作者 | TK

編譯 | 后廠村碼農(nóng)

Learning Python: From Zero to Hero

首先，什么是 Python？根據(jù) Python 創(chuàng)建者 Guido van Rossum 所言，Python 是一種高級(jí)編程語言，其設(shè)計(jì)的核心理念是代碼的易讀性，以及允許編程者通過若干行代碼輕松表達(dá)想法創(chuàng)意。實(shí)際上，我選擇學(xué)習(xí) Python 的首要原因是其編程的優(yōu)美性，用它編碼和表達(dá)想法非常自然。

Python 是一個(gè)高層次的結(jié)合了解釋性、編譯性、互動(dòng)性和面向?qū)ο蟮哪_本語言。Python 的設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的可讀性，相比其他語言經(jīng)常使用英文關(guān)鍵字，其他語言的一些標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，它具有比其他語言更有特色語法結(jié)構(gòu)。

另一個(gè)原因是 Python 的編寫使用方式有多種，數(shù)據(jù)科學(xué)、網(wǎng)頁開發(fā)、機(jī)器學(xué)習(xí)皆可使用 Python。Quora、Pinterest 和 Spotify 都使用 Python 作為其后端開發(fā)語言。

基礎(chǔ)篇

變量

簡(jiǎn)單來講，我們可以把變量看作是存儲(chǔ)一個(gè)值的詞。

在 Python 中定義一個(gè)變量并為其賦值非常簡(jiǎn)單。想象一下你在變量「one」中存儲(chǔ) 1，即是：

one = 1

這是多么簡(jiǎn)單，我們只要把 1 賦值給變量「one」。

two = 2
some_number = 10000

并且你可以把任意值賦給任意變量。如上所見，把整數(shù) 2 賦值給變量「two」，把 10,000 賦值給變量「some_number」。除了整數(shù)，我們也可以賦值布爾運(yùn)算、字符串、浮點(diǎn)數(shù)以及其他數(shù)據(jù)形式。

# booleans
true_boolean = True
false_boolean = False
# string
my_name = "Leandro Tk"
# float
book_price = 15.80

控制流：條件語句

「if」語句通過表達(dá)式評(píng)估一個(gè)語句是真或假。如果是真，則向下執(zhí)行「if」條件中的子語句。比如：

if True:
 print("Hello Python if")
if 2 > 1:
 print("2 is greater than 1")

2 比 1 大，因此「print」代碼被執(zhí)行。如果「if」表達(dá)式是假的，則「else」下的子語句將被執(zhí)行。

if 1 > 2:

print("1 is greater than 2")

else:

print("1 is not greater than 2")

你也可以使用一個(gè)「elif」語句以添加一個(gè)執(zhí)行條件。

if 1 > 2:
 print("1 is greater than 2")
elif 2 > 1:
 print("1 is not greater than 2")
else:
 print("1 is equal to 2")

循環(huán)／迭代器

在 Python 中，我們可有不同形式的迭代。我將討論兩個(gè)：while 與 for。

while 循環(huán)：當(dāng)該語句為真，以下代碼將被執(zhí)行，并打印從 1 到 10 的數(shù)字。

num = 1
while num <= 10:
 print(num)
 num += 1

while 循環(huán)需要一個(gè)「循環(huán)條件」。如果它為真，則繼續(xù)迭代。在以上實(shí)例中，當(dāng) num 為 11，則循環(huán)條件為假，我們結(jié)束循環(huán)。

以下代碼有助于更好地理解它：

loop_condition = True
while loop_condition:
 print("Loop Condition keeps: %s" %(loop_condition))
 loop_condition = False

循環(huán)條件為真，則繼續(xù)迭代，直到它為假。對(duì)于 For 循環(huán)：你可以把變量「num」應(yīng)用需要循環(huán)的代碼塊中，而「for」語句會(huì)為你迭代它。該代碼的打印與 while 代碼相同：從 1 到 10。

for i in range(1, 11):
 print(i)

