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001.计算机基础与环境搭建

我们在正式踏入编程语言的学习之前，首先对计算机要有一个初步的了解。

1 计算机基础

整个计算机系统分为硬件部分和软件部分，通俗来讲就是身体与灵魂的关系

硬件系统包含四大核心组件：中央处理器（CPU）作为运算控制中心，通过控制单元（CU）调度指令、算术逻辑单元（ALU）执行计算；存储器分为内存（临时存储运行数据）和硬盘（永久存储程序文件）；输入/输出设备（如键盘、显示器）实现人机交互；总线系统则通过数据、地址和控制三类通道连接各硬件组件。

形象比喻就是CPU和存储器相当于大脑，CPU负责运算和思考，存储器负责记忆，内存是浅层记忆，能够很快的想起但也会很快的忘记，硬盘是深层记忆，每次都需要将记忆想一想，把内容提取到浅层记忆中，然后再交给大脑进行处理，输入输出设备相当于人的耳朵、声带、四肢能够与外界进行交互造成影响，总线就是人的神经系统，它可以将各个硬件联系起来让大脑进行控制。

软件系统分为操作系统和应用系统，前者管理硬件资源，及时调配资源，后者解决具体场景需求，这就相当于人想跳一段舞蹈，应用系统负责舞蹈具体怎么跳，将怎么跳的指令交给操作系统，让操作系统命令全身的肌肉完成舞蹈。

我们重新梳理一下舞蹈：人想要跳一段舞，需要从深层记忆（硬盘）中找寻舞蹈的跳法（应用系统以及相关的数据）提取到浅层记忆中（内存），跳舞的应用系统会将其指令一一交给操作系统，操作系统会分解指令让大脑一个动作一个动作的命令肢体进行舞蹈，也许舞蹈较长，可能需要边跳边回想动作（在程序运行过程中随时可能与内存交换数据），跳完后跳舞的过程会非常难以忘记（内存运行完成后将数据存储到硬盘中）。

这一过程体系被叫做“冯·诺依曼体系结构”，以“存储程序”为核心原理。其工作流程体现为指令执行周期：CPU首先从内存中取指，解码器译码识别操作类型，随后算术逻辑单元执行计算或数据传输，最终将结果写回寄存器或内存。所有操作均基于二进制（0/1）完成，例如数字、文字等信息均被转化为二进制代码，通过晶体管电路的开关状态实现高速处理，这一机制构成了计算机高效运算的物理基础。

2 常见的硬件与操作系统

以上介绍的硬件为核心部分，为了支撑计算机更好的完成工作，硬件还有：网卡、显示器、机箱、电源...等

再次注意：机械将硬件组合，不赋予软件控制，他们之间无法协作。

操作系统常见类别：WINDOWS、UNIX、LINUX、MACOS、安卓、IOS等

软件系统：微信、QQ、Python等

各个操作系统会因为搭载的软件系统不同，有一定的差异，我们在后续主要围绕WINDOWS、LINUX进行学习，WINDOWS不必过多赘述，LINUX是当前最流行的服务器系统，原因无他，开源免费，短小精悍！能够在占用最低资源的情况下跑服务器系统，并且在不断地迭代中，让其能够很好的兼容专业工作

3 编程语言

在计算机的发展之初，它是一台由真空管和继电器构成的庞然大物，那个时候的程序员需要使用打孔卡或拨动开关，1代表真空管通电（开），0代表断电（关），组成由1和0编制的代码，例如101 001 00001 00010 001000100010001（称为机器码），交给计算机去执行。再后来，程序越来越复杂，编写这样的代码是不人道的，所以出现了低级语言，也就是汇编语言，它会将CPU的操作步骤一步一步封装成英文，但每次执行命令也需要将它步骤描述完整，例如从某寄存器中取出什么样的数据，交给哪个运算器执行。还是太过复杂，就出现了现在使用高级语言，他将汇编语言的很多步骤进行封装，封装成STL库和第三方库，让编程语言更接近人的语言风格。

我们现在学习的编程语言就属于高级编程语言，高级编程语言属于软件系统，通常它有翻译组件，我们根据翻译组件要求进行内容编写，翻译组件能够将我们的内容翻译成计算机能够读懂的语言，让计算机逐一执行。

1

世界上的编程语言有2500+种，常见的编程语言：Java、C#、Python、PHP、C...，通常我们把他们区分为解释型语言和编译型语言，这其实是他们翻译组件的工作原理不同。

  • 解释型语言：翻译组件叫做解释器，工作方式为实时翻译。

    • 拿到代码之后，解释一句交给操作系统运行一句。

  • 编译型语言：翻译组件叫做编译器，工作方式为全文翻译。

    • 拿到代码之后，会将文件直接翻译成可执行文件，然后将可执行文件交给操作系统运行。

Python、PHP、Javascript、Ruby...一般称之为解释型语言，C、C++、Go...一般称之为编译型语言。

Java是个另类，他是先编译成字节码文件，再由解释器进行执行，具体分类业界暂有争议。

我们这次挑选其中最适合安全从业者、较为简单的编程语言Python为大家打开这扇编程的大门。

  • Python语言中输出的语法规则

print("我是python语言的输出规则")

  • Golang语言中的输出的语法规则

fmt.println("我是GO语言的输出规则")

学习编程本质上就是三件事：

  • 选择一门编程语言，在自己电脑上安装此编程语言相关的编译器/解释器。

  • 学习编程语言的语法规则，根据语法规则+业务背景 设计并开发你的软件。

  • 使用编译器/解释器去运行自己写的代码。

4 Python

4.1 Python的介绍

终于来到了我们今天的主题-Python，Python的创始人为吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum）。1989年的圣诞节期间，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。

