【Python】程序开发环境构建与数据输入输出

前言

如今，我们的生活已经离不开程序。如用计算机写文章、做PPT、看新闻，用手机聊天、听音乐、玩游戏，甚至在电冰箱、空调、汽车、飞机等设备上，都运行着各种各样的程序。
所谓计算机程序，就是指可以让计算机执行的指令。这个指令好比我们和别人交流的语言，计算机指令就是让计算机能够理解的语言。
我们人类现在有好多语言，比如:英语、汉语、德语、日语等等，计算机能理解的语言也有很多种。在众多变成语言中，Python语言语法简单、上手容易，功能强大。

C语言和Python语言的比较

所以，相对我们来说学习Python语言更为简单。另外，Python被广泛应用于人工智能、网络爬虫、数据分析、网站开发、系统运维、游戏开发等多个领域，是非常热门的编程语言之一。

python的主要特点

易于学习
易于阅读
易于维护
拥有丰富的标准库
支持互动模式
可移植
可嵌入
可扩展
支持数据库应用
支持GUI编程

1.1.1 搭建Python开发环境

1.下载与安装Python

官网网址：https://www.python.org/downloads

2.检测Python是否成功安装

右键单击Windows 10桌面左下角的【开始】按钮，在弹出的快捷菜单中选择【运行】，打开【运行】对话框，在"打开"文本框中输入命令"cmd"，如图1-2所示。然后按【Enter】键，启动【命令提示符】窗口，在当前的提示符后面输入"python"，并且按【Enter】键，出现图1-3所示的信息，则说明Python安装成功，同时进入交互式Python解释器，提示符为">>>"，等待用户输入Python命令。

然后按【Enter】键，启动【命令提示符】窗口，在当前的提示符后面输入"python"，并且按【Enter】键，出现图1-3所示的信息，则说明Python安装成功，同时进入交互式Python解释器，提示符为">>>"，等待用户输入Python命令。

3.配置环境变量

如果在【命令提示符】窗口"C:\Users\Administrator>"后输入"python"，并且按【Enter】键后没有出现图1-3所示的信息，而是显示"'python'不是内部或外部命令，也不是可运行的程序或批处理文件"，原因是在当前的路径中找不到Python.exe可执行文件，解决方法是配置环境变量。

这里以Windows 10操作系统为例介绍配置环境变量的方法，具体步骤如下

1）在Windows的桌面上右键单击【此电脑】图标（【此电脑】图标默认不显示，可以在桌面上右键单击，在弹出的快捷菜单中选择【个性化】命令，在弹出的【设置】窗口中选择"主题"选项，然后在"相关的设置"区域单击【桌面图标设置】选项，在弹出的【桌面图标设置】对话框的"桌面图标"区域选择"计算机"复选框即可显示【此电脑】图标），在弹出的快捷菜单中选择【属性】命令，在弹出的【系统】窗口中单击【高级系统设置】，打开【系统属性】对话框。

2）在【系统属性】对话框中的【高级】选项卡中单击【环境变量】按钮，如图所示。

打开【环境变量】对话框，在"Administrator的用户变量"区域选择"Path"，然后单击【编辑】按钮，打开【编辑环境变量】对话框。在该对话框中单击【新建】按钮，然后在编辑框中输入"D:\Python\Python3.8.2\"，接着多次单击【上移】按钮，将其移至第1行。再一次单击【新建】按钮，然后在编辑框中输入"D:\Python\Python3.8.2\Scripts\"，接着多次单击【上移】按钮，将其移至第2行。新增两个变量后的【编辑环境变量】对话框如图所示。

在【编辑环境变量】对话框中，单击【确定】按钮返回【环境变量】对话框，如图1-6所示。

然后依次在【环境变量】对话框和【系统属性】对话框中单击【确定】按钮完成环境变量的设置。

环境变量配置完成，在【命令提示符】窗口中的提示符后输入"python"，如果Python解释器可以成功运行，说明Python配置成功。

4.创建所需文件夹

在本地计算机D盘创建文件夹PycharmProject，本书所有的Python程序文件都存放在文件夹PycharmProject中。再在文件夹PycharmProject中创建存放单元1的Python程序文件的子文件夹Unit01。

1.1.2 使用IDLE编写简单的Python程序

①在任务栏中右键单击【开始】按钮，在弹出的快捷菜单中选择【搜索】命令，弹出【搜索】对话框，在输入文本框中输入"python"，显示相应最佳匹配列表项，如图所示。然后在最佳匹配列表项中选择"IDLE(Python 3.8 64-bit)"程序启动项即可打开IDLE窗口，如图所示②在IDLE窗口出现提示符">>>"，表示Python已经准备好了，等待用户输入Python程序代码。在提示符">>>"右侧输入程序代码时，每输入一条语句，并按【Enter】键，就会运行一条语句。

