Question

正如1.2节所说，高级语言的关键是封装，让程序编写变得简单。Python正是因为在这一点上做得优秀，才成为主流编程语言之一。Python的使用相当广泛，是Google的第三大开发语言，也是Dropbox、Quora、Pinterest、豆瓣等网站主要使用的语言。在很多科研领域，如数学、人工智能、生物信息、天体物理等，Python都应用广泛，渐有一统天下的势头。当然，Python的成功并非一蹴而就。它从诞生开始，已经经历了二三十年的发展。回顾Python的历史，我们不但可以了解Python的发展历程，还能理解Python的哲学和理念。

Python的作者是吉多·范·罗苏姆（Guido von Rossum）。罗苏姆是荷兰人。1982年，他从阿姆斯特丹大学（University of Amsterdam）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，但他总是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。

在编写Python之前，罗苏姆接触并使用过诸如Pascal、C、Fortran等语言。这些语言的关注点是让程序更快运行。在20世纪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在今天看来十分低下。早期的苹果电脑只有8MHz的CPU主频和128KB的内存，稍微复杂一点的运算就能让电脑死机。因此，当时编程的核心是优化，让程序能够在有限的硬件性能下顺利运行。为了增进效率，程序员不得不像计算机一样思考，以便能写出更符合机器口味的程序。他们恨不得用手榨取计算机的每一寸能力。有人甚至认为C语言的指针是在浪费内存。至于我们现在编程经常使用的高级特征，如动态类型、内存自动管理、面向对象等，在那个时代只会让电脑陷入瘫痪。

然而，以性能为唯一关注点的编程方式让罗苏姆感到苦恼。即使他在脑子中清楚知道如何用C语言来实现一个功能，但整个编写过程仍然需要耗费大量的时间。相对于C语言，罗苏姆更喜欢Shell实现功能的方式。UNIX系统的管理员们常常用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语言下数百行的程序，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数据类型单一、运算复杂等。总之，Shell不是一个合格的通用程序语言。

罗苏姆希望有一种通用程序语言，既能像C语言那样调用计算机所有的功能接口，又能像Shell那样轻松地编程。最早让罗苏姆看到希望的是ABC语言。ABC语言是由荷兰的数学和计算机研究所（Centrum Wiskunde ＆ Informatica）开发的。这家研究所是罗苏姆上班的地方，因此罗苏姆正好能参与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、容易记忆和容易学习，以此来激发人们学习编程的兴趣。比如，下面是一段来自维基百科的ABC程序，这个程序用于统计文本中出现的词的总数：

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HOW TO RETURN words document:
    PUT {} IN collection
    FOR line IN document:
    FOR word IN split line:
        IF word not.in collection:
            INSERT word IN collection
    RETURN collection

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HOW TO用于定义一个函数，ABC语言使用冒号和缩进来表示程序块^(1)^{#ch1-back}，行尾没有分号，for和if结构中没有括号。上面的程序读起来就像一段自然的文字。

尽管已经具备了良好的可读性和易用性，但ABC语言并未流行起来。在当时，ABC语言编译器需要比较高配置的电脑才能运行。在那个时代，高配置电脑是稀罕物，其使用者往往精通计算机。这些人更在意程序的效率，而非语言的学习难度。除了性能，ABC语言的设计还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。
• 不能直接进行输入输出。ABC语言不能直接操纵文件系统。尽管你可以通过诸如文本流的方式导入数据，但ABC语言无法直接读写文件。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语言用自然语言的方式来表达程序的含义，比如上面程序中的HOW TO（如何）。然而对于掌握了多种语言的程序员来说，他们更习惯用function或者define来定义一个函数。同样，程序员也习惯了用等号（=）来分配变量。革新尽管让ABC语言显得特别，但实际上增加了程序员的学习难度。
• 传播困难。ABC编译器很大，必须被保存在磁带（tape）上。罗苏姆在学术交流时，就必须用一个大磁带来给别人安装ABC编译器。这使得ABC语言很难快速传播。

