем, лицензия никак не ограничивает использование Python в коммерческих разработках и не налагает никаких обязательств кроме указания авторских прав.
Одним из каналов распространения и обновления пакетов для Python является PyPI (англ. Python Package Index).
С Питоном поставляется библиотека tkinter на основе Tcl/Tk для создания кроссплатформенных программ с графическим интерфейсом.
Существуют расширения, позволяющие использовать все основные GUI библиотеки — wxPython[34], основанное на библиотеке wxWidgets, PyGTK для Gtk, PyQt и PySide для Qt и другие. Некоторые из них также предоставляют широкие возможности по работе с базами данных, графикой и сетями, используя все возможности библиотеки, на которой основаны.
Для создания игр и приложений, требующих нестандартного интерфейса, можно использовать библиотеку Pygame. Она также предоставляет обширные средства работы с мультимедиа: с её помощью можно управлять звуком и изображениями, воспроизводить видео. Предоставляемое pygame аппаратное ускорение графики OpenGL имеет более высокоуровневый интерфейс по сравнению с PyOpenGL[35], копирующей семантику С-библиотеки для OpenGL. Есть также PyOgre[36], обеспечивающая привязку к Ogre — высокоуровневой объектно-ориентированной библиотеке 3D-графики. Кроме того, существует библиотека pythonOCC[37], обеспечивающая привязку к среде 3D-моделирования и симуляции OpenCascade[38].
Для работы с растровой графикой используется библиотека Python Imaging Library.
Существуют модули, позволяющие контролировать типы параметров функций на этапе исполнения, например, typecheck[39] или method signature checking decorators[40]. Необязательная декларация типов для параметров функции добавлена в Python 3, интерпретатор при этом не проверяет типы, а только добавляет соответствующую информацию к метаданным функции для последующего использования этой информации модулями расширений.[41]
Перегрузка функций реализована различными сторонними библиотеками, в том числе PEAK[42][43]. Не принятые планы по поддержке перегрузки в Python3000[44] были частично реализованы в библиотеке overloading-lib[45].
В статье «Примеры программ на языке Python» собраны примеры небольших программ, демонстрирующих некоторые возможности языка Python и его стандартной библиотеки.
В стандартной библиотеке Python имеется профайлер (модуль profile), который можно использовать для сбора статистики о времени работы отдельных функций. Для решения вопроса о том, какой вариант кода работает быстрее, можно использовать модуль timeit
. Производимые в следующей программе измерения позволяют выяснить, какой из вариантов конкатенации строк более эффективен:
from timeit import Timer tmp = "Python 3.2.2 (default, Jun 12 2011, 15:08:59) [MSC v.1500 32 bit (Intel)] on win32." def case1(): # А. инкрементальные конкатенации в цикле s = "" for i in range(10000): s += tmp def case2(): # Б. через промежуточный список и метод join s = [] for i in range(10000): s.append(tmp) s = "".join(s) def case3(): # В. списковое выражение и метод join return "".join([tmp for i in range(10000)]) def case4(): # Г. генераторное выражение и метод join return "".join(tmp for i in range(10000)) for v in range(1,5): print (Timer("func()","from __main__ import case%s as func" % v).timeit(200))
Как и в любом языке программирования, в Питоне имеются свои приемы оптимизации кода. Оптимизировать код можно исходя из различных (часто конкурирующих друг с другом) критериев (увеличение быстродействия, уменьшение объёма требуемой оперативной памяти, компактность исходного кода и т. д.). Чаще всего программы оптимизируют по времени исполнения.
Здесь есть несколько очевидных правил:
Python имеет следующие особенности и связанные с ними правила оптимизации:
Инструмент под названием Pychecker[46] поможет проанализировать исходный код на Питоне и выдать рекомендации по найденным проблемам (например, неиспользуемые имена, изменение сигнатуры метода при его перегрузке и т. п.). В ходе такого статического анализа исходного кода могут быть выявлены и ошибки. Pylint[47] призван решать близкие задачи, но имеет уклон в сторону проверки стиля кода.
Наиболее часто Python сравнивают с Perl и Ruby. Эти языки также являются интерпретируемыми и обладают примерно одинаковой скоростью выполнения программ. Как и Perl, Python может успешно применяться для написания скриптов (сценариев). Как и Ruby, Python является хорошо продуманной системой для ООП.
Средства функционального программирования частично позаимствованы из Scheme и Icon.
В среде коммерческих приложений скорость выполнения программ на Python часто сравнивают с Java-приложениями[48].
