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python的功能来源和设计理念-永利国际

于2018-05-07 10:40:46 发表在技术干货
想要了解python的功能来源和设计理念,我们可以回顾一下python的演化历史,从python的历史中看到python与开源运动的奇妙联系,对python开源开发的理念和成就一窥究竟。
 
python的起源
python的作者guido von rossum是荷兰人。1982年,guido从阿姆斯特丹大学获得了数学和计算机硕士学位。然而,尽管他算得上是一位数学家,但他更加享受计算机带来的乐趣。用他的话说,尽管拥有数学和计算机双料资质,他总趋向于做计算机相关的工作,并热衷于做任何和编程相关的活儿。
 
在那个时候,guido接触并使用过诸如pascal、c、 fortran等语言。这些语言的基本设计原则是让机器能更快运行。在80年代,虽然ibm和苹果已经掀起了个人电脑浪潮,但这些个人电脑的配置很低。比如早期的macintosh,只有8mhz的cpu主频和128kb的ram,一个大的数组就能占满内存。所有的编译器的核心是做优化,以便让程序能够运行。为了增进效率,语言也迫使程序员像计算机一样思考,以便能写出更符合机器口味的程序。在那个时代,程序员恨不得用手榨取计算机每一寸的能力。有人甚至认为c语言的指针是在浪费内存。至于动态类型,内存自动管理,面向对象…… 别想了,那会让你的电脑陷入瘫痪。
 
这种编程方式让guido感到苦恼。guido知道如何用c语言写出一个功能,但整个编写过程需要耗费大量的时间,即使他已经准确的知道了如何实现。他的另一个选择是shell。bourne shell作为unix系统的解释器已经长期存在。unix的管理员们常常用shell去写一些简单的脚本,以进行一些系统维护的工作,比如定期备份、文件系统管理等等。shell可以像胶水一样,将unix下的许多功能连接在一起。许多c语言下上百行的程序,在shell下只用几行就可以完成。然而,shell的本质是调用命令。它并不是一个真正的语言。比如说,shell没有数值型的数据类型,加法运算都很复杂。总之,shell不能全面的调动计算机的功能。
 
guido希望有一种语言,这种语言能够像c语言那样,能够全面调用计算机的功能接口,又可以像shell那样,可以轻松的编程。abc语言让guido看到希望。abc是由荷兰的数学和计算机研究所开发的。guido在该研究所工作,并参与到abc语言的开发。abc语言以教学为目的。与当时的大部分语言不同,abc语言的目标是“让用户感觉更好”。abc语言希望让语言变得容易阅读,容易使用,容易记忆,容易学习,并以此来激发人们学习编程的兴趣。比如下面是一段来自wikipedia的abc程序,这个程序用于统计文本中出现的词的总数:
python的起源 
how to用于定义一个函数。一个python程序员应该很容易理解这段程序。abc语言使用冒号和缩进来表示程序块。行尾没有分号。for和if结构中也没有括号()。赋值采用的是put,而不是更常见的等号。这些改动让abc程序读起来像一段文字。
 
尽管已经具备了良好的可读性和易用性,abc语言最终没有流行起来。在当时,abc语言编译器需要比较高配置的电脑才能运行。而这些电脑的使用者通常精通计算机,他们更多考虑程序的效率,而非它的学习难度。除了硬件上的困难外,abc语言的设计也存在一些致命的问题:
 
可拓展性差。abc语言不是模块化语言。如果想在abc语言中增加功能,比如对图形化的支持,就必须改动很多地方。
 
不能直接进行io。abc语言不能直接操作文件系统。尽管你可以通过诸如文本流的方式导入数据,但abc无法直接读写文件。输入输出的困难对于计算机语言来说是致命的。你能想像一个打不开车门的跑车么?
 