看，如此簡(jiǎn)單。范圍從 1 直到第 11 個(gè)元素（10 是第 10 個(gè)元素）。此外，如果我們直接確定一個(gè)數(shù)，那么 for 循環(huán)將從零開始一直迭代到該數(shù)字（不包括）。例如以下 for 循環(huán)將輸出 0 到 9：

for i in range(10):
 print(i)

列表：數(shù)組數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

列表是一個(gè)數(shù)組或集合，它可用于存儲(chǔ)一系列值（比如那些你想要的整數(shù)）。因此讓我們用一下它：

my_integers = [1, 2, 3, 4, 5]

如上我們創(chuàng)建了一個(gè)數(shù)組并賦值到 my_integers 變量中。而我們可以通過索引取該數(shù)組中的值，如下所示，數(shù)組第一個(gè)元素的索引為 0，第二個(gè)元素的索引為 1，依次類推。

使用以下語句可能更好理解：

my_integers = [5, 7, 1, 3, 4]
print(my_integers[0]) # 5
print(my_integers[1]) # 7
print(my_integers[4]) # 4

同樣我們列表元素的類型也可以是字符型，如下我們創(chuàng)建了一個(gè)元素為字符的列表：

relatives_names = [
 "Toshiaki",
 "Juliana",
 "Yuji",
 "Bruno",
 "Kaio"
]
print(relatives_names[4]) # Kaio

以上我們了解了列表的定義和索引使用方法，以下我們將了解如何添加一個(gè)元素到列表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。添加元素到列表最常見的方法是 append：

bookshelf = []
bookshelf.append("The Effective Engineer")
bookshelf.append("The 4 Hour Work Week")
print(bookshelf[0]) # The Effective Engineer
print(bookshelf[1]) # The 4 Hour Work Week

append 方法非常簡(jiǎn)單，我們只需要對(duì)需要添加的元素應(yīng)用該方法就能將其添加到列表的末尾。

字典：鍵-值數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

我們已經(jīng)知道列表是通過整數(shù)索引來獲取某個(gè)元素，而若我們不希望使用整數(shù)作為索引，那么就可以使用字典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。通過這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們可以使用數(shù)值型、字符型或其它類型的索引。字典的每個(gè)鍵值 (key=>value) 對(duì)用冒號(hào) (:) 分割，每個(gè)對(duì)之間用逗號(hào) (,) 分割，整個(gè)字典包括在花括號(hào) ({})中。如下，字典（Dictionary）是鍵（Key）與值（Value）的集合：

dictionary_example = {
 "key1": "value1",
 "key2": "value2",
 "key3": "value3"
}

其中鍵是指向?qū)?yīng)值的索引，我們需要使用鍵而訪問對(duì)應(yīng)的元素值：

dictionary_tk = {
 "name": "Leandro",
 "nickname": "Tk",
 "nationality": "Brazilian"
}
print("My name is %s" %(dictionary_tk["name"])) # My name is Leandro
print("But you can call me %s" %(dictionary_tk["nickname"])) # But you can call me Tk
print("And by the way I m %s" %(dictionary_tk["nationality"])) # And by the way I m Brazilian

以上創(chuàng)建了一個(gè)字典，其中定義了四個(gè)鍵與對(duì)應(yīng)的值，print 函數(shù)內(nèi)使用了字典的鍵以獲取對(duì)應(yīng)的值。此外，字典的值可以使用任何類型的數(shù)據(jù)，如下我們添加了一個(gè)鍵為字符型，值為數(shù)值型的鍵-值對(duì)。

dictionary_tk = {
 "name": "Leandro",
 "nickname": "Tk",
 "nationality": "Brazilian",
 "age": 24
}
print("My name is %s" %(dictionary_tk["name"])) # My name is Leandro
print("But you can call me %s" %(dictionary_tk["nickname"])) # But you can call me Tk
print("And by the way I m %i and %s" %(dictionary_tk["age"], dictionary_tk["nationality"])) # And by the way I m 24 and Brazilian