1989年，为了打发圣诞节假期，罗苏姆开始写Python语言的编译/解释器。Python这个词在英文中的意思是蟒蛇。但罗苏姆选择这个名字的原因与蟒蛇无关，而是来源于他挚爱的一部电视剧^(2)^{#ch2-back}。他希望这个新的叫作Python的语言，能实现他的理念。也就是一种在C和Shell之间，功能全面、易学易用、可拓展的语言。罗苏姆作为一名语言设计爱好者，已经有过设计语言的的尝试。虽然上次的语言设计并不成功，但罗苏姆依然乐在其中。这一次设计Python语言，也不过是他又一次寻找乐趣的小创造。

1991年，第一个Python编译/解释器诞生。它是用C语言实现的，能够调用C语言生成的动态链接库^(3)^{#ch3-back}。从一出生，Python就已经具有了一直保持到现在的基本语法：类（class）、函数（function）、异常处理（exception）、包括表（list）和词典（dictionary）在内的核心数据类型，以及模块（module）为基础的拓展系统。

图1-3　最初的Python图标

Python语法很多来自C，但又受到ABC语言的强烈影响。Python像ABC语言一样，比如用缩进代替花括号，从而保证程序更易读（readability）。罗苏姆认为，程序员读代码的时间要远远多于写代码的时间。强制缩进能让代码更清晰易读，应该予以保留。但与ABC语言不同的是，罗苏姆同样重视实用性（practicality）。在保证易读性的前提下，Python会乖巧地服从其他语言中已有的一些语法惯例。Python用等号赋值，与多数语言保持一致。它使用def来定义函数，而不是像ABC语言那样使用生僻的HOWTO。罗苏姆认为，如果是“常识”上已确立的东西，就没有必要过度创新。

Python还特别在意可拓展性（extensibility），这是罗苏姆实用主义原则的又一体现。Python可以在多个层次上拓展。从高层上，你可以引入其他人编写的Python文件，来为自己的代码拓展功能。如果出于性能考虑，你还可以直接引入C和C++语言编译出的库。由于C和C++语言在代码方面的多年储备，Python相当于站在了巨人的肩膀上。Python就像是使用钢构建房一样，先规定好大的框架，再借着模块系统给程序员以自由发挥的空间。

最初的Python完全由罗苏姆本人开发。由于Python隐藏了许多机器层面上的细节，并凸显出了逻辑层面的编程思考，所以这个好用的语言得到了罗苏姆同事的欢迎。同事们在工作中乐于使用Python，然后向罗苏姆反馈使用意见，其中不少人都参与到语言的改进。罗苏姆和他的同事构成了Python的核心团队，他们将自己大部分的业余时间都奉献给了Python。Python也逐渐从罗苏姆的同事圈传播到其他科研机构，慢慢用于学术圈之外的程序开发。

Python的流行与计算机性能的大幅提高密不可分。20世纪90年代初，个人计算机开始进入普通家庭。英特尔发布了486处理器，成为第四代处理器的代表。1993年，英特尔又推出了性能更好的奔腾处理器。计算机的性能大大提高。程序员不必再费尽心力提高程序效率，开始越来越关注计算机的易用性。微软发布Windows 3.0开始的一系列视窗系统，用方便的图形化界面吸引了大批普通用户。那些能快速生产出软件的语言成为新的明星，比如运行在虚拟机上的Java。Java完全基于面向对象的编程范式，能在牺牲性能的代价下，提高程序的产量。Python的步伐落后于Java，但它的易用性同样符合时代潮流。前面说过，ABC语言失败的一个重要原因是硬件的性能限制。从这方面来说，Python要比ABC语言幸运许多。

