Python 编程教程 / 03 - Hello World
第 03 章：Hello World
从第一行代码开始，掌握 Python 的交互式和脚本运行方式。
3.1 交互式 REPL
3.1.1 启动 REPL
# 启动 Python 交互式解释器
$ python3
Python 3.12.4 (main, Jun 8 2024, 18:29:57) [GCC 11.4.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>
3.1.2 基本操作
>>> print("Hello, World!")
Hello, World!
>>> 2 + 3
5
>>> "Hello" + " " + "Python"
'Hello Python'
>>> exit() # 或 Ctrl+D 退出
3.1.3 REPL 特殊变量
>>> _ # 上一次表达式的结果
>>> 2 + 3
5
>>> _ * 2
10
>>> help() # 进入帮助系统
>>> dir([]) # 查看对象属性
>>> type(42) # 查看类型
<class 'int'>
3.1.4 增强 REPL
| 工具 | 特点 |
|---|---|
| IPython | 语法高亮、自动补全、魔术命令 |
| bpython | 实时自动补全、语法高亮 |
| ptpython | Vi/Emacs 键绑定、自动补全 |
# 安装 IPython
$ pip install ipython
# 启动
$ ipython
In [1]: "hello".upper()
Out[1]: 'HELLO'
3.2 脚本运行
3.2.1 第一个脚本
创建 hello.py：
#!/usr/bin/env python3
"""我的第一个 Python 脚本。"""
def greet(name: str) -> str:
"""生成问候语。"""
return f"Hello, {name}! Welcome to Python."
if __name__ == "__main__":
print(greet("World"))
运行脚本：
$ python3 hello.py
Hello, World! Welcome to Python.
3.2.2 Shebang 行
#!/usr/bin/env python3 # 推荐写法
#!/usr/bin/python3 # 不推荐（路径可能不同）
使用 shebang 使脚本可直接执行：
$ chmod +x hello.py
$ ./hello.py
Hello, World! Welcome to Python.
3.2.3 __name__ 的作用
| 运行方式 | __name__ 的值 |
|---|---|
python hello.py | "__main__" |
import hello | "hello" |
# mymodule.py
def add(a: int, b: int) -> int:
return a + b
if __name__ == "__main__":
# 只在直接运行时执行，导入时不执行
print(add(1, 2))
3.2.4 命令行参数
# args_demo.py
import sys
if __name__ == "__main__":
print(f"脚本名称: {sys.argv[0]}")
print(f"参数列表: {sys.argv[1:]}")
$ python3 args_demo.py hello world
脚本名称: args_demo.py
参数列表: ['hello', 'world']
3.2.5 -c 和 -m 选项
# 直接执行代码
$ python3 -c "print('Hello')"
# 运行模块
$ python3 -m http.server 8000
# 运行包
$ python3 -m pytest
# 查看模块位置
$ python3 -m site
3.3 编码规范（PEP 8）
3.3.1 命名规范
| 类型 | 规范 | 示例 |
|---|---|---|
| 变量 | snake_case | user_name, max_retry |
| 常量 | UPPER_SNAKE_CASE | MAX_SIZE, API_KEY |
| 函数 | snake_case | get_user(), send_email() |
| 类 | PascalCase | UserModel, HttpClient |
| 模块 | snake_case | utils.py, db_models.py |
| 包 | snake_case | mypackage |
| 私有 | 前导下划线 | _internal, __mangled |
3.3.2 格式规范
# ✅ 正确
x = 1
y = 2
long_variable_name = "hello"
# ❌ 错误
x = 1
y = 2
longVarName = "hello"
# ✅ 函数之间空两行
def first_function():
pass
def second_function():
pass
# ✅ 类中方法之间空一行
class MyClass:
def method_one(self):
pass
def method_two(self):
pass
3.3.3 导入规范
# ✅ 每个模块单独导入
import os
import sys
from pathlib import Path
# ❌ 一行导入多个
import os, sys
# 导入顺序（PEP 8 推荐）：
# 1. 标准库
import os
import sys
# 2. 第三方库
import requests
import pandas as pd
# 3. 本地模块
from myproject.utils import helper
3.3.4 行长度与换行
# 行长度限制 79 字符（严格）或 88 字符（Black/Ruff 默认）
# 使用括号换行
result = some_function(
first_argument,
second_argument,
third_argument,
)
# 使用反斜杠换行（不推荐）
result = first_value + \
second_value + \
third_value
3.3.5 自动格式化工具
# Ruff（推荐，速度极快）
$ pip install ruff
$ ruff format my_script.py
$ ruff check my_script.py
# Black
$ pip install black
$ black my_script.py
# isort（排序导入）
$ pip install isort
$ isort my_script.py
3.4 模块系统基础
3.4.1 导入模块
# 导入整个模块
import math
print(math.pi) # 3.141592653589793
# 导入特定成员
from math import pi, sqrt
print(pi)
print(sqrt(16)) # 4.0