下面我們需要了解如何添加元素到字典中，其實(shí)字典的本質(zhì)就是指向特定值的關(guān)鍵字的集合。因此我們可以直接將某個(gè)值賦予到字典某個(gè)關(guān)鍵字（可以不存在）中而修改或添加鍵值對(duì)。

dictionary_tk = {
 "name": "Leandro",
 "nickname": "Tk",
 "nationality": "Brazilian"
}
dictionary_tk[ age ] = 24
print(dictionary_tk) # { nationality : Brazilian , age : 24, nickname : Tk , name : Leandro }

迭代：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的循環(huán)

列表循環(huán)同樣十分簡(jiǎn)單，我們可以循環(huán)地修改或輸出某個(gè)列表。如下，我們常用 for 循環(huán)依次提取列表中的元素：

bookshelf = [
 "The Effective Engineer",
 "The 4 hours work week",
 "Zero to One",
 "Lean Startup",
 "Hooked"
]
for book in bookshelf:
 print(book)

對(duì)于哈希數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，我們同樣可以使用字典中的鍵和 for 循環(huán)依次讀取鍵與對(duì)應(yīng)的值：

dictionary = { "some_key": "some_value" }
for key in dictionary:
 print("%s --> %s" %(key, dictionary[key]))
# some_key --> some_value

使用 iteritems 方法同樣可以實(shí)現(xiàn)相同的效果：

dictionary = { "some_key": "some_value" }
for key, value in dictionary.items():
 print("%s --> %s" %(key, value))
# some_key --> some_value

我們命名了兩個(gè)參數(shù) key 和 value，但我們同樣可以命名為其它的，如下我們使用 attribute 和 value 作為字典鍵值的參數(shù)，它同樣有效：

dictionary_tk = {
 "name": "Leandro",
 "nickname": "Tk",
 "nationality": "Brazilian",
 "age": 24
}
for attribute, value in dictionary_tk.items():
 print("My %s is %s" %(attribute, value))
# My name is Leandro
# My nickname is Tk
# My nationality is Brazilian
# My age is 24

類與對(duì)象

對(duì)象（Object）表征的是真實(shí)世界中的目標(biāo)，如狗、貓和自行車等，一般對(duì)象有兩個(gè)特征，即數(shù)據(jù)（Data）與行為（Behavior）。對(duì)象「車輛」有一些數(shù)據(jù)，如車輪的數(shù)量、車門的數(shù)量與作為容量等，它同樣還有一些行為，例如車輛可以加速、剎車、展示燃油使用量等。

在面向?qū)ο蟮木幊讨?，我們將?shù)據(jù)表示為屬性，將行為表示為方法。

類（Class）是創(chuàng)建獨(dú)立對(duì)象的藍(lán)圖。在現(xiàn)實(shí)世界中，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)很多相同類型的對(duì)象。例如車輛，同型號(hào)的車輛都有引擎、車輪、座位等組件，而每一輛車都是根據(jù)相同的設(shè)計(jì)圖構(gòu)建且有相同的組件。

因此，對(duì)象是對(duì)客觀事物的抽象，類是對(duì)對(duì)象的抽象。對(duì)象是類的實(shí)例，類是對(duì)象的模板。

Python 是一種面向?qū)ο蟮某绦蛘Z言，因此它也有類（Class）與對(duì)象（Object）這兩個(gè)概念。在了解 Python 面向?qū)ο缶幊痰陌咐?，我們需要先熟悉面向?qū)ο缶幊痰囊恍┗靖拍睿?/span>

• 類 (Class)：用來描述具有相同的屬性和方法的對(duì)象的集合。它定義了該集合中每個(gè)對(duì)象所共有的屬性和方法。對(duì)象是類的實(shí)例。
• 類變量：類變量在整個(gè)實(shí)例化的對(duì)象中是公用的。類變量定義在類中且在函數(shù)體之外。類變量通常不作為實(shí)例變量使用。
• 數(shù)據(jù)成員：類變量或者實(shí)例變量用于處理類及其實(shí)例對(duì)象的相關(guān)的數(shù)據(jù)。
• 方法重寫：如果從父類繼承的方法不能滿足子類的需求，可以對(duì)其進(jìn)行改寫，這個(gè)過程叫方法的覆蓋（override），也稱為方法的重寫。
• 實(shí)例變量：定義在方法中的變量，只作用于當(dāng)前實(shí)例的類。
• 繼承：即一個(gè)派生類（derived class）繼承基類（base class）的字段和方法。繼承也允許把一個(gè)派生類的對(duì)象作為一個(gè)基類對(duì)象對(duì)待。例如，一個(gè)「狗」類的對(duì)象派生自「動(dòng)物」類，這是模擬"是一個(gè)（is-a）"關(guān)系（狗是一種動(dòng)物）。
• 實(shí)例化：創(chuàng)建一個(gè)類的實(shí)例，類的具體對(duì)象。
• 方法：類中定義的函數(shù)。
• 對(duì)象：通過類定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)例。對(duì)象包括兩個(gè)數(shù)據(jù)成員（類變量和實(shí)例變量）和方法。

