Введение

Как и обещает название, книга познакомит вас с одним из самых популярных языков программирования — Python. Издание предназначено как для начинающих программистов, так и для тех, кто уже имеет опыт в написании программ и просто желает добавить Python к списку доступных ему языков.

В большинстве случаев изучать компьютерный язык проще, чем человеческий, — в нем меньше двусмысленностей и исключений, которые приходится запоминать. Python — один из самых последовательных и понятных компьютерных языков, он сочетает в себе простоту изучения, простоту использования и большую выразительную силу.

Компьютерные языки состоят из данных — аналогами в разговорной речи являются существительные — и инструкций (или кода), которые можно сравнить с глаголами. Изучить нужно будет и то и другое: вы освоите основы кода и структур данных и узнаете, как их объединить. Затем перейдете к более сложным темам, а программы, которые вы будете читать и писать, станут длиннее и сложнее. Если провести аналогию с работой по дереву, мы начнем с молотка, гвоздей и небольших кусков древесины, а во второй половине книги обратимся к более специализированным инструментам, которые можно сравнить с токарными станками и другими более сложными устройствами.

Вам нужно знать не только сам язык, но и то, что с его помощью можно делать. Мы начнем с языка Python и его стандартной библиотеки, готовой к работе прямо «из коробки». Помимо этого, я покажу вам, как находить, загружать, устанавливать и использовать качественные сторонние пакеты: касаться узких тем или рассматривать сложные трюки не буду, а сделаю акцент на том, что после десяти лет работы с Python считаю действительно полезным.

Несмотря на то что книга представляет собой введение в Python, в ней мы затронем и несколько дополнительных тем, с которыми, на мой взгляд, следует ознакомиться еще на начальном этапе. Работе с базами данных и Интернетом мы тоже уделим внимание, однако не станем забывать, что технологии меняются очень быстро — теперь от программиста на Python общество ждет знаний об облачных технологиях, машинном обучении и создании потоков событий: основную информацию по этим темам вы также здесь найдете.

Язык Python имеет некоторые специальные функции, работающие лучше, чем адаптированные стили программирования из других языков. Например, использование ключевого слова for и итераторов — более прямой способ создания цикла: пользоваться им гораздо удобнее, нежели вручную инкрементировать переменную-счетчик.

Когда вы изучаете что-то новое, бывает трудно определиться с тем, какие слова являются терминами и какие понятия на самом деле важны. Иначе говоря, тестировалась ли эта функциональность? Я выделю некоторые термины и понятия, которые имеют особое значение в Python. Код, написанный на языке Python, можно будет увидеть даже в самых первых главах.

Подобные примечания я буду делать, когда что-то может быть непонятным или же существует более питонский способ решить проблему.

Python неидеален. Я обращу ваше внимание на то, что кажется сомнительным и чего следует избегать, и предложу альтернативные варианты.

По некоторым темам, таким как наследование объектов, MVC или проектирование REST для работы с Интернетом, мое мнение может отличаться от общепринятого. Вам самим решать, к кому прислушаться.

Для кого эта книга

Эта книга для всех, кто заинтересован в изучении одного из самых популярных во всем мире языков программирования. Наличие или отсутствие опыта с другими языками программирования не имеет значения.

Что нового во втором издании

Что изменилось со времени выхода первого издания?

• Добавилось около 100 страниц, в том числе с изображением котиков.

• Количество глав удвоилось, но сами главы стали короче.

• В начале книги появилась глава, посвященная типам данных, переменным и именам.

• Рассмотрены новые особенности Python, такие как f-строки.

• Рекомендованы новые или улучшенные сторонние библиотеки.

• Во всей книге присутствуют новые примеры кода.

• Для начинающих разработчиков добавлен текст с описанием аппаратного и программного обеспечения.

• Более опытные разработчики могут ознакомиться с библиотекой asyncio.

• Рассмотрен новый стек технологий: контейнеры, облачные технологии, наука о данных и машинное обучение.

• Добавлены подсказки, с помощью которых вы сможете найти работу программиста на Python.

Что не изменилось? Примеры, в которых используются плохие стихотворения и утки. Они с нами навсегда.

Структура книги

В первой части излагаются основы языка программирования Python: главы 1–11 следует читать по порядку. Я оперирую простейшими структурами данных и кода, постепенно составляя из них более сложные и реалистичные программы. Во второй части (главы 12–22) показывается, каким образом язык программирования Python используется в определенных прикладных областях, таких как Интернет, базы данных, сети и т.д.: эти главы можно читать в любом порядке.

Вот краткое содержание всех глав и приложений и обзор новых терминов, с которыми вы там встретитесь.

•Глава 1. «Python: с чем его едят». Компьютерные программы не так уж и отличаются от других инструкций, с которыми вы сталкиваетесь каждый день. Мы рассмотрим небольшие программы, написанные на Python. Они продемонстрируют синтаксис языка, его возможности и способы применения в реальном мире. Вы узнаете, как запустить программу внутри интерактивного интерпретатора (оболочки), а также из текстового файла, сохраненного на вашем компьютере.