③这里输入一条语句print("Happy to learn Python Programming")，然后按【Enter】键，运行该语句的结果如图所示。

④而在实际开发程序时，通常一个Python程序不能只有一行代码，如果需要编写多行代码，可以创建一个文件保存这些代码，在全部编写完毕后一起运行。

【任务 1-1】输出"Happy to learn Python Programming"的信息

【任务描述】
① 在 Python 的 IDLE 中编写 Python 程序 1-1.py ，使用 print() 函数输出" Happy
to learn Python Programming" 。
② 在 Python 的程序编辑窗口运行程序 1-1.py ，输出信息。
③ 在 Windows 的【命令提示符】窗口运行程序 1-1.py ，输出信息。

【任务实施】
① 在 Python 的 IDLE 主窗口中，选择【File】菜单，在弹出的下拉菜单中选择【New File】，打开一个【untitled】窗口，如图所示。在该窗口中，可以直接编写Python代码，并且输入一行代码后按【Enter】键，将自动换到下一行，可继续输入代码。

②在代码编辑区中，输入以下代码。

print("Happy to learn Python Programming")

③ 在 Python 的程序编辑窗口中，选择【File】菜单，在弹出的下拉菜单中选择【Save】，将该程序保存到" D:\PycharmProject\Unit01" 文件夹中，命名为" 1-1.py" ，其中" . py " 为 Python 文件的扩展名。程序文件 1-1.py 保存完成后的程序编辑窗口如图所示。
④ 运行 Python 程序。在 Python 的程序编辑窗口中，选择【Run】菜单，在弹出的下拉菜单中选择【Run Module】，程序文件 1-1.py 的运行结果如图所示。
⑤ 在 Windows 的【命令提示符】窗口中运行程序文件 1-1.py 。
打开Windows的【命令提示符】窗口，然后在提示符后面输入以下命令。

Python  D:\PycharmProject\Unit01\1-1.py

按【Enter】键即可运行程序文件1-1.py，程序文件1-1.py的运行结果如图所示。

1.2.1 测试PyCharm开发环境

1．第1次运行PyCharm

运行PyCharm的具体步骤如下。

（1）单击Windows桌面的PyCharm快捷方式，启动PyCharm，选择是否导入开发环境配置文件，这里选择不导入，即选择"Do not import settings"单选按钮，如图所示。

（2）单击【OK】按钮，进入阅读并同意协议界面，拖曳文本框的滚动条到文本框最下方，表示已阅读完协议内容，然后选择"I confirm that I have read and accept the terms of this User Agreement"，这时【Continue】按钮变为可用状态，如图所示。

（3）单击【Continue】按钮，进入【Set UI theme】界面，这里选择右侧的"Light"单选按钮，如图所示。

（4）单击【Set UI theme】界面左下角的【Skip Remaining and Set Defaults】按钮，省略后面的各项设置，使用系统默认设计的开发环境进行配置，此时将进入PyCharm的欢迎界面，如图所示。

2．创建第1个PyCharm项目

在图所示的PyCharm的欢迎界面单击【Create New Project】按钮，创建一个新的PyCharm项目，PyCharm会自动为新项目文件设置存储路径，为了更好地管理项目文件，在文本框中输入自行设置的存储路径，例如"D:\PycharmProject\Test"，如图所示。

也可以通过单击文本框右侧的按钮，打开【Select Base Directory】对话框，在该对话框中选择已有的文件夹或者新建文件夹，如图所示。然后单击【OK】按钮，返回【New Project】对话框即可。

在【New Project】对话框中单击"Project Interpreter:New Virtualenv environment"左侧的按钮，在其下方展开相关设置项，如图所示。将"Location""Base interpreter"等都正确设置好。

设置完成后，单击【Create】按钮，完成PyCharm项目的创建，将进入图所示的PyCharm主窗口。

PyCharm启动时显示【Tip of the Day】对话框，该对话框中显示相关功能提示或帮助信息，如图所示。如果想关闭"Tip of the Day"功能，可以取消选择"Show tips on startup"复选框，然后单击【Close】按钮即可。

设置完成后,单击【Create】按钮，完成PyCharm项目的创建，将进入图所示的PyCharm主窗口。

3．PyCharm的个性化设置

在PyCharm主窗口单击【File】菜单，在弹出的下拉菜单中选择【Settings】，打开【Settings】对话框，在对话框左侧选择并展开"Editor"选项，如图所示。

（1）设置使用"Ctrl+滚轮"能改变字体大小。
（2）设置Python能自动引入包。
（3）设置显示行号与空白字符。
（4）设置程序代码的字体与大小。
（5）查看与设置Python解析器。
（6）显示【Tip of the Day】对话框。

