Python

Python — высокоуровневый язык программирования общего назначения с динамической строгой типизацией и автоматическим управлением памятью, ориентированный на повышение производительности разработчика, читаемости кода и его качества, а также на обеспечение переносимости написанных на нём программ.
Python – это язык программирование с очень мощным индексом n, который является реализацией стандарта Eiffel. Начиная с версии 3.6.0, язык вносит много интересных изменений, которые позволяют вносить существенные улучшения в свой код.
Как и все языки программирования, Python поддерживает автоматическую строгую типизацию, что позволяет при создании новых типов вносить изменения в исходный код. Программы в Python не имеют поддержки отладки, поэтому к тому же он не используется для автоматического отладки и строгой логики.
У Python есть множество свойств, таких как среда записи переменных, использование деривации, тип доступа, способность применять присваивание (additives) и некоторые другие. При этом существует множество алгоритмов для строгой синтаксической типизации, которые обеспечивают большую производительность и уменьшение простоев при разработке.
В Python существует три основанных на синтаксическом типе языка: полигональный, трассировочный и контекстный. Оба эти языка имеют отдельные правила, которые влияют на типизацию и при этом имеют разные стандарты представления информации. При разработке программ с использованием полигонального языка, то есть с использованием типа codice_2, тип данных может использоваться как класс.
При использовании контекстного языка, тоесть с использованием типа скобок, класс данных может использоватся как класс. То есть, контекстный язык программировки дает нам больше возможностей для поиска и представления данных, чем полигональная система языка.
Ниже приведены некоторые программы, в которых используется полигональное представление информации:
При использованиии трассировочного языка, то именно он может использоваться в качестве типового класса. При этом у трассировочной системы есть следующие возможности:
Поскольку каждое число, написанное в a1, может использоваться для любого другого целого числа, то трассировочная система обеспечивает все возможные возможности для разработки полигональной системы данных.
a5 a4 = a5+ a2 =a=a5+a=a=+ a6+a5 = a5 a1a6 a=a7 a6+ a=a8 aa1= a7 a=
a=a8a1=+ a+a2 a= a1+a1a+ a6= a= a10 a= a+ a1= a10= a7=a+a= a7+ a=1 a9= a9=+ a9 a= a=

Python (МФА: ; в русском языке встречаются названия пито́н или па́йтон) — высокоуровневый язык программирования общего назначения с динамической строгой типизацией и автоматическим управлением памятью, ориентированный на повышение производительности разработчика, читаемости кода и его качества, а также на обеспечение переносимости написанных на нём программ. Язык является полностью объектно-ориентированным в том плане, что всё является объектами. Необычной особенностью языка является выделение блоков кода пробельными отступами. Синтаксис ядра языка минималистичен, за счёт чего на практике редко возникает необходимость обращаться к документации. Сам же язык известен как интерпретируемый и используется в том числе для написания скриптов. Недостатками языка являются зачастую более низкая скорость работы и более высокое потребление памяти написанных на нём программ по сравнению с аналогичным кодом, написанным на компилируемых языках, таких как C или C++.

Python является мультипарадигмальным языком программирования, поддерживающим императивное, процедурное, структурное, объектно-ориентированное программирование, метапрограммирование и функциональное программирование. Задачи обобщённого программирования решаются за счёт динамической типизации. Аспектно-ориентированное программирование частично поддерживается через декораторы, более полноценная поддержка обеспечивается дополнительными фреймворками. Такие методики как контрактное и логическое программирование можно реализовать с помощью библиотек или расширений[7]. Основные архитектурные черты — динамическая типизация, автоматическое управление памятью, полная интроспекция, механизм обработки исключений, поддержка многопоточных вычислений с глобальной блокировкой интерпретатора (GIL), высокоуровневые структуры данных. Поддерживается разбиение программ на модули, которые, в свою очередь, могут объединяться в пакеты.

Эталонной реализацией Python является интерпретатор CPython, поддерживающий большинство активно используемых платформ и являющийся стандартом де-факто языка. Он распространяется под свободной лицензией Python Software Foundation License, позволяющей использовать его без ограничений в любых приложениях, включая проприетарные. CPython компилирует исходные тексты в высокоуровневый байт-код, который исполняется в стековой виртуальной машине. К другим трём основным реализациям языка относятся Jython (для JVM), IronPython (для CLR/.NET) и PyPy. PyPy написан на подмножестве языка Python (RPython) и разрабатывался как альтернатива CPython с целью повышения скорости исполнения программ, в том числе за счёт использования JIT-компиляции. Поддержка версии Python 2 закончилась в 2020 году. На текущий момент активно развивается версия языка Python 3. Разработка языка ведётся через предложения по расширению языка PEP , в которых описываются нововведения, делаются корректировки согласно обратной связи от сообщества и документируются итоговые решения.

Стандартная библиотека включает большой набор полезных переносимых функций, начиная с возможностей для работы с текстом и заканчивая средствами для написания сетевых приложений. Дополнительные возможности, такие как математическое моделирование, работа с оборудованием, написание веб-приложений или разработка игр, могут реализовываться посредством обширного количества сторонних библиотек, а также интеграцией библиотек, написанных на Си или C++, при этом и сам интерпретатор Python может интегрироваться в проекты, написанные на этих языках. Существует и специализированный репозиторий программного обеспечения, написанного на Python, — PyPI. Данный репозиторий предоставляет средства для простой установки пакетов в операционную систему и стал стандартом де-факто для Python[13]. По состоянию на 2019 год в нём содержалось более 175 тысяч пакетов.

Python стал одним из самых популярных языков, он используется в анализе данных, машинном обучении, DevOps и веб-разработке, а также в других сферах, включая разработку игр. За счёт читабельности, простого синтаксиса и отсутствия необходимости в компиляции язык хорошо подходит для обучения программированию, позволяя концентрироваться на изучении алгоритмов, концептов и парадигм. Отладка же и экспериментирование в значительной степени облегчаются тем фактом, что язык является интерпретируемым. Применяется язык многими крупными компаниями, такими как Google или Facebook. По состоянию на октябрь 2021 года Python занимает первое место в рейтинге TIOBE популярности языков программирования с показателем 11,27%. «Языком года» по версии TIOBE Python объявлялся в 2007, 2010, 2018 и 2020 годах.

