编程入门 02——为什么是 Python，表达式和语句

注意——学习编程和学习其他科学技术的一个最大的区别是，程序是可以实际执行的，你应当像玩一个沙盒游戏一样，去进行各种尝试。通过实验去自己发现新东西，这事情其实蛮好玩的。所谓知行合一，在编程的学习上可谓体现地淋漓尽致。

安装 Python，VSCode

关于 Python 和 VSCode 的安装，以及如何打开 Python 的交互式执行环境，网上有现成的教程可用，我就不再重复了。切记，下面的内容一定要实操。

也有一些在线环境可以让你学习 Python，比如 https://jupyter.org/try-jupyter/lab/，你点击这个按钮：

点击这个

然后在其中编辑和执行你的代码，注意这些代码是可以分块执行的，对测试来说很方便：

点击这个按钮去执行代码

为什么是 Python

Python 是解释型语言

编程语言主要可以分为两类——解释型语言和编译型语言。

编译型语言的特点是，它的代码无法直接执行，而是需要经过一个被称为编译的步骤，将人类可读的代码，转换为机器可读的二进制代码。因此，编译型语言相对来说使用较麻烦。

而解释型语言的特点是，它的代码是可以被一行一行地直接执行的，解释型语言相对来说会稍微慢一些，但它有一系列优点：

  1. 解释型语言通常会提供交互式的代码执行环境——你可以输入一行代码，然后这行代码马上就执行，并输出结果给你，这使得解释型语言更加容易学习和查错（称为 debug）
  2. 解释型语言的代码文件通常是可以直接执行的，因此可以方便地分别地测试各个代码文件；而编译型语言的代码文件则可能无法直接执行，而必须通过一个主入口去执行

显然，这两个优点让解释型语言更容易进行学习，而 Python 就是一个解释型的语言，它很好学，而且极其适合编写那些只使用一次的代码。

比如，下面就是在 Python 的交互式执行环境（称为 REPL，Read-Eval-Print-Loop，读取代码、执行代码、打印结果、循环）中玩耍的内容，其中 >>> 开头的是我的输入，而其他的是 Python 给我的回应：

alt text

注意到，我输入了语法错误，或者执行错误的代码时，Python 能够把错误原因（不合法的语法，除以零）告诉我，这让 Python 语言可以进行实验。

Python 很“明显”

这是 Python 的优点其一，另一个优点是，Python 语言简洁且明显，Python 的代码很多时候能直接反映它要解决的问题。

虽然这里假设读者还没有开始接触编程，但这里举出用 Python 解决一个实际需求的例子来积累一下对 Python 的感性经验：考虑要检查一个文本文件中有多少个空行：

Python 语言可以这么写（这种写法是不优美的，实际上有更好看且实用的写法）：

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counter = 0

file = open('some_file.txt', 'r', encoding='utf-8')
for line in file:
    if line.strip() == '': # strip 就是去掉首尾的空白符号
        counter = counter + 1
file.close()

print(counter)

我再使用伪代码（就是仅供说明用的代码，无法真的执行的）来表述一下同样的逻辑：

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打开文件
对文件的每一行：
    如果这一行为空：
        计数器增加 1
关闭文件
打印计数器的值

注意到，Python 几乎是可以和伪代码的形式完全对应上的。

与之相对地，再举一下使用 Perl 语言实现同样功能的例子：

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use strict;
use warnings;

open my $fh, "<", 'some_file.txt';
my $counter = 0;
while (<$fh>) {
    chomp; 
    if (/^\s*$/) {
        $counter++;
    }
}
close($fh);
print $counter;

扯够了理论，来开始实操吧，在读到这里的时候，你应当已经安装和配置好了 Python。

表达式和语句

这一节的内容，尝试得到感性经验即可，不用深究。

先打开 Python 的 REPL，假装 Python 是一个计算器吧！但在一切开始之前，先不要问太多，执行下面的代码：

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from math import *

如果你实在好奇这一行代码是什么意思，那我就告诉你——这行代码把 math 模块下的所有成员，导入到当前命名空间中。执行这一行代码是为了让三角函数和 $\pi$ 可用。

尝试执行下面的内容（在执行前，先尝试思考一下它执行的结果可能是什么），注意 Python 的 REPL 是一行一行执行代码的，每次输完一行你需要按回车它才会执行：

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- 110

1 + 2
3 * 4
4 / 2
3 ** 4
5 + -3

5 / 4 / 3
1 * 2 - 3 * 4
1 * (2 - 3) * 4
3 * (1 + 2)
3 * 1 + 2

1 / 0

1.1 / 5

10 == 10
10 > 9
10 < 9
True
10 == 10 and 100 == 100
1 or 2
0 or 1
1 and 2 and 3
0 and 1

pi
sin(pi / 2)
cos(pi / 2)
tan(pi / 2)
radians(90) == pi / 2
sin(radians(90))
sin(pi / 4) ** 2 + cos(pi / 4) ** 2
sin(cos(sin(cos(sin(cos(100))))))

上面的每一行的，像算式一样的内容，都是合法的 Python 代码，更具体的说，这些每一行的内容，都是所谓的表达式 Expression。表达式被 Python 执行，得到值 Value。比如，1 + 1执行得到值2，10 == 10执行得到值True，sin(pi / 2)执行得到值 1。

表达式就像数学算式一样，它形式多样，是可以任意组合的，比如，1 + 2 是表达式，而 1 + 3 * (1 + 2) 同样是表达式。

编程语言，极端简化地说，只有两个部分——表达式 Expression 和语句 Statement，所以我们已经学会了一半了，欧耶（当然是开玩笑的（（。

上面说了表达式，而语句，则是编程语言中结构相对固定的那部分，语句的结构非常受编程语言语法的约束，不能乱来，比如，下面的这些就是 Python 中一些语句的示例，注意到对于语句，我们通常可以使用自然语言去描述它：

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# 这样以井号开头的代码称为“注释”，注释是给人看的，Python 会忽略注释

# 令 a 为 100
a = 100

# 如果 1 + 2 + 3 为真，我就……，否则如果 2 + 3 + 4 为真，我就……，否则我就……
if 1 + 2 + 3:
    ...
elif 2 + 3 + 4:
    ...
else:
    ...

# 如果 True 为真，我就反复……
while True:
    ...

注意到，语句就像一个框架，然后你可以在这个框架中安排表达式或者其他语句。

表达式执行，产生值，而语句并不产生值，语句定义程序的执行流程，或者说结构。

但这里也提一嘴——表达式本身也是语句，可以独立出现，比如下面的代码也是合法的，只是无意义：

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if 1 + 2 + 3:
    3 + 4
    5 == 6

在学习编程语言的时候，你可以特别去注意——这是一个表达式还是一个语句？常问这个问题有助于避免犯一些根本性的错误。

Hello，World！

上面我们把 Python 当作是一个计算器去玩耍，同时介绍了表达式和语句的概念。

接下来，完成一个好玩的仪式——学习一门新语言的第一步，输出“Hello, World!”，来开始真正的学习。在 REPL 中执行，或者使用 VSCode 创建一个后缀为.py的文件，填入下面的代码并执行：

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print('Hello, World!')

这里预先提及一下一个有趣的事情——这里的 print，和上面的 sin，cos，没有本质上的区别，尝试执行一下表达式 print(print)，print(print(1))，print(100, print(1), print(2))，看看会发生怎样的现象？

以及，尝试修改它的内容，比如，输出自己的名字？

通过这些实验，你能看出来 print 函数的用途和返回值吗？看不出也不要紧，这里只是为了好玩。