下面首先查看通過聲明定義類的語句：

class Vehicle:
 pass

目標(biāo)是類的實(shí)例，我們可以使用類的名稱創(chuàng)建一個(gè)實(shí)例：

car = Vehicle()
print(car) # <__main__.Vehicle instance at 0x7fb1de6c2638>

如上，car 為 Vehicle 類的一個(gè)對(duì)象或?qū)嵗?/span>

若我們的 vehicle 類有四個(gè)屬性，即車輪數(shù)、儲(chǔ)能類型、座位容量和最大時(shí)速，那么我們?cè)趧?chuàng)建 vehicle 類時(shí)可以設(shè)置這些屬性。下面，我們定義了初始化類時(shí)所接受的數(shù)據(jù)。self 代表類的實(shí)例，self 在定義類的方法時(shí)是必須有的，雖然在調(diào)用時(shí)不必傳入相應(yīng)的參數(shù)。

class Vehicle:
 def __init__(self, number_of_wheels, type_of_tank, seating_capacity, maximum_velocity):
 self.number_of_wheels = number_of_wheels
 self.type_of_tank = type_of_tank
 self.seating_capacity = seating_capacity
 self.maximum_velocity = maximum_velocity

__init__() 方法是一種特殊的方法，被稱為類的構(gòu)造函數(shù)或初始化方法，當(dāng)創(chuàng)建 vehicle 類的實(shí)例時(shí)就會(huì)調(diào)用該方法來定義這些屬性。若我們希望能創(chuàng)建 Tesla Model S 這一個(gè)對(duì)象，根據(jù)其有四個(gè)車輪、電力驅(qū)動(dòng)、四座容量和最大時(shí)速為 250km/hour 的特征，我們能創(chuàng)建對(duì)象：

tesla_model_s = Vehicle(4, electric , 5, 250)

現(xiàn)在所有的屬性已經(jīng)設(shè)定了，那么我們?cè)撊绾卧L問這些屬性值？我們將發(fā)送信息到對(duì)象的過程稱為方法，即對(duì)象的行為：

class Vehicle:
 def __init__(self, number_of_wheels, type_of_tank, seating_capacity, maximum_velocity):
 self.number_of_wheels = number_of_wheels
 self.type_of_tank = type_of_tank
 self.seating_capacity = seating_capacity
 self.maximum_velocity = maximum_velocity
 def number_of_wheels(self):
 return self.number_of_wheels
 def set_number_of_wheels(self, number):
 self.number_of_wheels = number

以上語句實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)方法，number_of_wheels 和 set_number_of_wheels。我們可以稱為 getter & setter，因?yàn)榈谝粋€(gè)方法獲取了屬性值，而第二個(gè)方法將為該屬性設(shè)置一個(gè)新的值。在類的內(nèi)部，使用 def 關(guān)鍵字可以為類定義一個(gè)方法，與一般函數(shù)定義不同，類方法必須包含參數(shù) self，且為第一個(gè)參數(shù)。

在 Python 中，我們能使用 @property (decorators) 定義 getter & setter：

class Vehicle:
 def __init__(self, number_of_wheels, type_of_tank, seating_capacity, maximum_velocity):
 self.number_of_wheels = number_of_wheels
 self.type_of_tank = type_of_tank
 self.seating_capacity = seating_capacity
 self.maximum_velocity = maximum_velocity
 @property
 def number_of_wheels(self):
 return self.number_of_wheels
 @number_of_wheels.setter
 def number_of_wheels(self, number):
 self.number_of_wheels = number