全球众多编程语言，为何Python可以脱颖而出成为业界炙手可热的编程语言？目前位居TIOBE排行榜第三名并且一直呈上升趋势。

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Python如此火爆的原因如下：

  • 语法简洁 & 适合小白学习，相比较于其他编程语言Python的学习成本非常低，甚至可以让其他行业的人快速掌握编程技能，通过编程提供工作效率，例如：Excel自动化办公、文件和文件夹的处理等。

  • 类库强大，Python自诞生之初就任其自然生长，经过多年的发展，造就其在很多领域都是积累了很多方便的类库，自然也成为了运维自动化、数据分析、机器学习首选编程语言。

  • 开发效率极高，结合Python语法精炼和类库齐全的特点，所以在使用Python进行开发时可以用更少的代码完成更多的功能，大大提升开发效率。例如：Python10行代码实现的功能，用其他语言可能需要100+行才能完成。

4.2 Python的解释器种类

前文提到过，编程是与计算机的对话，编程的解释器、编译器就是人与计算机的翻译器，那么在学习之前，我们就要安装我们与python的解释器，由于python非常火，所以很多公司都开发了python的解释器（用来翻译python代码成为计算机能够识别的命令），主要有以下几种：

  • CPython【主流】，底层是由C语言开发出来的Python解释器。

  • Jython，是由Java语言开发出来的Python解释器，方便与让Python和Java代码做集成。

  • IronPython，是基于C​代码做集成。

  • RubyPython，...

  • PyPy，是对CPython的优化，他的执行效率提高了。引入编译器的功能，本质上将Python代码进行编译，再去执行编译后的代码。

  • ...

注意：常说的Python解释器默认指的就是CPython解释器。

4.3 CPython解释器的版本

CPython的解释器主要有两大版本：

  • 2.x。

Being the last of the 2.x series, 2.7 received bugfix support until 2020. Support officially stopped January 1 2020, and 2.7.18 code freeze occurred on January 1 2020, but the final release occurred after that date.

  • 3.x，目前主流版本。

python的开发者是非常有魄力的，为了让python3更适应未来，破釜沉舟的将2.x升级3.x做了大规模改动，互不兼容，我们在本次学习中主要围绕python3进行。

5.环境搭建

5.1 安装Python解释器

5.1.1 mac系统

  • 去Python官网下载Python解释器（3.x版本）

https://www.python.org/

  • 安装

默认Python解释器安装目录： /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.9

有bin目录下有一个 python3.9 文件，他就是Python解释器的启动文件。
解释器路径：/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.9/bin/python3.9

  • 写一个简单的Python代码并且让解释器去运行。 接下来要让解释器去运行代码文件：

name = input("请输入用户名:")
print("欢迎使用NB系统：",name)

将文件保存在：文稿/hello.py【/Users/kinghtDocuments/hello.py】

- 打开终端
- 在终端输入：解释器 代码文件
  /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.9/bin/python3.9 /Users/wupeiqi/Documents/hello.py

  • 【补充】系统环境变量

- 假设你有30个Python文件要运行
   /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.9/bin/python3.9 /Users/wupeiqi/Documents/hello1.py
   ...
   /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.9/bin/python3.9 /Users/wupeiqi/Documents/hello30.py

- Python解释器的路径每次不用再写这么长。
    - 将  /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.9/bin 添加到系统的环境变量中。
    - 以后再使用Python解释器去运行python代码时，就可以这样：
       python3.9 /Users/wupeiqi/Documents/hello1.py
       ...
       python3.9 /Users/wupeiqi/Documents/hello2.py

- 如何将 /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.9/bin 添加到系统的环境变量中 ？
  - 默认你不用添加，默认Python解释器在安装的过程中已经帮你添加了。
  - 自己手动想添加：
     - 打开用户目录的下的  .bash_profile 文件（.zprofile）
     - 在文件中写如下内容

# Setting PATH for Python 3.9
# The original version is saved in .zprofile.pysave
PATH="/Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.9/bin:${PATH}"
export PATH

5.1.2 windows系统

  • Python官网下载Python解释器

https://www.python.org/downloads/release/python-390/

  • 在自己电脑上进行安装

python解释器安装目录：C:\Python39
python解释器的路径：C:\Python39\python.exe

  • 编写一个Python代码并交给Python解释器去运行 怎么让解释器去运行写好的代码文件呢？

name = input("请输入用户名")
print("欢迎使用NB系统",name)

并将文件保存在：Y:\hello.py

- 打开终端
- 在终端输入：解释器路径 代码路径

  • 优化配置（让以后操作Python解释器去运行代码时候更加方便）

- 写了30个Python代码，想要使用解释器去运行。
    C:\Python39\python.exe Y:\hello1.py
    C:\Python39\python.exe Y:\hello2.py
    ...
    C:\Python39\python.exe Y:\hello10.py

- 然你以后可以方便的去运行代码，不用再写Python解释器所在的路径。   
    只要你将 C:\Python39 路径添加到系统的环境变量中。以后你在终端就可以：
        python.exe Y:\hello1.py

- 如何将 C:\Python39 添加到环境变量呢？【默认在解释器安装的时已自动添加到环境变量了】

5.2 安装Pycharm编辑器（mac)

帮助我们快速编写代码，用Pycharm可以大大的提高咱们写代码的效率。 + 用解释器去运行代码。

print("asdfasdf")

  • 下载Pycharm

https://www.jetbrains.com/pycharm/

  • 安装

  • 快速使用，写代码+运行代码

  • 破解Pycharm（专业版）

5.3 安装Pycharm编辑器（win)

  • 下载Pycharm

https://www.jetbrains.com/pycharm/download/other.html

  • 安装

  • 快速使用：编写代码 + 运行代码

  • Pycharm（专业版）

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