4．显示工具栏

在PyCharm主窗口选择【View】菜单，在弹出的下拉菜单中选择【Appearance】，在其子菜单中选择【Toolbar】即可，如图所示。

5．认识工具栏

PyCharm主窗口显示的工具栏如图所示。

该工具栏中从左至右的各按钮依次为【打开】按钮、【保存】按钮、【同步】按钮、【后退】按钮、【向前】按钮、【当前文件名】按钮、【运行】按钮、【调试】按钮、【覆盖运行】按钮、【停止】按钮、【位置】按钮、【查找】按钮。

6．设置模板内容

在开发程序时，需要在代码中添加一些项目开发信息，例如开发人员信息、开发时间、项目或文件名称、开发工具信息、中文编码等。①在【Settings】对话框左侧展开"Editor"选项，然后选择"File and Code Templates"选项，在对话框右侧选择"Python Script"，然后对模板内容进行编辑。②项目开发信息的通用编辑格式为：${<variable_name>}。③参照编辑格式输入以下代码。

# 开发人员：${USER}
# 开发时间：${DATE}
# 文件名称：${NAME}.py
# 开发工具：${PRODUCT_NAME}
# coding:UTF-8

其中 ${USER}表示当前系统用户名称，$ {DATE}表示当前开发时间， ${NAME}表示文件名称，$ {PRODUCT_NAME}表示开发工具，UTF-8表示中文编码格式。④选择"Enable Live Templates"复选框，如图所示。激活模板，单击【OK】按钮确认应用模板。

1.2.2 编写简单的Python程序

1．新建Python程序文件

1）在PyCharm主窗口右键单击已建好的PyCharm项目"Test"，在弹出的快捷菜单中选择【New】-【Python File】，如图所示。

（2）在打开的【New Python file】对话框中输入Python文件名"test01"，如图所示

然后双击"Python file"选项，完成Python程序文件的新建任务，刚才编写的模板内容将自动添加到代码编辑窗口，如图所示。

2．编写Python程序代码

在新建文件test01.py的代码编辑窗口已有模板注释内容下面输入以下代码。

print("Happy to learn Python Programming")

创建的Python文件与输入的代码如图所示。

3．保存Python程序文件

在PyCharm主窗口选择【File】菜单，在弹出的下拉菜单中选择【Save All】，保存新编写的程序或者对代码的修改。也可以直接单击工具栏中的【保存】按钮，保存程序文件。

4．运行Python程序

在PyCharm主窗口选择【Run】菜单，在弹出的下拉菜单中选择【Run】，如图所示。

在弹出的【Run】对话框中选择"test01"选项，如图所示。程序文件test01.py开始运行

如果编写的代码没有错误，将显示图所示的运行结果。

5．关闭PyCharm项目

在PyCharm主窗口选择【File】菜单，在弹出的下拉菜单中选择【Close Project】，关闭当前PyCharm项目，此时PyCharm主窗口也被一同关闭，同时显示图所示的欢迎界面。

6．打开PyCharm项目

在欢迎界面中单击【Open】，打开【Open File or Project】对话框，在该对话框中选择需要打开的PyCharm项目，这里选择的PyCharm项目为"Test"，如图所示。

然后单击【OK】按钮即可打开所选项目，同时显示PyCharm主窗口。

在上一步所示图中所示的欢迎界面左侧双击需要打开的项目，也可打开所需的项目。

7．打开Python程序文件

对于当前已打开的PyCharm项目中的Python程序文件，直接在PyCharm主窗口左侧双击对应的程序文件名称，即可打开程序代码进行编辑。

对于当前处于关闭状态的PyCharm项目，可以在【File】下拉菜单中选择【Open】，在弹出的【Open File or Project】对话框中先打开对应项目，然后打开Python程序文件。

【任务1-2】输出"你好，请登录"

【任务描述】
① 在 PyCharm 集成开发环境中创建项目 Unit01 。
② 在项目 Unit01 中创建 Python 程序文件 1-2.py 。
③ 在 Python 程序文件 1-2.py 中输入代码： print(" 你好，请登录 ") 。
④ 在 PyCharm 集成开发环境中运行程序文件 1-2.py ，输出信息：你好，请登录。

【任务实施】1．创建PyCharm项目****Unit01

成功启动PyCharm后，在其主窗口选择【File】菜单，在弹出的下拉菜单中选择【New Project】，打开【Create Project】对话框，在该对话框的"Location"文本框中输入"D:\PycharmProject\Unit01"，如图所示