История

Python
Логотип, использовавшийся с 1990-х до 2006 года
Python
Гвидо Ван Россум
Задумка по реализации языка появилась в конце 1980-х годов, а разработка его реализации началась в 1989 году сотрудником голландского института CWI Гвидо ван Россумом. Для распределённой операционной системы Amoeba требовался расширяемый скриптовый язык, и Гвидо начал разрабатывать 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 группе новостей alt.sources. С самого начала Python проектировался как объектно-ориентированный язык.

Гвидо ван Россум назвал язык в честь популярного британского комедийного телешоу 1970-х «Летающий цирк Монти Пайтона», поскольку автор был поклонником этого телешоу, как и многие другие разработчики того времени, а в самом шоу прослеживалась некая параллель с миром компьютерной техники.

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.

3 декабря 2008 года, 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.

Дата окончания срока поддержки Python 2.7 первоначально была установлена на 2015 год, а затем перенесена на 2020 год из опасения, что большая часть существующего кода не может быть легко перенесена на Python 3. Поддержка Python 2 была направлена лишь на уже существующие проекты, новые проекты должны были использовать Python 3. Больше никаких исправлений безопасности или других улучшений для Python 2.7 не будет выпущено. С окончанием срока службы Python 2.x поддерживаются только Python 3.6.x и более поздние версии.

Концепция и философия

Python
Пиктограмма для файлов .py
Язык использует динамическую типизацию вместе с подсчётом ссылок и циклический сборщик мусора для менеджмента памяти. Также есть динамические разрешения имен (динамическое связывание), которые связывают имена методов и переменных во время выполнения программы.

Python предлагает поддержку функционального программирования в традициях Лиспа. Так, в Python есть функции filter, map и reduce; также из Лиспа были заимствованы понятия характеристик списков, ассоциативных массивов (словарей), множеств и генераторов списков. Стандартная библиотека содержит два модуля (itertools и functools), реализующие инструменты, заимствованные из Haskell и Standard ML.

Разработчики языка Python придерживаются определённой философии программирования, называемой «The Zen of Python» («Дзен Пито́на», или «Дзен Па́йтона»). Её текст выдаётся интерпретатором Python по команде import this (работает один раз за сессию). Автором этой философии считается Тим Петерс (Tim Peters).

  • Красивое лучше, чем уродливое.
  • Явное лучше, чем неявное.
  • Простое лучше, чем сложное.
  • Сложное лучше, чем запутанное.
….

Вместо того, чтобы встроить в ядро Python всю функциональность языка, он был спроектирован таким образом, чтобы быть легко расширяемым. Это сделало язык популярным средством добавления программируемых интерфейсов к существующим приложениям. Видение Гвидо Ван Россума маленького ядра с большой стандартной библиотекой и легко расширяемым интерпретатором проистекало из негативного опыта разработки языка ABC, который придерживался противоположного подхода.

Python стремится к более простому, менее громоздкому синтаксису и грамматике, предоставляя разработчикам выбор в их методологии кодирования. В отличие от девиза Perl «есть несколько способов сделать это», Python придерживается философии «должен существовать один — и, желательно, только один — очевидный способ сделать это». , член Python Software Foundation, и автор книг по Python пишет, что «Описывать что-то как „умное“ не считается комплиментом в культуре Python»[AutoNT-19].

Разработчики Python стремятся избежать преждевременной оптимизации и отвергают патчи к некритическим частям эталонной реализации CPython, которые могли бы предложить незначительное увеличение скорости за счёт понятности кода. Однако есть способы повышения производительности. Если в программе есть узкие места, связанные с выполнением ресурсоёмких операций на центральном процессоре, но не связанные с использованием операций ввода-вывода, то повысить производительность возможно за счёт трансляции программы при помощи Cython в язык Си и последующей компиляции[25]. Требовательные к вычислительным ресурсам части программы также можно переписывать на язык Си и подключать как отдельные библиотеки с привязками к Python.

Важная цель разработчиков Python — делать его забавным для использования. Это было отражено в названии языка, данном в честь Монти Пайтона. Также это отражено в иногда игривом подходе к обучающим программам и справочным материалам, таким как примеры программ из документаций, которые используют названия spam и eggs вместо использующихся в документации множества других языков foo и bar.

Портируемость

Python портирован и работает почти на всех известных платформах — от КПК до мейнфреймов. Существуют порты под Microsoft Windows, практически под все варианты UNIX (включая FreeBSD и Linux), Android, Plan 9, Mac OS и macOS, iPhone OS (iOS) 2.0 и выше, iPadOS, Palm OS, OS/2, Amiga, HaikuOS, AS/400, OS/390, Windows Mobile и Symbian.

По мере устаревания платформы её поддержка в основной ветви языка прекращается. Например, с версии 2.6 прекращена поддержка Windows 95, Windows 98 и Windows ME. В версии 3.5 перестала поддерживаться Windows XP В версии 3.9 перестала поддерживаться Windows Vista и Windows 7.

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 Python для виртуальной машины Java — Jython, что позволяет интерпретатору выполняться на любой системе, поддерживающей Java, при этом классы Java могут непосредственно использоваться из Python и даже быть написанными на Python. Также несколько проектов обеспечивают интеграцию с платформой Microsoft.NET, основные из которых — IronPython и Python.Net.

Типы и структуры данных

Python 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». К примитивным типам в Python относятся булевый, целое число произвольной точности, число с плавающей запятой и комплексное число. Из контейнерных типов в Python встроены: строка, список, кортеж, словарь и множество. 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.

