2  Python程序的执行

2.1 一个Python程序是什么

写程序，就是用代码的方式，告诉计算机你要做什么。但处理器听不懂人话，因此你必须用计算机能懂的语言来做这件事。Python就是一种这样的语言。

任何一个程序都是一连串的指令，写一个程序，就是写一连串的指令。那么一个Python程序，就写一连串的Python指令。

一般情况下，我们会把这些指令保存在一个文件名的后缀（扩展名）是.py的文本文件里。这个文件就有点像你把一个你发明的菜谱写进一个word文档里，然后交给另一个人，他可以按你在菜谱的说明，一条条往下做，最终把菜做出来。

你在一个.py文件里，写出一连串的指令，然后交给Python的解释器（Interpreter）（如果你安装了Anaconda，就会有这个东西），解释器会按你在这个文件里写的指令，一条一条往下运行，最终把写的程序执行完，给你最终的结果。

我们把这个菜谱（对于Python就是.py文件），称之为“源代码（source code）”。我们编程的时候，多数情况下，就是在编写（或者一边写一边运行）这个.py文件（数据分析的时候常用notebook格式的文件，后面会讲到）。

这个文件本质上一个.txt文件没什么不同，都可以用任何文本编辑器（例如你电脑里的“记事本”，以及我们前面安装的vscode）打开和编辑。

因此，所谓的编程就是：

  1. 用一个文本编辑器，如我们后面用的vscode（或者一个集成编程环境如PyCharm），编辑一个.py文件
  2. 把你要的代码写进去。
  3. 用不同的方法去执行这个文件里代码。可能是在系统里一次性执行整个文件里所有代码，也可能是在一个交互环境里一步一步地执行。
  4. 循环2和3，直到得到你满意的结果。

2.1.1 预备知识：扩展名和文件类型

用于表示某个文件是什么类型，一般我们会看文件名的最后一个英文.以及之后的内容。

注意：这里只是讨论一般的情况。扩展名也是可以修改的，所以未必和实际的文件类型一致。

  1. 一个文件，其名为WINWORD.EXE，其扩展名为.exe（Windows系统和Mac系统的文件名不区分大小写，但一般建议还是考虑大小写问题），则意味着这是一个“Windows系统的可执行文件”。这实际上是微软Windows版本office中的Word的主程序。我们（在windows下）常说的“运行一个程序”，就是执行一个exe文件。
  2. 一个文件，其名为鲁迅全集.txt，其扩展名为.txt，则意味着这是一个“纯文本文件”，其中的所有内容都可以视为文字，可以用任何一个文本编辑器，例如记事本，或者Word打开。
  3. 其他扩展名，如.jpg是常见的图形文件，.docx是2007版本以后的Word文档，等等等等。

2.1.2 （重要）Windows下正确显示文件的扩展名

默认情况下，windows系统会因此已知文件类型的扩展名，我们要把文件完整地显示出来，需要修改一个设置。

在开始菜单，搜索“文件资源管理器选项” -> “查看”页面 -> 去掉“隐藏已知文件类型的扩展名”前面的勾选。

这样，在你的资源管理器中，显示文件的时候就会显示文件全名。

2.2 Python的交互式环境

我们先采用最基本的Python的交互式环境，给大家一点运行程序的感觉。

  1. 启动Anaconda Prompt。（用Mac的同学，启动终端terminal）

  1. 我们会看到命令行窗口

  1. 输入python <回车>，我们可以进入python的交互式运行环境。

这个命令会启动我们所说的Python的解释器：你在其中输入Python语句，会被解释器翻译成电脑听得到的机器代码。

注意： 其中的命令提示符>>>。三个右侧尖括号，表示我们正处于python的交互式环境中，此时我们可以执行python的语句。

同时可见截图中的Python的版本为3.9.5，你安装的版本应该会更高。

2.2.1 简单的编程：计算1 + 2

  1. 我们依次输入（每行代码以<回车>结束）
>>> a = 1
>>> b = 2
>>> c = a + b 
>>> print(c)

显然，1+2必然得到

3
  1. 结果大致如图

注意：

  • 无法得到结果3，首先检查有没有输入错误（打错字）。
  • print(c)中的小括号，是英文括号。在语法层面上的所有符号，都是英文符号。
  • 如果输入的代码有误，已经敲了回车，只要把正确代码的再输入一次即可。