Несмотря на то, что Python обладает достаточно самобытным синтаксисом, одним из принципов дизайна этого языка является принцип наименьшего удивления.
См. также список распространённых недоразумений при использовании языка Python[49].
Классический Питон, как и многие другие интерпретируемые языки, не применяющие, например, JIT-компиляторы, имеют общий недостаток — сравнительно невысокую скорость выполнения программ[50]. Однако, в случае с Python этот недостаток компенсируется уменьшением времени разработки программы[50]. В среднем, программа, написанная на Python, в 2-4 раза компактнее, чем её аналог на C++ или Java[50]. Сохранение байт-кода (файлы .pyc и .pyo) позволяет интерпретатору не тратить лишнее время на перекомпиляцию кода модулей при каждом запуске, в отличие, например, от языка Perl. Кроме того, существует специальная JIT-библиотека psyco[51], позволяющая ускорить выполнение программ (однако приводящая к увеличению потребления оперативной памяти). Эффективность psyco сильно зависит от архитектуры программы.
Существуют проекты реализаций языка Python, вводящие высокопроизводительные виртуальные машины (ВМ) в качестве компилятора заднего плана. Примерами таких реализаций может служить PyPy, базирующийся на LLVM; более ранней инициативой является проект Parrot. Ожидается, что использование ВМ типа LLVM приведёт к тем же результатам, что и использование аналогичных подходов для реализаций языка Java, где низкая вычислительная производительность в основном преодолена[52].
Множество программ/библиотек для интеграции с другими языками программирования (см. выше) предоставляют возможность использовать другой язык для написания критических участков.
В самой популярной реализации языка Python интерпретатор довольно велик и более требователен к ресурсам, чем в аналогичных популярных реализациях Tcl, Forth, LISP или Lua, что ограничивает его применение во встроенных системах. Тем не менее, Python нашёл применение в КПК и некоторых моделях мобильных телефонов[53].
По сравнению с Ruby и некоторыми другими языками, в Python отсутствует возможность модифицировать встроенные классы, такие, как int, str, float, list
и другие, что, однако, позволяет Python потреблять меньше оперативной памяти и быстрее работать. Ещё одной причиной введения такого ограничения является необходимость согласования с модулями расширения. Многие модули (в целях оптимизации быстродействия) преобразуют Python-объекты элементарных типов к соответствующим Си-типам вместо манипуляций с ними посредством Си-API.
GIL (Global Interpreter Lock) — особенность, присущая CPython, Stackless и PyPy, но отсутствующая в Jython и IronPython. При своей работе основной интерпретатор Python постоянно использует большое количество потоко-небезопасных данных. В основном это словари, в которых хранятся атрибуты объектов, и обращения к внешнему коду (написанному на С и т. п.). Во избежание разрушения этих данных при совместной модификации из разных потоков, перед началом исполнения нескольких инструкций (по умолчанию 100) поток интерпретатора захватывает GIL, а по окончании освобождает. Вследствие этого, в каждый момент времени в одном процессе интерпретатора Python может исполняться только один поток Python кода, даже если в компьютере имеется несколько процессоров или процессорных ядер (GIL также освобождается на время выполнения блокирующих операций, таких как ввод-вывод, изменения/проверка состояния синхронизирующих примитивов и других — таким образом, если один поток блокируется, другие могут исполняться). Была предпринята попытка перехода к более гранулированным синхронизациям, однако из-за частых захватов/освобождений блокировок эта реализация оказалась слишком медленной на однопоточных приложениях[54]. В ближайшем будущем переход от GIL к другим техникам не предполагается по причине того, что, по мнению автора языка Python Гвидо Россума, однопоточных программ, ускоряемых GIL, больше, чем многопоточных, которые GIL тормозит. Однако есть python-safethread[55] — CPython без GIL и с некоторыми другими изменениями (по утверждениям его авторов, на однопоточных приложениях скорость соответствует 60-65 % от скорости оригинального CPython).
Эта проблема имеет два основных варианта решения. Первый — отказ от совместного использования изменяемых данных и вызовов внешнего кода. При этом данные дублируются в потоках и необходимость обеспечения их синхронизации (если таковая нужна) лежит на программисте[56]. Этот подход ведёт к увеличению потребления оперативной памяти (однако не настолько сильно, как при использовании процессов в Windows — так как для Unix это не критично, процессы небольшие).
Второй подход — обеспечение более гранулированной синхронизации — для отдельных структур данных. В этом случае падает производительность вследствие увеличения числа освобождений/захватов блокировок.