另一个悄然发生的改变是互联网。20世纪90年代还是个人电脑的时代，微软和英特尔挟PC以令天下，几乎垄断了个人电脑市场。当时，大众化的信息革命尚未到来，但对于近水楼台的程序员来说，互联网已经是平日里常用的工具。程序员率先使用互联网进行交流，如电子邮件和新闻组。互联网让信息交流成本大大降低，也让有共同爱好的人能够跨越地理限制聚合起来。以互联网的通信能力为基础，开源（Open Source）的软件开发模式变得流行。程序员利用业余时间进行软件开发，并开放源代码。1991年，林纳斯·托瓦兹在comp.os.minix新闻组上发布了Linux内核源代码，吸引了大批程序员加入开发工作，引领了开源运动的潮流。Linux和GNU相互合作，最终构成了一个充满活力的开源平台。

罗苏姆本人也是一位开源先锋，他维护了一个邮件列表，并把早期的Python用户都放在里面。早期Python用户就可以通过邮件进行群组交流。这些用户大多都是程序员，有相当优秀的开发能力。他们来自许多领域，有不同的背景，对Python也提出了各种各样的功能需求。由于Python相当开放，又容易拓展，所以当一个人不满足于现有功能时，他很容易对Python进行拓展或改造。随后，这些用户将改动发给罗苏姆，由他决定是否将新的特征加入到Python中^(4)^{#ch4-back}。如果代码能被采纳，将会是极大的荣誉。罗苏姆本人的角色越来越偏重于框架的制定。如果问题太复杂，则罗苏姆会选择绕过去，也就是走捷径（cut the corner），把其留给社区的其他人解决。就连创建网站^(5)^{#ch5-back}、筹集基金^(6)^{#ch6-back}这样的事情，也有人乐于处理。社区日渐成熟，开发工作被整个社区分担。

Python的一个理念是自带电池（Battery Included）。也就是说，Python已经有了功能丰富的模块。所谓模块，就是别人已经编写好的Python程序，能实现一定的功能。一个程序员在编程时不需要重复造轮子，只需引用已有的模块即可。这些模块既包括Python自带的标准库，也包括了标准库之外的第三方库。这些“电池”同样是整个社区的贡献。Python的开发者来自于不同领域，他们将不同领域的优点带给Python。Python标准库中的正则表达（regular expression）参考了Perl，函数式编程的相关语法则参考了Lisp语言，两者都来自于社区的贡献。Python在简明的语法框架下，提供了丰富的武器库。无论是建立一个网站，制作一个人工智能程序，还是操纵一个可穿戴设备，都可以借助已有的库再加上简短的代码实现。这恐怕是Python程序员最幸福的地方了。

当然，Python也有让人痛苦的地方。Python当前最新的版本是3，但Python 3与Python 2不兼容。由于很多现存的代码是Python 2编写的，所以从版本2到版本3的过渡并不容易。许多人选择了继续使用Python 2。有人开玩笑说，Python 2的版本号会在未来增加到2.7.31415926。除了版本选择上的问题，Python的性能也不时被人诟病。Python的运算性能低于C和C++，我们会在本书中提及其原因。尽管Python也在提高自身的性能，但性能的差距会一直存在。不过从Python的发展历史来看，类似的批判其实是吹毛求疵。Python本身就是用性能来交换易用性，走的就是和C、C++相反的方向。说一个足球前锋的守门技术不好，并没有太大的意义。

对于初学编程的人来说，从Python开始学习编程的好处很多，如上面已经提到的语法简单和模块丰富。国外许多大学的计算机导论课程，都开始选择Python作为课程语言，替代了过去常用的C或Java。但如果把Python当作所谓的“最好的语言”，希望学一门Python就成为“万人敌”，则是一种幻想。每个语言都有它优秀的地方，但也有各种各样的缺陷。一个语言“好与不好”的评判，还受制于平台、硬件、时代等外部原因。更进一步，很多开发工作需要特定的语言，比如用Java来编写安卓应用，用Objective-C或Swift来编写苹果应用。无论从哪一门语言学起，最终都不会拘泥于初学的那门语言。只有博彩众家，才能让编程的创造力自由发挥。