Программирование на Python. Том 1 4 изд.

Запуск PyPhoto..............................................................918

Исходный программный код PyPhoto................................922

PyView: слайд-шоу для изображений и примечаний................929

Запуск PyView...............................................................929

Исходный программный код PyView.................................935

PyDraw: рисование и перемещение графики ........................... 941

Запуск PyDraw ............................................................... 941

Исходный программный код PyDraw.................................943

PyClock: виджет аналоговых/цифровых часов........................951

Краткий урок геометрии..................................................951

Запуск PyClock...............................................................957

Исходный программный код PyClock................................961

PyToe: виджет игры в крестики-нолики.................................969

Запуск PyToe.................................................................969

Исходный программный код PyToe (внешний) ...................971

Что дальше........................................................................974

Алфавитный указатель.........................................................976

Предисловие

«А теперь нечто совершенно иное...»

В этой книге исследуются способы применения языка программирования Python в типичных прикладных областях и в реально возникающих задачах. Эта книга рассказывает, что можно делать с языком Python после того, как вы овладели его основами.

Эта книга предполагает, что читатель еще только начинает знакомиться с рассматриваемыми в книге прикладными областями - графическими интерфейсами, Интернетом, базами данных, системным программированием и так далее, - и представляет каждую из них, начиная с самых азов, выполняя роль учебника. Попутно книга ставит своей целью познакомить читателя с часто используемыми инструментами и библиотеками, но не с основами языка. Таким образом, данная книга является ресурсом, позволяющим читателю получить более глубокое понимание роли языка Python в практике программирования.

Дополнительно в этой книге исследуется пригодность языка Python на роль инструмента разработки программного обеспечения, в отличие от просто инструмента «создания сценариев». Многие примеры, представленные в этой книге, подобраны в соответствии с этой целью - среди них вы найдете примеры постепенной разработки клиентов электронной почты, опирающиеся на тысячи строк программного кода. Создание подобных крупномасштабных приложений всегда будет непростым делом, но мы покажем, насколько быстрее и проще создаются такие приложения, когда они разрабатываются на языке Python.

Это четвертое издание было дополнено представлением новых особенностей языка, библиотек и практических приемов программирования для Python 3.X. В частности, примеры, представленные в книге, выполняются под управлением интерпретатора версии Python 3.1 - наиболее свежей версии Python на момент написания этих строк. Непосредственно перед публикацией книги все основные примеры были опробованы под третьей альфа-версией Python 3.2, но вообще говоря, они должны сохранить свою работоспособность при использовании любой версии Python из линейки 3.X. Кроме того, это издание было реорганизовано с целью упорядочить прежний материал и добавить описание новых инструментов и тем.

Поскольку среди читателей этой книги будут и те, кому в руки первым попало это издание, и те, кто знаком с предыдущими изданиями, я хочу в этом предисловии более подробно остановиться на целях и задачах этой книги, прежде чем перейти к программному коду.

Об этой книге

Данная книга является учебником по применению языка Python для решения наиболее типичных задач в различных прикладных областях. В ней рассказывается о применении языка Python в системном администрировании, для создания графических интерфейсов и вебприложений и исследуются приемы программирования сетевых взаимодействий, взаимодействий с базами данных, обработки текста, создания интерфейсов для сценариев и во многих других областях. Несмотря на то, что на протяжении всей книги используется язык Python, тем не менее основное внимание будет уделяться не основам языка, а приемам решения практических задач.

Экосистема этой книги

Диапазон тем, обсуждаемых в этой книге, позволяет ее рассматривать, как второй том двухтомника, который должен быть дополнен третьим томом. Важно помнить, что эта книга описывает особенности разработки приложений и является продолжением книги «Изучаем Python»1, рассматривающей основы языка, знание которых совершенно необходимо для чтения этой книги. Поясним, как связаны эти книги между собой:

•    «Изучаем Python» - подробно описывает основы программирования на языке Python. Основное внимание уделяется базовым особенностям языка Python, знание которых является необходимой предпосылкой для чтения этой книги.

•    «Программирование на Python» - эта книга охватывает практические приемы программирования на языке Python. Основное внимание в этой книге уделяется библиотекам и инструментам, и предполагается, что читатель уже знаком с основами языка.

•    «Python Pocket Reference» - краткий справочник, в котором охватываются некоторые подробности, отсутствующие в данной книге. Этот справочник не может использоваться в качестве учебника, но он позволит вам быстро отыскивать описание тех или иных особенностей.

В некотором смысле, эта книга является аналогом «Изучаем Python», но в ней раскрываются не основы языка, а основы прикладного программирования. Это последовательный учебник, в котором не делается никаких предположений об уровне вашей подготовки, и каждая тема начинает рассматриваться с самых азов. Например, при изучении темы разработки веб-приложений вы приобретете все необходимые знания, которые позволят вам создавать простые веб-сайты, и получите представление о более развитых фреймворках и инструментах, которые пригодятся вам с ростом ваших потребностей. Обсуждение особенностей конструирования графических интерфейсов также идет по нарастающей - от простого к сложному.