Если необходимо параллельное исполнение нескольких потоков Python кода, то можно воспользоваться процессами, например, модулем processing[57], который имитирует семантику стандартного модуля threading, но использует процессы вместо потоков. Начиная с версии 2.6, модуль processing добавлен в стандартную библиотеку и переименован в multiprocessing. Есть множество модулей, упрощающих написание параллельных и/или распределённых приложений на Python, таких как parallelpython[58], Pypar[59], pympi[60] и других. GIL освобождается при исполнении кода большинства расширений, например, NumPy/SciPy, позволяя на время расчётов исполняться другому Python потоку. Другим решением может быть использование IronPython или Jython, лишённых этой особенности классического Python.
В версии 3.2 будет внедрён изменённый GIL[61][62]. Основные нововведения:
CPython является основной, но не единственной реализацией языка программирования Python. Существуют также следующие реализации:
Jython — реализация Python, использующая JVM в качестве среды исполнения. Позволяет прозрачно использовать Java-библиотеки.[63]
PyS60[53] — реализация языка для смартфонов фирмы Nokia на платформе Series 60.
IronPython — Python для .NET Framework и Mono. Компилирует Python программы в MSIL, таким образом предоставляя полную интеграцию с .NET системой[64].
Stackless — также написанная на Си реализация Python. Это не полноценная реализация, а патчи к CPython. Предоставляет расширенные возможности многопоточного программирования и значительно большую глубину рекурсии.
Python for .NET[65] — ещё одна реализация Python для .NET. В отличие от IronPython эта реализация не компилирует Python код в MSIL, а только предоставляет интерпретатор, написанный на C#. Позволяет использовать .NET-сборки из Python кода.
PyPy — реализация Python, написанная на Python. Позволяет легко проверять новые возможности. В PyPy кроме стандартного CPython включены возможности Stackless, Psyco, модификация AST «на лету» и многое другое. В проект интегрированы возможности анализа Python кода и трансляция в другие языки и байткоды виртуальных машин (Си, LLVM, Javascript, .NET с версии 0.9.9). Начиная с 0.9.0, возможна полностью автоматическая трансляция интерпретатора на Си, в результате чего достигается скорость, приемлемая для использования (в 2—3 раза медленнее чем CPython при отключённом JIT для версии 0.9.9). JIT находится в активной доработке.
python-safethread[55] — версия CPython без GIL, что позволяет одновременно исполнять Python потоки на всех доступных процессорах. Внесены также некоторые другие изменения.
Unladen Swallow — начатый Google проект по разработке высокоэффективного, максимально совместимого с CPython JIT-компилятора на базе LLVM. Согласно планам по развитию Python[66], планировалось перенести исходный код Unladen Swallow в CPython в версии 3.3. Но PEP-3146 был отменён в связи с отсутствием интереса к Unladen Swallow со стороны Google, основного спонсора разработки.[67]
tinypy[68] — минималистическая версия Python. Часть возможностей CPython не реализована.
Python Enhancement Proposal («PEP») — это документ со стандартизированным дизайном, предоставляющий общую информацию о языке Python, включая новые предложения, описания и разъяснения возможностей языка. PEP предлагаются как основной источник для предложения новых возможностей и для разъяснения выбора того или иного дизайна для всех основных элементов языка. Выдающиеся PEP рецензируются и комментируются BDFL.
Серии Python 2.x и Python 3.x в течение нескольких выпусков будут существовать параллельно, при этом серия 2.x будет использоваться для совместимости и скорее всего в неё будут включены некоторые возможности серии 3.x. PEP 3000 содержит больше информации о планируемых выпусках.
Python 3.0 обратно не совместим с предыдущей серией 2.x. Код Python 2.x скорее всего будет выдавать ошибки при исполнении в Python 3.0. Динамическая типизация Python вместе с планами изменения нескольких методов словарей делает механический перевод из Python 2.x в Python 3.0 очень сложным. Однако, утилита «2to3» уже способна сделать большинство работы по переводу кода, указывая на подозрительные ей части с помощью комментариев и предупреждений. PEP 3000 рекомендует держать исходный код для серии 2.x, и делать выпуски для Python 3.x с помощью «2to3». Полученный код не следует редактировать, пока программа не будет работоспособной в Python 2.x.