同樣我們能使用這些方法作為屬性：

tesla_model_s = Vehicle(4, electric , 5, 250)
print(tesla_model_s.number_of_wheels) # 4
tesla_model_s.number_of_wheels = 2 # setting number of wheels to 2
print(tesla_model_s.number_of_wheels) # 2

這和定義方法有一些不同，這些方法作為了一種屬性。如上當(dāng)我們?cè)O(shè)定新的車輪數(shù)量，我們不需要將「2」作為參數(shù)設(shè)定，而是將 number_of_wheels 數(shù)值設(shè)定為 2

我們還能使用方法做一些其他的操作，例如方法「make_noise」可以設(shè)置為：

class Vehicle:
 def __init__(self, number_of_wheels, type_of_tank, seating_capacity, maximum_velocity):
 self.number_of_wheels = number_of_wheels
 self.type_of_tank = type_of_tank
 self.seating_capacity = seating_capacity
 self.maximum_velocity = maximum_velocity
 def make_noise(self):
 print( VRUUUUUUUM )

當(dāng)我們調(diào)用該方法時(shí)，它將返回字符串「VRRRRUUUUM」。

tesla_model_s = Vehicle(4, electric , 5, 250)
tesla_model_s.make_noise() # VRUUUUUUUM

封裝：隱藏信息

封裝是一種限制直接訪問目標(biāo)屬性和方法的機(jī)制，但同時(shí)它又有利于對(duì)數(shù)據(jù)（對(duì)象的方法）進(jìn)行操作。

封裝是一種將抽象性函數(shù)接口的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)部分包裝、隱藏起來的方法。同時(shí)，它也是一種防止外界調(diào)用端，去訪問對(duì)象內(nèi)部實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)的手段，這個(gè)手段是由編程語言本身來提供的。

對(duì)象所有的內(nèi)部表征對(duì)于外部來說都是隱藏的，只有對(duì)象能直接與內(nèi)部數(shù)據(jù)交互。首先，我們需要理解公開（public）和私有（non-public）實(shí)例變量和方法。

公開實(shí)例變量

對(duì)于 Python 的類，我們可以使用 constructor 方法初始化公開實(shí)例變量：

class Person:
 def __init__(self, first_name):
 self.first_name = first_name

下面我們應(yīng)用 first_name 的值作為公開實(shí)例變量的變?cè)?/span>

tk = Person( TK )
print(tk.first_name) # => TK

在類內(nèi)：

class Person:
 first_name = TK 

現(xiàn)在我們不需要再對(duì) first_name 賦值，所有賦值到 tk 的目標(biāo)都將有類的屬性：

tk = Person()
print(tk.first_name) # => TK

現(xiàn)在我們已經(jīng)學(xué)會(huì)如何使用公開實(shí)例變量和類屬性。除此之外，我們還能管理公開部分的變量值，即對(duì)象可以管理其變量的值：Get 和 Set 變量值。保留 Person 類，我們希望能給 first_name 變量賦另外一個(gè)值：

tk = Person( TK )
tk.first_name = Kaio 
print(tk.first_name) # => Kaio

如上我們將另外一個(gè)值（kaio）賦予了 first_name 實(shí)例變量，因?yàn)樗质且粋€(gè)公開變量，所以會(huì)更新變量值。

私有實(shí)例變量

和公開實(shí)例變量一樣，我們可以使用 constructor 方法或在類的內(nèi)部聲明而定義一個(gè)私有實(shí)例變量。語法上的不同在于私有實(shí)例變量在變量名前面加一個(gè)下劃線：

class Person:
 def __init__(self, first_name, email):
 self.first_name = first_name
 self._email = email