Типы, используемые в Python
ТипИзменяемостьОписаниеПримеры
bool Неизменяемый Логический тип
bytearray Изменяемый Массив байтов

bytes Неизменяемый Массив байтов

complex Неизменяемый Комплексное число
dict Изменяемый Словарь (ассоциативный массив), представляет собой коллекцию пар «ключ—значение»; значение может быть любого типа, ключ должен иметь хешируемый тип
ellipsis Неизменяемый (элипсис). Используется в основном в NumPy для сокращённого задания среза многомерного массива. В самом Python присутствует для поддержки пользовательских типов и таких расширений, как NumPy

Для NumPy:
,
что эквивалентно
float Неизменяемый Число с плавающей запятой. Степень точности зависит от платформы, но на практике обычно реализуется в виде 64-битного 53-разрядного числа
frozenset Неизменяемый Неупорядочное множество, не содержит дубликатов; может содержать внутри себя различные хешируемые типы данных
int Неизменяемый Целое число неограниченного размера
list Изменяемый Список, может содержать внутри себя различные типы данных
NoneType Неизменяемый Объект, представляющий собой отсутствие значения, часто называемый в других языках.
NotImplementedType Неизменяемый Объект, который возвращается при перегрузке операторов, когда типы операндов не поддерживаются.
range Неизменяемый Последовательность целых чисел от какого-то одного значения до другого, обычно используется для повторения операции несколько раз при помощи for
set Изменяемый Неупорядочное множество, не содержит дубликатов; может содержать внутри себя различные хешируемые типы данных
str Неизменяемый Строковый тип

"""Spanningmultiplelines"""
tuple Неизменяемый Кортеж. Может содержать внутри себя различные типы данных. Может использоваться в качестве неизменяемого списка и в качестве записей с неименованными полями В качестве неизменяемого списка:



В качестве записей:

Синтаксис и семантика

Язык обладает чётким и последовательным синтаксисом, продуманной модульностью и масштабируемостью, благодаря чему исходный код написанных на Python программ легко читаем. При передаче аргументов в функции Python использует вызов по соиспользованию (call-by-sharing).

Операторы

Набор операторов достаточно традиционен.

Система отступов

Одной из интересных синтаксических особенностей языка является выделение блоков кода с помощью отступов (пробелов или табуляций), поэтому в Python 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. Тем, кто привык программировать на языках с явным выделением начала и конца блоков, такое поведение поначалу может показаться неинтуитивным и неудобным.

Сам Гвидо писал:

Наверное, самой спорной особенностью Python является использование отступов для группировки операторов, что взято непосредственно из ABC. Это одна из особенностей языка, которая дорога моему сердцу. Это делает код Python более читабельным двумя способами. Во-первых, использование отступов уменьшает визуальное нагромождение и делает программы короче, тем самым сокращая объем внимания, необходимого для восприятия базовой единицы кода. Во-вторых, это даёт программисту меньше свободы в форматировании, тем самым делая возможным более единообразный стиль, что облегчает чтение чужого кода. (Сравните, например, три или четыре различных соглашения о размещении фигурных скобок в Си, каждое из которых имеет сильных сторонников).

Выражения

Состав, синтаксис, ассоциативность и приоритет операций достаточно привычны для языков программирования и призваны минимизировать употребление скобок. Если сравнивать с математикой, то приоритеты операторов зеркалируют соответствующие в математике, при этом оператор присвоения значения = соответствует типографскому . Хотя приоритеты операций позволяют не использовать скобки во многих случаях, на анализ больших выражений может тратиться лишнее время, в результате чего в таких случаях выгоднее явно расставлять скобки.

Отдельно стоит упомянуть операцию форматирования для строк (работает по аналогии с функцией printf из Си), которая использует тот же символ, что и взятие остатка от деления: >>> str_var = "world" >>> print("Hello, %s" % str_var) Hello, world

В версии 3.6 были добавлены форматированные строковые литералы, или f-строки, которые делают код более читаемым и лаконичным: >>> str_var = "world" >>> print(f"Hello, {str_var}") # вывод с использованием f-строки Hello, world 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 и Юникод-строка одновременно" 'строка и Юникод-строка одновременно' """тоже строка и Юникод-строка одновременно""" True or False # булевы литералы 3.14 # число с плавающей запятой 0b1010 + 0o12 + 0xA # числа в двоичной, восьмеричной и шестнадцатеричной системах счисления 1 + 2j # комплексное число [1, 2, "a"] # список (1, 2, "a") # кортеж {'a': 1, 'b': 'B'} # словарь {'a', 6, 8.8} # множество lambda x: x**2 # анонимная функция (i for i in range(10)) # генератор

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 . При этом индекс можно не указывать. Например, запись s[:M] означает, что в срез попадают все элементы с самого начала; запись s[N:] означает, что попадают все элементы до конца среза; запись s[:] означает, что попадают все элементы с начала и до конца.

Имена

Имя (идентификатор) может начинаться с буквы любого алфавита в Юникоде 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.

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.

Строки документации

Python предлагает механизм документирования кода pydoc. В начало каждого модуля, класса, функции вставляется строка документации — ''''. Строки документации остаются в коде на момент времени исполнения, и в язык встроен доступ к документации(переменная __doc__), что используется современными IDE (Интегрированная среда разработки) (например, Eclipse).

В интерактивном режиме можно получить помощь, сгенерировать гипертекстовую документацию по целому модулю или даже применить '''' для автоматического тестирования модуля.

Парадигмы программирования

Python — мультипарадигмальный язык программирования. Полностью поддерживаются объектно-ориентированное, структурное, обобщённое, функциональное программирование и метапрограммирование. Базовая поддержка аспектно-ориентированного программирования реализуется за счёт метапрограммирования. Множество других методик, в том числе контрактное и логическое программирование можно реализовать с помощью расширений.

Объектно-ориентированное программирование

Дизайн языка Python построен вокруг объектно-ориентированной модели программирования. Реализация ООП в Python является хорошо продуманной, но вместе с тем достаточно специфической по сравнению с другими объектно-ориентированными языками. В языке всё является объектами — либо экземплярами классов, либо экземплярами метаклассов. Исключением является базовый встроенный метакласс type. Таким образом, классы на самом деле являются экземплярами метаклассов, а производные метаклассы являются экземплярами метакласса type. Метаклассы являются частью концепции метапрограммирования и предоставляют возможность управления наследованием классов, что позволяет создавать абстрактные классы, регистрировать классы или добавлять в них какой-либо программный интерфейс в рамках библиотеки или фреймворка.

Классы по своей сути представляют план или описание того, как создать объект, и хранят в себе описание атрибутов объекта и методов для работы с ним. Парадигма ООП основывается на инкапсуляции, наследовании и полиморфизме. Инкапсуляция в Python представлена возможностью хранения публичных и скрытых атрибутов (полей) в объекте с предоставлением методов для работы с ними, при этом на самом деле все атрибуты являются публичными, но для пометки скрытых атрибутов существует соглашение об именовании. Наследование позволяет создавать производные объекты без необходимости повторного написания кода, а полиморфизм заключается в возможности переопределения любых методов объекта (в Python все методы являются виртуальными), а также в перегрузке методов и операторов. Перегрузка методов в Python реализуется за счёт возможности вызова одного и того же метода с разным набором аргументов. Особенностью Python является возможность модифицировать классы после их объявления, добавляя в них новые атрибуты и методы, также можно модифицировать и сами объекты, в результате чего классы могут использоваться как структуры для хранения произвольных данных.