过度革新。abc用自然语言的方式来表达程序的意义,比如上面程序中的how to 。然而对于程序员来说,他们更习惯用function或者define来定义一个函数。同样,程序员更习惯用等号来分配变量。尽管abc语言很特别,但学习难度也很大。
 
传播困难。abc编译器很大,必须被保存在磁带上。当时guido在访问的时候,就必须有一个大磁带来给别人安装abc编译器。 这样,abc语言就很难快速传播。
 
1989年,为了打发圣诞节假期,guido开始写python语言的编译器。python这个名字,来自guido所挚爱的电视剧monty python’s flying circus。他希望这个新的叫做python的语言,能符合他的理想:创造一种c和shell之间,功能全面,易学易用,可拓展的语言。guido作为一个语言设计爱好者,已经有过设计语言的尝试。这一次,也不过是一次纯粹的hacking行为。
 
python的诞生
1991年,第一个python编译器诞生。它是用c语言实现的,并能够调用c语言的库文件。从一出生,python已经具有了:类,函数,异常处理,包含表和词典在内的核心数据类型,以及模块为基础的拓展系统。
 
python语法很多来自c,但又受到abc语言的强烈影响。来自abc语言的一些规定直到今天还富有争议,比如强制缩进。但这些语法规定让python容易读。另一方面,python聪明的选择服从一些惯例,特别是c语言的惯例,比如回归等号赋值。guido认为,如果“常识”上确立的东西,没有必要过度纠结。
 
python从一开始就特别在意可拓展性。python可以在多个层次上拓展。从高层上,你可以直接引入.py文件。在底层,你可以引用c语言的库。python程序员可以快速的使用python写.py文件作为拓展模块。但当性能是考虑的重要因素时,python程序员可以深入底层,写c程序,编译为.so文件引入到python中使用。python就好像是使用钢构建房一样,先规定好大的框架。而程序员可以在此框架下相当自由的拓展或更改。
 
最初的python完全由guido本人开发。python得到guido同事的欢迎。他们迅速的反馈使用意见,并参与到python的改进。guido和一些同事构成python的核心团队。他们将自己大部分的业余时间用于hack python。随后,python拓展到研究所之外。python将许多机器层面上的细节隐藏,交给编译器处理,并凸显出逻辑层面的编程思考。python程序员可以花更多的时间用于思考程序的逻辑,而不是具体的实现细节。这一特征吸引了广大的程序员。python开始流行。
 
硬件性能不是瓶颈,python又容易使用,所以许多人开始转向python。guido维护了一个maillist,python用户就通过邮件进行交流。python用户来自许多领域,有不同的背景,对python也有不同的需求。python相当的开放,又容易拓展,所以当用户不满足于现有功能,很容易对python进行拓展或改造。随后,这些用户将改动发给guido,并由guido决定是否将新的特征加入到python或者标准库中。如果代码能被纳入python自身或者标准库,这将极大的荣誉。由于guido至高无上的决定权,他因此被称为“终身的仁慈独裁者”。
 
python被称为“battery included”,是说它以及其标准库的功能强大。这些是整个社区的贡献。python的开发者来自不同领域,他们将不同领域的优点带给python。比如python标准库中的正则表达是参考perl,而lambda, map, filter, reduce等函数参考了lisp。python本身的一些功能以及大部分的标准库来自于社区。python的社区不断扩大,进而拥有了自己的newsgroup,网站,以及基金。从python 2.0开始,python也从maillist的开发方式,转为完全开源的开发方式。社区气氛已经形成,工作被整个社区分担,python也获得了更加高速的发展。
 
到今天,python的框架已经确立。python语言以对象为核心组织代码,支持多种编程范式,采用动态类型,自动进行内存回收。python支持解释运行,并能调用c库进行拓展。python有强大的标准库。由于标准库的体系已经稳定,所以python的生态系统开始拓展到第三方包。这些包,如django、web.py、wxpython、numpy、matplotlib、pil,将python升级成了物种丰富的热带雨林。