上述定義的 email 變量就是私有變量。

tk = Person( TK , tk@mail.com )
print(tk._email) # tk@mail.com

我們可以訪問并且更新它，私有變量?jī)H是一個(gè)約定，即他們需要被視為 API 非公開的部分。所以我們可以使用方法在類的定義中完成操作，例如使用兩種方法展示私有實(shí)例的值與更新實(shí)例的值：

class Person:
 def __init__(self, first_name, email):
 self.first_name = first_name
 self._email = email
 def update_email(self, new_email):
 self._email = new_email
 def email(self):
 return self._email

現(xiàn)在我們可以使用方法更新或訪問私有變量。

tk = Person( TK , tk@mail.com )
print(tk.email()) # => tk@mail.com
tk._email = new_tk@mail.com 
print(tk.email()) # => tk@mail.com
tk.update_email( new_tk@mail.com )
print(tk.email()) # => new_tk@mail.com

我們先初始化 Person 類并賦值，然后通過定義的方法訪問并打印私有變量的值。如我們直接賦值給私有變量新的值，那么打印出來還是原有的值，我們只能通過在類里面定義的方法進(jìn)行操作而更新私有變量。

公開方法

對(duì)于公開方法（public methods），我們同樣能在類以外的地方調(diào)用，以下定義了一個(gè)類與方法：

class Person:
 def __init__(self, first_name, age):
 self.first_name = first_name
 self._age = age
 def show_age(self):
 return self._age

讓我們測(cè)試一下該方法：

tk = Person( TK , 25)
print(tk.show_age()) # => 25

私有方法

但是對(duì)于私有方法來說，并不能這樣操作。若我們定義相同的類，且使用下劃線定義 show_age 為私有方法：

class Person:
 def __init__(self, first_name, age):
 self.first_name = first_name
 self._age = age
 def _show_age(self):
 return self._age

我們同樣能調(diào)用對(duì)象的私有方法：

tk = Person( TK , 25)
print(tk._show_age()) # => 25

我們也能訪問并更新它，私有方法應(yīng)該要看作 API 的私有部分。下面的案例可以展示了如何使用它：

class Person:
 def __init__(self, first_name, age):
 self.first_name = first_name
 self._age = age
 def show_age(self):
 return self._get_age()
 def _get_age(self):
 return self._age
tk = Person( TK , 25)
print(tk.show_age()) # => 25

如上我們聲明了私有方法_get_age 和公開方法 show_age。show_age 方法可以在類的外部調(diào)用，而_get_age 只能在類內(nèi)部使用。

封裝小結(jié)

通過程序封裝，我們確保了對(duì)象的內(nèi)部表征對(duì)外是隱藏的。而面向?qū)ο蟮木幊處淼闹饕锰幹皇谴a的重用，實(shí)現(xiàn)這種重用的方法之一是通過繼承機(jī)制。繼承完全可以理解成類之間的類型和子類型關(guān)系。

若我們有一輛車，且知道車輪數(shù)、座位容量和最大時(shí)速，那么一輛電動(dòng)車類就繼承常規(guī)汽車類中的相同屬性。

class Car:
 def __init__(self, number_of_wheels, seating_capacity, maximum_velocity):
 self.number_of_wheels = number_of_wheels
 self.seating_capacity = seating_capacity
 self.maximum_velocity = maximum_velocity

更新類中的一個(gè)對(duì)象：

my_car = Car(4, 5, 250)
print(my_car.number_of_wheels)
print(my_car.seating_capacity)
print(my_car.maximum_velocity)

初始化對(duì)象后，Python 可以將父類（parent class）作為參數(shù)應(yīng)用到子類（child class）中。因此電動(dòng)車類可以從汽車類繼承對(duì)象。

class ElectricCar(Car):
 def __init__(self, number_of_wheels, seating_capacity, maximum_velocity):
 Car.__init__(self, number_of_wheels, seating_capacity, maximum_velocity

我們不需要實(shí)現(xiàn)其他方法，因?yàn)殡妱?dòng)汽車類已經(jīng)從汽車類繼承了對(duì)象：

my_electric_car = ElectricCar(4, 5, 250)
print(my_electric_car.number_of_wheels) # => 4
print(my_electric_car.seating_capacity) # => 5
print(my_electric_car.maximum_velocity) # => 250