В Python поддерживается множественное наследование. Само по себе множественное наследование является сложным, и его реализации сталкиваются с проблемами разрешения коллизий имён между родительскими классами и с возможным повторным наследованием от одного и того же класса в иерархии. В Python методы вызываются согласно порядку разрешения методов (MRO), который основан на алгоритме C3-линеаризации, в обычных случаях при написании программ не требуется знать принцип работы данного алгоритма, понимание же может потребоваться при создании нетривиальных иерархий классов.

Возможности и особенности, специфичные для Python:

Обобщённое программирование

Языки с поддержкой динамической типизации и объектно-ориентированного программирования обычно не рассматриваются в рамках обобщённого программирования, поскольку задачи обобщённого программирования решаются за счёт отсутствия ограничений на типы данных. В Python обобщённое программирование со строгой типизацией достигается использованием средств языка совместно со внешними анализаторами кода, такими как Mypy.

Функциональное программирование

Несмотря на то, что Python изначально не задумывался как язык функционального программирования, Python поддерживает программирование в стиле функционального программирования, в частности:

Однако, в отличие от большинства языков, непосредственно ориентированных на функциональное программирование, Python не является чистым языком программирования и код не защищён от побочных эффектов.

В стандартной библиотеке Python существуют специальные пакеты operator и functools для функционального программирования.

Метапрограммирование

Python поддерживает метапрограммирование.

Возможности

Модули и пакеты

Программное обеспечение (приложение или библиотека) на Python 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» Python, 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.

Интроспекция

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.

Необходимые для интроспекции данные хранятся в специальных атрибутах. Так, например, получить все пользовательские атрибуты большинства объектов можно из специального атрибута — словаря (или другого объекта, предоставляющего интерфейс dict) __dict__

>>> class x(object):pass .... >>> f = x >>> f.attr = 12 >>> print(f.__dict__) {'attr': 12} >>> print(x.__dict__) # т.к. классы тоже являются экземплярами объекта type # то и они поддерживают этот тип интроспекции {'__dict__': , '__module__'.......

Есть также другие атрибуты, имена и назначение которых зависят от объекта:

>>> def f:pass .... >>> f.func_code.co_code # получение байтокода функции 'd\x00\x00S' >>> f.__class__ # специальный атрибут - ссылка на класс данного объекта

Подавляющее большинство атрибутов, поддерживающих интроспекцию, является классовым, и их, в свою очередь, можно получить из obj.__class__.__dict__. Часть информации, унаследованную от базового класса, все объекты используют совместно, что позволяет экономить память.

Для удобства получения интроспективной информации в Python есть модуль inspect.

>>> def f(x,y = 10,**mp):pass ... >>> inspect.getargspec(f) (['x', 'y'], None, 'mp', (10,))

С помощью модуля new возможен обратный процесс — построения объекта из составных частей на этапе исполнения

>>> def f(i): return j + i .... >>> j = 2 >>> f(1) 3 >>> import new >>> g = new.function(f.func_code, {'j': 23}) >>> g(1) 24

Обработка исключений

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, …) as 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, …) as Переменная: # Количество блоков except не ограничено 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).

Итераторы

В программах на Python широко используются итераторы. Цикл for может работать как с последовательностью, так и с итератором. Большинство коллекций предоставляют итераторы, итераторы могут также определяться пользователем для собственных объектов. Модуль itertools стандартной библиотеки содержит средства работы с итераторами.

Генераторы

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: .

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 цикле for) генератор продолжает исполнение функции от предыдущей точки остановки 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 range(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.

Также Python поддерживает вложенные генераторы. Например, для создания двумерного массива нужно разместить генератор списка, являющегося строкой, внутри генератора всех строк: [[0 for j in range(m)] for i in range(n)]

Управление контекстом выполнения

В Python 2.5 появились средства для управления контекстом выполнения блока кода — оператор with и модуль contextlib. См.: .

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.

Декораторы

Декораторы функций — вызываемые объекты, которые принимают другую функцию в качестве аргумента. Декораторы функций могут производить операции с функцией и возвращают либо саму функцию, либо другую заменяющую её функцию или вызываемый объект. То есть, если в коде ранее был прописан декоратор, названный decorate, то следующий код:

: @decorate def target: print('running target')

эквивалентен этому:

: def target: print('running target') target = decorate(target)

Пример использования декоратора функции:

: >>> def deco(func): ... def inner: ... print('running inner') ... return inner … >>> @deco ... def target: ... print('running target') >>> target running inner >>> target .inner at 0.10063b598>

Существуют декораторы классов.

Регулярные выражения

Формат регулярных выражений унаследован из Perl с некоторыми отличиями. Для их использования требуется импортировать модуль re, являющийся частью стандартной библиотеки.

Библиотеки

Стандартная библиотека

Python
Python поставляется «с батарейками в комплекте». Такую метафору использовали разработчики, чтобы подчеркнуть богатую стандартную библиотеку языка A.M. Kuchling]] . PEP 206 -- Python Advanced Library ↗ , Python.org ''  (). Архивировано ↗ . Дата обращения .

Богатая стандартная библиотека является одной из привлекательных сторон Python. 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.

Модули расширения и программные интерфейсы

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 данных DB-API 2 и разработаны соответствующие этой спецификации пакеты для доступа к различным СУБД: Oracle, MySQL, PostgreSQL, Sybase, Firebird (Interbase), Informix, Microsoft SQL Server 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. Для Python 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 иногда достичь производительности научных расчётов, сравнимой со специализированными пакетами. SciPy использует NumPy и предоставляет доступ к обширному спектру математических алгоритмов (матричная алгебра — BLAS уровней 1—3, LAPACK, БПФ…). Numarray специально разработан для операций с большими объёмами научных данных.