• Глава 2. «Данные: типы, значения, переменные и имена». В компьютерных языках используются данные и инструкции. Компьютер по-разному хранит и обрабатывает разные типы данных. Их значения или можно изменять (такие типы называются изменяемыми), или нельзя (неизменяемые типы). В программе, написанной на Python, данные могут быть представлены как литералами (числами вроде 78 или текстовыми строками вроде "waffle"), так и именованными переменными. В отличие от многих других языков программирования Python относится к переменным как к именам, и это влечет за собой некоторые важные последствия.

• Глава 3. «Числа». В этой главе показываются простейшие типы данных, применяемые в языке программирования Python: булевы переменные, целыечисла и числа с плавающей точкой. Вы также изучите простейшую математику. В примерах этой главы интерактивный интерпретатор Python используется как калькулятор.

• Глава 4. «Выбираем с помощью оператора if». С существительными (типами данных) и с глаголами (программными структурами) мы поработаем в нескольких главах. Код, написанный на Python, обычно выполняется по одной строке за раз: от начала программы до ее конца. Структура if позволяет запускать разные строки кода исходя из результата сравнения определенных данных.

• Глава 5. «Текстовые строки». Здесь мы обратимся к существительным и миру текстовых строк. Вы научитесь создавать, объединять, изменять и получать строки, а также выводить их на экран.

• Глава 6. «Создаем циклы с помощью ключевых слов while и for». Снова глаголы. Вы научитесь создавать цикл двумя способами — с помощью for и с помощью while, а также узнаете, что такое итераторы — одно из основных понятий Python.

• Глава 7. «Кортежи и списки». Пришло время рассмотреть первые структуры данных более высокого уровня: списки и кортежи. Они представляют собой последовательности значений, которыми вы будете пользоваться как конструктором Lego для того, чтобы создавать более сложные структуры. Вы научитесь проходить по ним с помощью итераторов, а также быстро создавать списки с помощью списковых включений.

• Глава 8. «Словари и множества». Словари и множества позволяют сохранять данные не по позиции, а по их значению. Вы увидите, насколько это удобно, — данная особенность Python станет одной из ваших любимых.

• Глава 9. «Функции». Соединяйте структуры данных из предыдущих глав со структурами кода, чтобы выполнять сравнение, выборку или повторение операций. Упаковывайте код в функции и обрабатывайте ошибки с помощью исключений.

• Глава 10. «Ой-ой-ой: объекты и классы». Слово «объект» недостаточно конкретно, но имеет большое значение во многих компьютерных языках, в том числе и в Python. Если вы уже занимались объектно-ориентированным программированием на других языках, то в сравнении с ними Python покажется вам более простым. В этой главе объясняется, когда следует использовать объекты и классы, а когда лучше выбрать другой путь.

• Глава 11. «Модули, пакеты и программы». Вы узнаете, как перейти к более крупным структурам кода — модулям, пакетам и программам, а также где можно разместить код и данные, как ввести и вывести данные, обработать различные параметры, просмотреть стандартную библиотеку Python и то, что находится вне ее.

• Глава 12. «Обрабатываем данные». Вы научитесь профессионально обрабатывать данные и управлять ими. Эта глава полностью посвящена текстовым и двоичным данным, особенностям использования символов стандарта Unicode, а также поиску текста с помощью регулярных выражений. Вы познакомитесь с типами данных byte и bytearray — соперниками типа string, в которых содержатся необработанные бинарные значения вместо текстовых символов.

• Глава 13. «Календари и часы». С датой и временем работать бывает непросто. Здесь мы рассмотрим распространенные проблемы и способы их решения.

• Глава 14. «Файлы и каталоги». Простые хранилища данных используют файлы и каталоги. В этой главе речь пойдет о создании и использовании файлов и каталогов.

• Глава 15. «Данные во времени: процессы и конкурентность». Это первая глава, в которой мы приступаем к изучению системы. Начнем с данных во времени — вы научитесь использовать программы, процессы и потоки для того, чтобы выполнять больше работы за один промежуток времени (конкурентность). Среди прочего будут упомянуты последние добавления в async (более подробно они рассматриваются в приложении В).

• Глава 16. «Данные в коробке: надежные хранилища». Данные могут храниться в простых файлах и каталогах внутри файловых систем и структурироваться с помощью распространенных форматов, таких как CSV, JSON и XML. Однако по мере того, как объем и сложность данных будут расти, вам, возможно, придется использовать базы данных — как традиционные реляционные, так и современные базы данных NoSQL.

• Глава 17. «Данные в пространстве: сети». Отправляйте ваш код и данные через пространство по сетям с помощью служб, протоколов и API. В качестве примеров рассматриваются как низкоуровневые сокеты, библиотеки обмена сообщениями и системы массового обслуживания, так и развертывание в облачных системах.