在【Create Project】对话框中单击【Create】按钮，完成PyCharm项目的创建，然后进入PyCharm的主窗口，创建项目Unit01后的PyCharm主窗口如图所示。

2**．创建Python程序文件****1-2.py**

在PyCharm主窗口右键单击已建好的PyCharm项目"Unit01"，在弹出的快捷菜单中选择【New】-【Python File】。在打开的【New Python file】对话框中输入文件名"1-2"，如图所示。然后双击"Python file"选项，完成Python程序文件的新建任务，同时PyCharm主窗口显示程序文件1-2.py的代码编辑窗口，在该程序文件的代码编辑窗口自动添加了前面所编写的模板内容。

3**．编写Python程序代码**

在新建文件1-2.py的代码编辑窗口已有模板注释内容下面输入以下代码。

print("你好，请登录")

新建的1-2.py文件与输入的代码如图所示。

单击工具栏中的【保存】按钮，保存程序文件1-2.py。

4**．运行Python程序**

在PyCharm主窗口选择【Run】菜单，在弹出的下拉菜单中选择【Run】。在弹出的【Run】对话框中选择"1-2"选项，程序文件1-2.py开始运行。

程序文件1-2.py的完整代码如下所示。

# 开发人员： Administrator
# 开发时间： 2020/3/30
# 文件名称： 1-2.py
# 开发工具： PyCharm
#  coding:UTF-8
print("你好，请登录")

如果编写的代码没有错误，程序文件1-2.py的运行结果如图所示。

1.3.1 Python程序的基本要素

1．行与缩进

Python最具特色的就是使用缩进来控制代码块，不需要使用花括号"{}"。缩进的空格数是可变的，但是同一个代码块中的语句必须包含相同的缩进空格数。
缩进可以使用【Space】键或者【Tab】键实现。使用【Space】键时，通常情况下采用4个空格作为基本缩进量；而使用【Tab】键时，则采用按一次【Tab】键作为一个缩进量。
在Python中，对于流程控制语句、函数定义、类定义以及异常处理语句等，行尾的冒号和下一行的缩进表示一个代码块的开始，而缩进结束则表示一个代码块的结束。
Python对代码的缩进要求非常严格，同一个级别的代码块的缩进量必须相同。如果采用不合理的代码缩进，将抛出SyntaxError异常。

2．空行

空行与代码缩进不同，空行并不是Python语法的要求。书写时不插入空行，Python解释器运行也不会出错。空行的作用在于分隔两段不同功能或含义的代码，便于日后对代码进行维护或重构。

3．多行语句

Python通常是一行写完一条语句，但如果语句很长，可以使用反斜杠"\"来实现多行语句，但多行语句仍属于一条语句，例如：

total = item_one + \
       item_two + \
       item_three

在"[]""{}"或"()"中的多行语句，可以不需要使用反斜杠，例如：

total = ['item_one', 'item_two', 'item_three',
       'item_four', 'item_five']

4．代码组

由缩进相同的一组语句构成的一个代码块，我们称之为代码组。

像if、while、def和class这样的复合语句，首行以关键字开始，以冒号":"结束，该行之后的一行或多行代码构成代码组。将首行及其后面的代码组称为一个子句（clause）。例如：

if  <expression>: 
   < statement1>
elif  <expression>: 
   < statement2> 
else : 
   < statement3>

1.3.2 Python程序的注释

1．单行注释

第一种形式如下

#要求输入整数
    num=input("请输入购买数量：")

第二种形式如下。

     num=input("请输入购买数量：")      #要求输入整数

2．多行注释

Python中多行注释使用多个"#"。
多行注释使用3个单引号"'''"或者3个双引号"""""标注。

【任务1-3】编写程序计算并输出金额

【任务描述】
① 在 PyCharm 项目 Unit01 中创建 Python 程序文件 1-3.py 。
② 在 Python 程序文件 1-3.py中编写程序代码，实现以下功能。
给变量 number 、 price 赋值；计算金额并赋值给变量 amount ；使用 print() 函数分别输出变量 number 、 price 、 amount 的值。
③ 在 PyCharm 集成开发环境中运行程序文件 1-3.py ，显示程序运行结果。

【任务实施】
① 在 PyCharm 项目 Unit01 中创建 Python 程序文件 1-3.py 。
② 在 Python 程序文件 1-3.py 中编写程序代码，实现所需功能，程序文件 1-3.py 的代码如下所示。程序文件 1-3.py 中注释为使用" """" 实现的多行注释。

"""
开发人员：Administrator
开发时间：2020/4/2
文件名称：1-3.py
开发工具：PyCharm
coding:UTF-8
"""
number=3
price=25.8
amount=number*price
print("  数量：",number)
print("  价格：",price,"元")
print("  金额：{:.2f}元".format(amount))