WSGI — 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 Python. Возможности этого и других инструментов варьируются от автоматической генерации (C/C++/Fortran)-Python интерфейсов по специальным файлам (SWIG, pyste, SIP, pyfort), до предоставления более удобных API (boost::python[50], CXX, Pyhrol и др.). Инструмент стандартной библиотеки ctypes позволяет программам Python 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, weave).

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, 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).

Графические библиотеки

С Python поставляется библиотека tkinter на основе Tcl/Tk для создания кроссплатформенных программ с графическим интерфейсом.

Существуют расширения, позволяющие использовать все основные библиотеки графических интерфейсов — wxPython, основанное на библиотеке wxWidgets, PyGObject 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, копирующей семантику С-библиотеки для OpenGL. Есть также PyOgre, обеспечивающая привязку к Ogre — высокоуровневой объектно-ориентированной библиотеке 3D-графики. Кроме того, существует библиотека pythonOCC, обеспечивающая привязку к среде 3D-моделирования и симуляции OpenCascade.

Для работы с растровой графикой используется библиотека Python Imaging Library.

Для работы с векторной графикой используется PyCairo.

Контроль типов и перегрузка функций

Существуют модули, позволяющие контролировать типы параметров функций на этапе исполнения, например, typecheck или method signature checking decorators. 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.

Перегрузка функций реализована различными сторонними библиотеками, в том числе PEAK. Планы, которые не были приняты, по поддержке перегрузки в Python3000 были частично реализованы в библиотеке overloading-lib[66].

Примеры программ

В статье «» Викиверситета собраны примеры небольших программ, демонстрирующих некоторые возможности языка Python и его стандартной библиотеки.

Программа «Hello World!» может быть написана одной строкой: print("Hello World!")

Вычисление факториала числа 10 (10!): def factorial(n): if n < 0: raise ArithmeticError('Факториал отрицательного числа.') f = 1 for i in range (2, n + 1): f *= i return f

print(factorial(10)) # 3628800

Реализация с помощью рекурсии: def factorial(n): if n < 0: raise ArithmeticError('Факториал отрицательного числа.') if (n

0) or (n

1): return 1 else: return factorial(n - 1) * n

print(factorial(10))

Профилирование и оптимизация кода

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 Python имеются свои приёмы 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 для опытных программистов правил.

Python имеет следующие особенности и связанные с ними правила оптимизации.

Инструмент под названием Pychecker поможет проанализировать исходный код на Python 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 призван решать близкие задачи, но имеет уклон в сторону проверки стиля кода, поиска кода с запашком.

Сравнение с другими языками

Выбор языка обычно зависит от решаемых задач, особенностей языков и наличия библиотек, требуемых для решения задачи. Одна и та же задача, написанная на разных языках может сильно разниться по эффективности исполнения, в том числе различия могут быть и при исполнении в разных операционных системах или при использовании разных компиляторов. В общем случае языки можно поделить на интерпретируемые (скриптовые), компилируемые в промежуточное представление и компилируемые, что влияет на производительность и потребление памяти. Python принято относить к интерпретируемым. Также отдельные языки могут иметь свои сильные стороны, в случае Python выделяется лёгкость в написании программ.

C++ и Java

Python сравнивается с C++/Java с точки зрения лаконичности, простоты и гибкости Python. Можно сравнить «Hello, world»-программы, записанные на каждом из языков.

{| class="wikitable" |+ Сравнение программ «Hello, world!» |- ! C++ !! Java !! Python |- |

  1. include
int main { std::cout << "Hello, world!" << std::endl; return 0; } || public class HelloClass { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello, world!"); } } || print("Hello, world!") |}

Касательно ООП в Python в отличие от C++ и Java отсутствуют модификаторы доступа к полям и методам класса, атрибуты и поля у объектов могут создаваться на лету в ходе исполнения программы, а все методы являются виртуальными. По сравнению с Java Python позволяет также перегружать операторы, что даёт возможность использовать выражения близкие к естественным. В совокупности подход к ООП в Python упрощает программирование, делает код более понятным и одновременно добавляет гибкости языку. С другой стороны, скорость выполнения кода на Python (как и других интерпретируемых языков) значительно ниже, чем скорость выполнения аналогичного кода на C++ и обычно ожидается ниже, чем в Java. Код на C++ получается производительнее Python, при этом занимает больше строк. Согласно исследованиям алгоритов, применяемых в биоинформатике, Python показал себя более гибким чем C++, а Java оказалась компромиссным решением между производительностью C++ и гибкостью Python.

В Java и Python все объекты создаются в куче, в то время как C++ позволяет создавать объекты как в куче, так и на стеке, в зависимости от используемого синтаксиса. На производительность также влияет способ доступа к данным в памяти. В C++ и Java доступ к данным происходит по постоянным смещениям в памяти, в то время как в Python — через хеш-таблицы. Использование указателей в C++ может быть довольно сложным для понимания среди новичков, и овладение навыками правильного использования указателей может занять некоторое время.

Go

Go и Python — кардинально различающиеся языки, тем не менее, они часто сравниваются один с другим из-за общей ниши — бэкэнда веб-приложений. По выражению Джейсона Кинкэйда, Go объединяет «производительность и безопасность компилируемых языков, таких как C++, со скоростью разработки на динамических языках, таких как Python»[AutoNT-94]. В какой-то мере это действительно так: Go изначально разработан как строго статически типизированный компилируемый язык, поддерживающий максимум возможностей динамических языков, при котором ещё можно обеспечить эффективную компиляцию и сохранить производительность компилируемых программ. Общими для обоих языков является использование автоматического управления памятью, наличие встроенных динамических коллекций (массивов и словарей), поддержка срезов, развитый механизм модулей, простой и минималистичный синтаксис. Различий гораздо больше, и не всегда можно однозначно указать, в пользу какого из языков они говорят.

; Динамические возможности. : Если Python является полностью динамическим языком и практически любые элементы программы могут меняться во время исполнения, включая конструирование «на лету» новых типов и модификацию существующих, то Go — статический язык с достаточно ограниченными возможностями рефлексии, работающей только в отношении созданных при разработке типов данных. В некоторой мере заменой динамических возможностей в Go является кодогенерация, обеспечиваемая простотой синтаксиса и наличием необходимых инструментов и системных библиотек. Также в версии Go 2.0 планируется добавить поддержку средств обобщённого программирования (generics).