# 别名导入
import numpy as np
from datetime import datetime as dt
# 导入所有（不推荐，污染命名空间）
from math import *
3.4.2 标准库常用模块
| 模块 | 用途 | 示例 |
|---|---|---|
os | 操作系统交互 | os.path.join() |
sys | 系统参数 | sys.argv, sys.path |
math | 数学函数 | math.sqrt(), math.ceil() |
datetime | 日期时间 | datetime.now() |
json | JSON 解析 | json.dumps(), json.loads() |
pathlib | 路径操作 | Path("dir/file.txt") |
re | 正则表达式 | re.match() |
collections | 高级容器 | Counter, defaultdict |
itertools | 迭代工具 | chain(), product() |
functools | 函数工具 | lru_cache(), partial() |
3.4.3 使用标准库
# 日期时间
from datetime import datetime, timezone
now = datetime.now(timezone.utc)
print(now.strftime("%Y-%m-%d %H:%M:%S"))
# 随机数
import random
print(random.randint(1, 100))
print(random.choice(["apple", "banana", "cherry"]))
# 计时
import time
start = time.perf_counter()
# 执行某些操作
result = sum(range(1_000_000))
elapsed = time.perf_counter() - start
print(f"耗时: {elapsed:.4f} 秒")
3.5 注释与文档
3.5.1 注释类型
# 单行注释
x = 42 # 行末注释
"""
多行注释
（实际上是多行字符串字面量，但常用作注释）
"""
def calculate_area(radius: float) -> float:
"""计算圆的面积。
Args:
radius: 圆的半径，必须为正数。
Returns:
圆的面积。
Raises:
ValueError: 当半径为负数时。
"""
if radius < 0:
raise ValueError("半径不能为负数")
return 3.14159 * radius ** 2
3.5.2 docstring 风格
Google 风格（推荐）：
def fetch_user(user_id: int) -> dict:
"""从数据库获取用户信息。
Args:
user_id: 用户的唯一标识符。
Returns:
包含用户信息的字典，格式如下：
{
"id": int,
"name": str,
"email": str,
}
Raises:
UserNotFoundError: 用户不存在时。
"""
...
3.6 编码与 Unicode
3.6.1 源文件编码
# Python 3 源文件默认 UTF-8 编码
# 以下声明在 Python 3 中通常不需要
# -*- coding: utf-8 -*-
# 直接使用中文
message = "你好，世界！"
print(message)
3.6.2 字符编码基础
| 概念 | 说明 |
|---|---|
| ASCII | 128 个字符，英文和数字 |
| UTF-8 | 可变长度，兼容 ASCII，推荐 |
| Unicode | 字符集标准 |
# 编码转换
text = "你好"
encoded = text.encode("utf-8") # b'\xe4\xbd\xa0\xe5\xa5\xbd'
decoded = encoded.decode("utf-8") # '你好'
# 查看码点
print(ord("你")) # 20320
print(chr(20320)) # '你'
3.7 注意事项
🔴 注意：
- Python 区分大小写：
name、Name、NAME是三个不同的标识符 - 缩进使用 4 个空格，不要使用 Tab
- 避免使用
l、O、I作为变量名（易与数字混淆） - Python 3 不兼容 Python 2 的
print语句
💡 提示：
- 使用
type()检查变量类型 - 使用
dir()查看对象属性 - 使用
help()查看文档 - 推荐使用
ruff代替black+isort+flake8
📌 业务场景： 编写自动化运维脚本时，规范的项目结构和良好的编码习惯至关重要：
#!/usr/bin/env python3
"""服务器健康检查脚本。"""
import sys
import psutil
from datetime import datetime
def check_cpu(threshold: float = 80.0) -> bool:
"""检查 CPU 使用率是否超过阈值。"""
usage = psutil.cpu_percent(interval=1)
status = "⚠️" if usage > threshold else "✅"
print(f"{status} CPU: {usage}%")
return usage <= threshold
def check_memory(threshold: float = 80.0) -> bool:
"""检查内存使用率是否超过阈值。"""
mem = psutil.virtual_memory()
status = "⚠️" if mem.percent > threshold else "✅"
print(f"{status} 内存: {mem.percent}% ({mem.used // (1024**3)}GB / {mem.total // (1024**3)}GB)")
return mem.percent <= threshold
def check_disk(path: str = "/", threshold: float = 90.0) -> bool:
"""检查磁盘使用率是否超过阈值。"""
disk = psutil.disk_usage(path)
status = "⚠️" if disk.percent > threshold else "✅"
print(f"{status} 磁盘 {path}: {disk.percent}%")
return disk.percent <= threshold
if __name__ == "__main__":
print(f"=== 服务器健康检查 {datetime.now():%Y-%m-%d %H:%M} ===")
results = [check_cpu(), check_memory(), check_disk()]
sys.exit(0 if all(results) else 1)