• Глава 18. «Распутываем Всемирную паутину». Всемирной сети посвящена отдельная глава, в которой рассматриваются клиенты, серверы, извлечение данных, API и фреймворки. Вы научитесь искать сайты и извлекать из них данные, а затем разработаете реальный сайт, используя параметры запросов и шаблоны.

• Глава 19. «Быть питонщиком». В этой главе содержатся советы для программистов, пишущих на Python: вы получите рекомендации по установке (с помощью pip и virtualenv), использованию IDE, тестированию, отладке, журналированию, контролю исходного кода и документации. Узнаете также, как найти и установить полезные пакеты сторонних разработчиков, как упаковать свой код для повторного использования и где получить более подробную информацию.

• Глава 20. «Пи-Арт». При помощи языка программирования Python можно создавать произведения искусства: в графике, музыке, анимации и играх.

• Глава 21. «За работой». У Python есть специальные приложения для бизнеса: визуализация данных (графики, графы и карты), безопасность и регулирование.

• Глава 22. «Python в науке». За последние несколько лет Python стал главным языком науки, он используется в математике, статистике, физике, биологии и медицине. Его сильные стороны — наука о данных и машинное обучение. В этой главе демонстрируются возможности таких инструментов, как NumPy, SciPy и Pandas.

• Приложение А. «Аппаратное и программное обеспечение для начинающих программистов». Если вы новичок в мире программирования, из этого приложения вы можете узнать, как на самом деле работает аппаратное и программное обеспечение и что означают некоторые термины, с которыми в дальнейшем вам придется сталкиваться.

• Приложение Б. «Установка Python 3». Если вы еще не установили Python 3 на свой компьютер, в этом приложении вы найдете информацию о том, как это сделать независимо от того, какая операционная система у вас установлена: Windows, Mac OS/X, Linux или другой вариант Unix.

• Приложение В. «Нечто совершенно иное: async». В разных релизах Python добавляется функциональность для работы с асинхронностью — разобраться с ней может быть сложно. Я упоминаю о ней в тех главах, в которых заходит речь об асинхронности, но в этом приложении рассматриваю тему более подробно.

• Приложение Г. «Ответы к упражнениям». Здесь содержатся ответы на упражнения, приведенные в конце каждой главы. Не подглядывайте туда, пока не попробуете решить задачи самостоятельно, в противном случае вы рискуете превратиться в козленочка.

•Приложение Д. «Вспомогательные таблицы». В этом приложении содержатся справочные данные.

Версии Python

Языки программирования со временем изменяются — разработчики добавляют в них новые возможности и исправляют ошибки. Примеры этой книги написаны и протестированы для версии Python 3.7. Версия 3.7 является наиболее современной на момент выхода этой книги, и о самых значимых нововведениях я расскажу. Версия 3.8 вышла в конце 2019 года — я рассмотрю самую ожидаемую функциональность. Узнать, что и когда было добавлено в язык программирования Python, можно, посетив страницу /: там представлена техническая информация. Она, скорее всего, покажется трудной для понимания, если вы только начинаете изучать Python, но может пригодиться в будущем, если вам нужно будет писать программы для компьютеров, на которых установлены другие версии Python.

Условные обозначения

В этой книге приняты следующие шрифтовые соглашения.

Курсив

Им обозначаются новые термины и понятия.

Моноширинный шрифт

Используется в листингах программного кода, а также для имен и расширений файлов, названий путей, имен функций, команд, баз данных, переменных, операторов и ключевых слов.

Зеленый моноширинный шрифт

Указывает текст, который необходимо заменить пользовательскими значениями или значениями, определяемыми контекстом.

Так оформлены совет, предложение или замечание.

Таким образом оформлено предупреждение.

Использование примеров кода

Примеры кода и упражнения, приведенные в тексте, доступны для загрузки по адресу . Эта книга написана, чтобы помочь вам в работе: вы можете применить код, содержащийся в ней, в ваших программах и документации и не связываться с нами, чтобы спросить разрешения, если собираетесь воспользоваться небольшим фрагментом кода. Например, если вы пишете программу и кое-где вставляете в нее код из книги, никакого особого разрешения не требуется. Однако если вы запишете на диск примеры из книги и начнете раздавать или продавать такие диски, разрешение на это получить необходимо. Если вы цитируете это издание, отвечая на вопрос, или воспроизводите код из него в качестве примера, разрешения не требуется. Но если включаете значительный фрагмент кода из данной книги в документацию по вашему продукту, необходимо разрешение.

Ссылки на источник приветствуются, но не обязательны. В такие ссылки обычно включаются название книги, имя ее автора, название издательства и номер ISBN. Например: «Простой Python. Современный стиль программирования. 2-е изд. Билл Любанович. Питер, 2020. 978-5-4461-1639-3».

При любых сомнениях относительно превышения разрешенного объема использования примеров кода, приведенных в данной книге, можете обращаться к нам по адресу .

От издательства

Ваши замечания, предложения, вопросы отправляйте по адресу (издательство «Питер», компьютерная редакция).

Мы будем рады узнать ваше мнение!

На веб-сайте издательства вы найдете подробную информацию о наших книгах.