; Объектно-ориентированное программирование. : Python построен по идеологии «всё-объект» и имеет множество механизмов ООП, в том числе редких и нетипичных. Gо — вполне типичный модульный процедурный язык программирования, возможности ООП в котором ограничиваются поддержкой интерфейсов и возможностью встраивания структур и интерфейсов. По сути, в Go нет даже полноценного наследования. Поэтому если Python поощряет программирование в ООП-стиле, с построением древовидных зависимостей между классами и активным использованием наследования, то Go ориентирован на компонентный подход: поведение компонентов задаётся интерфейсами, которые могут быть даже не связаны между собой, а реализация интерфейсов размещается в типах-структурах. «Утиная типизация», реализованная в Go, приводит к тому, что между интерфейсами и реализующими их структурами нет даже формальных синтаксических связей.

; Параллельное программирование. : В поддержке параллельного программирования Python существенно уступает Go. Прежде всего, GIL в Python является препятствием для эффективного использования систем с большим числом (десятки и более) физических процессорных ядер. Другой проблемой является отсутствие эффективных встроенных средств взаимодействия параллельных потоков. Go содержит языковой примитив goroutine, позволяющий создавать «легковесные» потоки, и поддерживаемые на уровне синтаксиса каналы, обеспечивающие взаимодействие потоков. В результате при создании, например, систем массового обслуживания на Go не составляет проблемы использование сотен и даже тысяч одновременно существующих потоков, причём с обеспечением нормальной загрузки любого количества доступных процессорных ядер, тогда как ни одна из существующих реализаций Python эффективную работу такого количества потоков не обеспечит.

; Обработка ошибок, исключения. : Python поддерживает обработку исключений, тогда как Go реализует механизмы явного возврата кодов ошибок из функций и обработки их в месте вызова. Оценка этого различия может быть разной. С одной стороны, исключения являются удобным и привычным механизмом обработки программных ошибок, позволяющим сосредоточить эту обработку в выделенных фрагментах кода, а не «размазывать» её по всему тексту программы. С другой стороны, авторы Go считают, что программисты слишком часто игнорируют обработку ошибок, полагаясь на то, что возникшее исключение будет обработано в другом месте; в распределённых приложениях исключения часто не передаются между компонентами системы и приводят к неожиданным отказам, а в многопоточных приложениях необработанное исключение в потоке может привести к блокировке или, наоборот, к краху программы.

; Изобразительные возможности, синтаксис. : Python предоставляет большее число удобных для быстрой разработки языковых возможностей и примитивов, чем Go. Во многом это связано с тем, что разработчики Go сознательно отказались от включения в язык некоторых «модных» средств, одни из которых сочли провоцирующими ошибки, другие — маскирующими заведомо неэффективную реализацию. Например, наличие в языке простой операции вставки элемента в середину массива провоцирует на её частое использование, а каждая такая операция требует, как минимум, перемещения «хвоста» массива в памяти, а иногда может требовать выделения памяти и перемещения всего массива.

; Производительность. : По производительности в большинстве тестов, реализующих типичные наборы операций бэкэнда (обработка запросов, генерация веб-страниц), Go превосходит Python на величину от нескольких раз до нескольких порядков. Это неудивительно ввиду статического характера языка и того, что программы на Go компилируются непосредственно в код целевой платформы. В системах, где основное затрачиваемое время уходит на выполнение запросов к БД или передачу информации по сети, это несущественно, но в высоконагруженных системах, обрабатывающих большое число запросов, преимущество Go бесспорно. Также на разницу в производительности Go- и Python-программ влияют отмеченные выше различия в реализации параллелизма.

Perl

Оба языка являются интерпретируемыми, компилируются в промежуточное представление, которое затем отправляется на исполнение. В случае Python генерируется промежуточный байт-код, а компилятор Perl генерирует синтаксическое дерево. Управление памятью в обоих языках автоматическое, а сами языки используются как скриптовые и хорошо подходят для написания веб-приложений. Подход в написания кода Python предполагает лучшее понимание листинга программы в ущерб производительности, тогда как в Perl больше свободы в синтаксисе, что может привести к тому что программы на Perl становятся нечитабельны для программистов, не работающих с данным языком.

Lua

Lua — простой язык, исходно разработанный для встраивания в ПО и использования для автоматизации сложных операций (таких, как поведение ботов в компьютерных играх). Python также может применяться в этих областях, ещё он конкурирует с Lua в написании скриптов автоматизации управления компьютером и операционной системой и в непрофессиональном программировании «на себя». В последние годы оба языка стали встраиваться в мобильные устройства, например, в программируемые калькуляторы.

Оба языка являются динамическими, интерпретируемыми, поддерживают автоматическое управление памятью, имеют стандартные средства взаимодействия с ПО, написанным на других языках (главным образом C и C++). Среда исполнения Lua компактнее и требует для работы меньше ресурсов, чем Python, что даёт Lua преимущество при встраивании. Как и Python, Lua поддерживает компиляцию исходного текста в исполняемый виртуальной машиной байт-код. Существует реализация JIT-компилятора для Lua.

Lua проще, чем Python, и имеет более классический паскалеподобный синтаксис. В языке всего восемь встроенных типов данных, а все структурированные типы (структуры, перечисления, массивы, множества) моделируются на основе единственного встроенного типа «таблица», который фактически является гетерогенным словарём. ООП реализуется на таблицах и строится по прототипной модели, как в JavaScript. Python предоставляет больше возможностей, а его структурированные типы данных имеют каждый свою реализацию, что повышает производительность. Возможности ООП в Python существенно шире, что даёт преимущество при написании сложных программ, но мало влияет на качество и производительность простых скриптов, на которые ориентирован Lua.

MATLAB и R

Python, MATLAB и R используются в обработке данных и в обучении студентов основам математики и статистики. R является языком для выполнения статистических расчётов, в то время как MATLAB может считаться языком программирования наряду с Python.

Языки, на которые повлиял Python

Python, как весьма популярный язык программирования, повлиял на следующие языки:

Критика

Низкое быстродействие

Классический Python имеет общий со многими другими интерпретируемыми языками недостаток — сравнительно невысокую скорость выполнения программ. В некоторой степени ситуацию улучшает сохранение байт-кода (расширения .pyc и, до версии 3.5, .pyo), которое позволяет интерпретатору не тратить время на синтаксический разбор текста модулей при каждом запуске.