Основные изменения, внесённые в версии 3.0:[69][70]
io
), имеющая отдельные представления для бинарных и текстовых данных.{k: v for k, v in a_dict}
и {el1, el2, el3}
(по аналогии со списковыми выражениями).print
из встроенного выражения во встроенную функцию. Это позволит модулям делать изменения, подстраиваясь под разное использование функции, а также упростит код. В Python 2.6 эта возможность активируется вводом from __future__ import print_function
.reduce
(но не map
или filter
) из встроенного пространства в модуль functools
(использование reduce
существенно менее читабельно по сравнению с циклом).exec
и т. п.(a, *rest, b) = range(5)
. С другой стороны, формальные параметры функций вроде def foo(a, (b, c))
более недопустимы.На основе Python было создано несколько специализированных подмножеств языка, в основном предназначенных для статической компиляции в машинный код. Некоторые из них:
RPython[71] — созданная в рамках проекта PyPy сильно ограниченная реализация Python без динамизма времени исполнения и некоторых других возможностей. RPython код можно компилировать во множество других языков/платформ — C, JavaScript, Lisp, .NET[72], LLVM. На RPython написан интерпретатор PyPy.
Pyrex[73] — ограниченная реализация Python, но несколько меньше, чем RPython. Pyrex расширен возможностями статической типизации типами из языка С и позволяет свободно смешивать типизированный и не типизированный код. Предназначен для написания модулей расширений, компилируется в код на языке С.
Cython[74] — расширенная версия Pyrex.
Проект Shedskin — предназначен для компиляции неявно статически типизированного Python кода в оптимизированный код на языке С++.
Python — стабильный и распространённый язык. Он используется во многих проектах и в различных качествах: как основной язык программирования или для создания расширений и интеграции приложений. На Python реализовано большое количество проектов, также он активно используется для создания прототипов будущих программ. Python используется во многих крупных компаниях.[75]
Python с пакетами NumPy, SciPy и MatPlotLib начинает активно использоваться как универсальная среда для научных расчётов в качестве замены распространенным специализированным коммерческим пакетам Matlab, IDL и др.[76][77]
Портал «Свободное программное обеспечение» | |
Python в Викиучебнике? | |
Python в Викиверситете? | |
Python в Викитеке? | |
Python | |
---|---|
Люди | Гвидо ван Россум |
Реализации |
ChinesePython • CLPython • CPython • JPype • Jython • IronPython • PyPy • Python for S60 • Psyco • Stackless Python • Unladen Swallow |
Фреймворки | |
IDE |
Boa Constructor • Eclipse+PyDev • Eric • Geany • IDLE • Komodo • NetBeans • PyCharm • PyScripter • SPE |
Библиотеки |
Beautiful Soup • NLTK • NumPy • PIL • Pygame • PyGTK • Pyparsing • PyQt • SciPy • SQLAlchemy |
Другое |
Основные языки программирования (сравнение • IDE • история • хронология) | |
---|---|
Используемые в разработке |
Ада • APL • Язык ассемблера • ActionScript • ABAP/4 • AutoIt • AWK • Бейсик • Си • Кобол • C++ • C# • Cω • Clarion • Clojure • ColdFusion • Common Lisp • D • dBase • Delphi • Eiffel • Erlang • Euphoria • F# • Форт • Фортран • Gambas • Go • Groovy • HAL/S • Haskell • Icon • Java • JavaScript • Limbo • Lua • Модула-3 • Object Pascal • Objective-C • OCaml • Oz • Parser • Паскаль • Компонентный Паскаль • Perl • PHP • PowerBASIC • Python • ПЛ/1 • Пролог • Ruby • Scala • Scheme • Smalltalk • SQL • PL/SQL • Tcl • Vala • Visual Basic (.NET) |
Академические | |
IEC 61131-3 |
Instruction List • ST • FBD • Ladder Diagram (LD) • SFC |
Прочие | |
Эзотерические | |
Визуальные |
Свободное и открытое программное обеспечение | |
---|---|
Главное | |
История |
GNU • Linux • Mozilla (Application Suite • Firefox • Thunderbird) |
Организации |
ASF • AOSP • Blender Foundation • Eclipse Foundation • FreeBSD Foundation • freedesktop.org • FSF • FSMI • GNOME Foundation • Проект GNU • Google Code • KDE e.V. • Linux Foundation • Mozilla Foundation • OSGF • OSI • ReactOS Foundation • Software Freedom Conservancy • SourceForge • Symbian Foundation • The Document Foundation • Xiph.Org • XMPP Standards Foundation • X.Org Foundation |
Лицензии |
Apache • Artistic • Beerware • BSD • GNU GPL • GNU LGPL • ISC • MIT • MPL • Ms-PL/RL • zlib • Public domain / CC0 • WTFPL • Лицензии, одобренные FSF • Пермиссивные лицензии • Разнообразие лицензий |
Проблемы | |
Прочее |