2.2.2 上述程序中涉及的一些概念

这个涉及程序设计的几个基本概念：

  1. 变量和赋值

变量，顾名思义，一个可变的量。编程中变量的概念和代数中的x, y, z基本一样。 Python中，对变量赋值使用1个等号 “=”。 显然， 我们有3个变量，a, b和c。我们把1赋予a，2赋予b，把a + b的值赋予c。

  1. 运算符

加减乘除，以及逻辑运算如是否等于，大于，小于等，我们以后会用到。这里只用到“加法”

  1. 函数

和数学函数一样，我们调用一个函数，给这个函数传递一个参数，然后这个函数会根据这个参数做一些事情。可能是为你进行一个计算，可能修改某个变量等等，也可能什么都不做。

这里我们调用的函数是print()，这个函数的用途是把你传递给他的变量c的值打印出来。函数的调用方法是函数名与小括号。

数据分析的程序，大部分情况下可以视为由变量和函数组成。

2.2.3 退出运行环境

输入exit()，然后回车即可。

可见，exit本身也是一个函数（函数名+小括号），其调用这个函数的作用是退出Python交互式运行环境。

注意：一定要退出，以便后续的程序能执行。

此时，我们又回到了一开始的命令行（终端）环境中

可见，命令提示符现在是一个>，这提示我们正处于系统的命令行环境中

  1. 可以执行系统中的命令，但不能执行python中的语句！
  2. 要进行交互式的python编程，要首先进入Python的交互式环境中！

2.3 本节要求

  1. 在windows系统下显示文件的扩展名
  2. 在Python的交互环境中计算1+2

2.4 补充：路径

2.4.1 路径Path

你的文件或者文件夹（目录），到底保存到了哪里？

所谓路径(path)，到达某个文件或者文件夹（目录）的层级结构，每一层用一个斜杠“/”分割。

在命令行（终端）环境下，在命令提示符>之前，一般会有提示你当前路径，即当前你处于哪个目录下。

例如 C:\Users\lee，指的就是，在你的C盘下，Users目录下，的lee目录。

注意 注意：在你的电脑上，这里的lee会替换为你的用户名

这样，你输入的任何命令，都会对“当前路径”生效。

同样，路径既可以指向一个目录（文件夹），也可以指向一个文件。

如C:\Users\lee\add.py，就指的是，在你的C盘下的Users目录下的lee目录下的一个叫add.py的文件。

2.4.2 相对路径和绝对路径

  1. 绝对路径：从根目录（windows下即一个盘符，如c盘或者d盘）开始的路径，可以确定无疑地指向某个文件或者目录。如C:\Users\lee\add.py。
  2. 相对路径：不从根目录起始的路径。其指向的目的地，从你的“当前路径”开始，往下数。

假如，你的当前路径是C:\Users，那么此时，相对路径lee\add.py，所指向的，就是当前路径下（C:\Users），lee目录下的add.py。这也等价于绝对路径C:\Users\lee\add.py。

  1. 两者的区别：绝对路径从根目录开始，相对路径从“当前路径”开始。

2.4.3 进入某个目录

Windows命令行，和Mac的终端，有相同的命令cd <路径>，可以进入一个目录。

如，在终端中输入（并回车）注意这里使用的是绝对路径

cd C:/Users

则会让终端进入到 C:/Users 目录下。见提示符>前方的“当前路径”已经改变为C:/Users。你现在已经位于C:/Users 目录。

尝试相对路径，在终端中输入（并回车），注意这里的lee，请替换成你的用户名。

cd lee

则会让终端进入到 C:/Users/lee 目录下。见提示符>前方的“当前路径”已经改变为C:/Users/lee。你现在已经位于C:/Users/lee 目录。

其他用法包括：

  1. 进入上一级目录
cd ..
  1. 进入根目录
cd /

可以让你在命令行和终端中，定位到你想要的目录和文件。

2.4.4 用Windows图形界面获得路径

在你的windows资源管理器（俗称“我的电脑”），在任何一个文件夹中，点击地址栏

你就可以得到这个文件夹的路径，可以粘贴到命令行中。

特别注意：正反斜杠问题

在编程的语境下，反斜杠“\”有特殊用途。因此，表示路径的时候，我们统一用（正）斜杠“/”，而不用反斜杠“\”。

统一的写法，如C:/Users/lee

2.4.5 列目录

列目录的命令，Windows的命令行中为dir，Mac中为ls。同学们可以执行尝试。