Существуют реализации языка Python, вводящие высокопроизводительные виртуальные машины (ВМ) в качестве бэкенда компилятора. Примерами таких реализаций может служить PyPy, базирующийся на RPython; 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. Однако нельзя забывать, что динамический характер Python делает неизбежными дополнительные накладные расходы при исполнении программ, что ограничивает производительность Python-систем независимо от применяемых технологий. Вследствие этого для написания критических участков кода используются низкоуровневые языки, интеграция с которыми обеспечивается множеством программ и библиотек (см. выше).

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 портирован на некоторые относительно малопроизводительные платформы.

Глобальная блокировка интерпретатора (GIL)

Python
Схематичное изображение работы потоков под GIL. Зелёный — поток, удерживающий GIL, красные — блокированные потоки

Интерпретатор Python в CPython (а также Stackless и PyPy) использует потоко-небезопасные данные, во избежание разрушения которых при совместной модификации из разных потоков применяется глобальная блокировка интерпретатора — GIL (Global Interpreter Lock): в ходе исполнения кода поток интерпретатора блокирует GIL, выполняет в течение фиксированного времени (по умолчанию 5 миллисекунд) некоторое количество инструкций, после чего освобождает блокировку и приостанавливается, давая возможность работать другим потокам. GIL также освобождается во время ввода-вывода, изменения и проверки состояния синхронизирующих примитивов, при исполнении кода расширений, не обращающихся к данным интерпретатора, например, NumPy/SciPy. Таким образом, в каждый момент времени в одном процессе интерпретатора Python может исполняться только один поток кода на Python, независимо от числа доступных процессорных ядер.

Потери производительности от GIL зависят от характера программ и архитектуры системы. Большинство программ является однопоточными, либо запускает всего несколько потоков, из которых часть в каждый конкретный момент простаивает в ожидании. Персональные компьютеры обычно имеют небольшое количество процессорных ядер, которые загружены параллельно исполняющимися в системе процессами, так что реальные потери производительности на персональных компьютерах из-за GIL невелики. Но в серверных приложениях может быть удобно использовать десятки и сотни (а то и больше) параллельных потоков (например, в системах массового обслуживания, где каждый поток обрабатывает данные для отдельного пользовательского запроса), а серверы на конец 2010-х годов нередко имеют десятки и даже сотни процессорных ядер, то есть технически могут обеспечить этим потокам физически одновременное исполнение; в таких условиях GIL может приводить к действительно значительному снижению общей производительности, так как лишает программу возможности полноценно использовать ресурсы многоядерных систем.

Гвидо ван Россум говорил, что GIL «не так уж и плох» и он будет в CPython до тех пор, пока «кто-то другой» не представит реализацию Python без GIL, с которой бы однопоточные скрипты работали так же быстро.

В задачи разработки входит работа по оптимизации GIL. Отказ от GIL в ближайшем будущем не планируется, так как альтернативные механизмы на однопоточных приложениях, которых большинство, работают медленнее или потребляют больше ресурсов:

Радикальным вариантом решения проблемы может быть переход на Jython и IronPython, работающие на виртуальных машинах Java и .NET/Mono: эти реализации вообще не используют GIL.

Синтаксис и семантика

Несмотря на то, что одним из заявленных принципов дизайна Python является принцип наименьшего удивления, критики отмечают целый ряд архитектурных решений, которые могут вводить в заблуждение или вызывать недоумение у программистов, привыкших к другим распространённым языкам[pitfalls]. В их числе:

>>> x = [1, 2] >>> y = x >>> x += [3, 4] >>> x [1, 2, 3, 4] >>> y [1, 2, 3, 4] Аналогичный пример с использованием x = x +: >>> x = [1, 2] >>> y = x >>> x = x + [3, 4] >>> x [1, 2, 3, 4] >>> y [1, 2] class Colored: color = "red"

obj1 = Colored print(obj1.color) # выводится исходное значение поля КЛАССА Colored.color = "green" # изменение поля КЛАССА print(obj1.color) # выводится значение поля КЛАССА obj1.color = "blue" # изменяется поле ОБЪЕКТА и фиксируется его значение Colored.color = "yellow" # изменение поля КЛАССА, которое уже не отразится на объекте print(obj1.color) # выводится поле ОБЪЕКТА

  1. Скрипт выведет:
red green blue : В примере выше три раза выводится поле color объекта obj1 класса Colored. При этом пока не выполнена запись в это поле, выводится текущее значение поля класса, и в третий раз — значение поля объекта. Такое сохранение связи между полем объекта и класса до первой перезаписи может стать причиной неожиданного эффекта: если в программе меняется значение поля класса, то все объекты, одноимённые поля которых ещё не перезаписаны, окажутся неявно изменены.

Невозможность модификации встроенных классов

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. Также это избавляет от многих потенциальных ошибок при неконтролируемом динамическом переопределении встроенных типов.

Реализации

CPython

CPython является основной реализацией языка. Он написан на языке Си и является переносимым на разные платформы. В основе управления памятью лежит использование комбинации счётчиков ссылок и сборщика мусора, ответственного за поиск циклических захватов ссылок. Хотя язык считается интерпретируемым, на самом деле он компилируется в промежуточный высокоуровневый байт-код, который затем исполняется через стековую виртуальную машину. Например, вызов функции print может быть представлен в следующем видеПолучено с помощью dis.dis('print("Hello World!")').:

1 0 LOAD_NAME 0 (print) 2 LOAD_CONST 0 ('Hello World!') 4 CALL_FUNCTION 1 6 RETURN_VALUE

Имена в языке имеют позднее связывание, в результате чего можно писать обращения к переменным, методам и атрибутам, которых ещё нет, но они должны быть объявлены на момент исполнения кода, использующего их. Каждый объект в Python имеет словарь, представленный хеш-таблицей, через который происходит сопоставление названий атрибутов их значениям. Глобальные переменные также сопоставляются через словарь. Одно обращение к методу или атрибуту может сопровождаться поочерёдным поиском в нескольких словарях.

PyPy

PyPy — реализация Python, написанная на RPython (подмножество Python, имеющее намного меньше динамических возможностей). 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 RPython в Си, в результате чего достигается скорость, приемлемая для использования (в 2—3 раза ниже, чем CPython при отключённом JIT для версии 0.9.9). По умолчанию PyPy поставляется со встроенным JIT-компилятором, с помощью которого он способен работать намного быстрее, чем CPython.

Jython

Jython — реализация Python, компилирующая код на Python в байт-код Java, который может быть выполнен JVM. Также может использоваться для импорта класса, исходный код которого был написан на Java в качестве модуля для Python.

Другие реализации

Существуют также другие реализации.

Специализированные подмножества/расширения Python

На основе Python было создано несколько специализированных подмножеств языка, в основном предназначенных для статической компиляции в машинный код. Некоторые из них перечислены ниже.

Инструменты поддержки программирования

Интерактивный режим

Подобно Лиспу и Прологу, Python может использоваться в интерактивном режиме, при котором введённые с клавиатуры операторы сразу же выполняются, а результат выводится на экран (REPL). Этот режим удобен как при изучении языка, так и в процессе профессиональной разработки — для быстрого тестирования отдельных фрагментов кода, — так как обеспечивает немедленную обратную связь. Также он позволяет использовать интерпретатор в качестве калькулятора с большим набором функций.

: >>> from math import * # импорт математических функций >>> help(sorted) # помощь по функции sorted Help on built-in function sorted in module builtins:

sorted(iterable, /, *, key=None, reverse=False) Return a new list containing all items from the iterable in ascending order. . . .

Почти все IDE для Python поддерживают REPL для быстрого тестирования.

IDE

Python
IDLE
Существует несколько специализированных IDE для разработки на Python. Помимо этого, существуют плагины для поддержки программирования на Python для универсальных IDE Eclipse, KDevelop и Microsoft Visual Studio, а также имеется поддержка подсветки синтаксиса, автодополнения кода и подключения средств отладки и запуска приложений для целого ряда распространённых текстовых редакторов.

Применение

Python
Python Powered
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 является лёгким в изучении языком, и часто изучается как первый язык, в том числе используется при обучении детей программированию. Как первый язык он хорошо подходит, поскольку программы на нём близки к естественному языку, на котором люди привыкли думать, а для написания корректной программы требуется минимальное количество ключевых слов. В других же языках, таких как C++, существует большое количество различных синтаксических конструкций и элементов языка, которым приходится уделять внимание вместо изучения алгоритмов.

Являясь приложением с открытым исходным кодом, интерпретатор Python используется по всему миру и поставляется в составе операционных систем на базе Linux, а также в компьютерах от фирмы Apple. Python популярен среди индивидуальных разработчиков, но также используется крупными компаниями в достаточно серьёзных продуктах, ориентированных на получение прибыли[:0]. На Python написан Reddit. В Dropbox также активно применяется Python, а из-за сложностей динамической типизации и огромного количества кода компания перешла к статической типизации с помощью открытого проекта Mypy Также Python активно используется в Facebook и Instagram. Многие компании используют Python для тестирования аппаратного обеспечения, среди этих компаний значатся Intel, Cisco, Hewlett-Packard и IBM. Industrial Light & Magic и Pixar используют его при создании анимационных фильмов[:0].

Язык активно используется компанией Google в её поисковой системе, а Youtube в значительной степени написан с использованием Python[109][:0]. Кроме того, Google спонсирует разработку Python с 2010 года[:20][110], и поддержку PyPI, основной системы распространения пакетов для Python[:20][111].

Сильными сторонами Python являются его модульность и возможность интегрироваться с другими языками программирования, в том числе в составе сложных комплексных приложений и систем. Сочетание простоты и лаконичности с большим количеством возможностей делает Python удобным в качестве скриптового языка. Многие проекты предоставляют прикладной интерфейс программирования на Python для написания скриптов, например, среды 3D-моделирования Autodesk Maya[:0], Blender и Houdini, а также свободная геоинформационная система QGIS. Некоторые проекты реализуют базовую часть на более производительных языках программирования, а для упрощения работы предоставляют полноценный интерфейс прикладного программирования на Python. Так, движок свободного видеоредактора OpenShot реализован в виде библиотеки libopenshot, написанной на C++ с использованием библиотек на Си, а все возможности полностью покрыты прикладным интерфейсом программирования Python. Агентство национальной безопасности США использует Python для анализа данных, а NASA использует его при выполнении научных задач[:0]. Из инструментов, используемых в NASA, можно отметить свободный графический симулятор сети , который также хорошо зарекомендовал себя в корпоративной среде и используется в технологических компаниях, например, в Intel. На Python написана также свободная популярная программа нарезки 3D моделей для печати на 3D-принтерах Cura.

Python с пакетами NumPy, SciPy и MatPlotLib активно используется как универсальная среда для научных расчётов в качестве замены распространённым специализированным коммерческим пакетам, таким как Matlab, предоставляя аналогичную функциональность и более низкий порог вхождения. По большей части на Python написана также графическая программа , позволяющая создавать качественные графики, готовые для размещения в научных публикациях. Библиотека Astropy — популярный инструмент для астрономических расчётов.

Также Python подходит для выполнения нестандартных или сложных задач в системах сборки проектов, что обусловлено отсутствием необходимости предварительной компиляции исходных файлов. В проекте Google Test он используется для генерации исходного кода mock-объектов для классов языка C++.

Интерпретатор Python может использоваться в качестве мощной командной оболочки и скриптового языка для написания командных файлов ОС. Лёгкость обращения из Python-скриптов к внешним программам и наличие библиотек, дающих доступ к управлению системой, делают Python удобным инструментом для системного администрирования. Он широко используется для этой цели на платформе Linux: обычно Python поставляется с системой, во многих дистрибутивах инсталляторы и визуальный интерфейс системных утилит написаны именно на Python. Используется он и в администрировании других Unix-систем, в частности, в Solaris и macOS. Кроссплатформенность самого языка и библиотек делает его привлекательным для унифицированной автоматизации задач системного администрирования в гетерогенных средах, где совместно применяются компьютеры с операционными системами различных типов.

Будучи языком общего назначения Python применим почти во всех сферах деятельности. Фактически Python используется практически любой солидной компанией тем или иным образом как для выполнения текущих задач, так и в тестировании, администрировании или в разработке программных продуктов[:0].

См. также

Примечания

Ссылки