Дополнением к этой книге может служить книга «Python Pocket Reference» (карманный справочник по языку Python), где предоставляется дополнительная информация о некоторых особенностях, не рассматриваемых в данной книге, и которая может служить отличным справочником. Книга «Python Pocket Reference» является всего лишь справочником, и в ней практически отсутствуют примеры и пояснения, но она может служить отличным дополнением к книгам «Изучаем Python» и «Программирование на Python». Поскольку текущее четвертое издание «Python Pocket Reference» содержит информацию об обеих основных версиях Python, 2.X и 3.X, оно также может использоваться читателями, выполняющими переход между этими двумя версиями Python (подробнее об этом чуть ниже)2.

Чего нет в этой книге

Из-за распределения областей рассмотрения по книгам, о которых упоминалось выше, область применения этой книги имеет следующие ограничения:

•    Она не раскрывает основы языка Python

•    Она не предназначалась для использования в качестве справочника по особенностям языка

Первый из этих двух пунктов отражает тот факт, что освещение основ языка является исключительной прерогативой книги «Изучаем Python», и если вы совершенно не знакомы с языком Python, я рекомендую сначала прочитать книгу «Изучаем Python», прежде чем приниматься за эту книгу, так как здесь предполагается знание основ языка.

Конечно, некоторые приемы языка демонстрируются в примерах этой книги, а в крупных примерах иллюстрируется, как можно объединять базовые концепции в действующие программы. Особенности объектноориентированного программирования, например, часто лучше всего демонстрировать на примерах крупных программ, которые и будут представлены здесь. Однако формально эта книга предполагает, что вы уже знакомы с основами языка Python в достаточной степени, чтобы понять примеры программного кода. Основное внимание здесь будет уделяться библиотекам и инструментам. Поэтому если программный код, который будет демонстрироваться, покажется вам непонятным, -справляйтесь в других источниках.

Второй из этих двух пунктов отражает тот факт, что за многие годы об этой книге сложились неверные представления (вероятно, стоило назвать эту книгу «Применение Python», будь мы чуть более прозорливы в далеком 1995 году). Я хочу ясно обозначить: эта книга - не справочник. Это учебник. Здесь вы можете найти некоторые подробности, воспользовавшись оглавлением или алфавитным указателем, но данная книга не предназначалась для использования именно в таких целях. Краткий справочник вы найдете в книге под названием «Python Pocket Reference», который вы найдете весьма полезным, как только начнете самостоятельно писать нетривиальный программный код. Существуют и другие источники справочной информации, в том числе другие книги и собственный набор справочных руководств по языку Python. Цель этой книги - постепенное обучение применению языка Python для решения типичных задач, а не подробное описание мельчайших особенностей.

О четвертом издании

Если это первое издание книги, которое вы видите, последние изменения, вероятно, вас будут интересовать меньше всего, поэтому вы можете просто перейти к следующему разделу. Для тех, кто читал предыдущие издания, можно отметить, что четвертое издание этой книги содержит три важных изменения:

•    Оно охватывает только Python 3.X.

•    Оно было сокращено, чтобы сделать книгу еще направленнее и освободить место для новых тем.

•    В него было добавлено обсуждение новых тем и инструментов, появившихся в мире Python.

Первый из этих пунктов является, пожалуй, наиболее важным - это издание опирается на Python 3.X, на стандартную библиотеку для этой версии и на распространенные приемы программирования, используемые его пользователями. Однако чтобы объяснить, как это и два других изменения отразились на данном издании, я должен поведать о некоторых деталях.

Изменения в этом издании

Предыдущие версии книги получили весьма широкое распространение, поэтому ниже я приведу некоторые из наиболее заметных изменений в этом издании:

Существовавший ранее материал был сжат, чтобы освободить место для новых тем

Предыдущее издание книги также имело объем около 1600 страниц, что не позволило выделить достаточно места для рассмотрения новых тем (одна только ориентированность Python 3.X на использование Юникода предполагает массу нового материала). К счастью, недавние изменения в мире Python позволили нам без особого ущерба выкинуть часть существующего материала и освободить место для новых тем.

Глубина обсуждения оставшихся тем при этом не пострадала - эта книга остается такой же основательной, как и прежде. Тем не менее одной из основных задач, стоявших при подготовке этого издания, было не допустить дальнейшего роста его объема, а множество других изменений и сокращений, о которых я упомяну ниже, были сделаны отчасти для того, чтобы включить новые темы.

Рассматривается только Python 3.X

Примеры и пояснения были изменены с учетом того, что теперь эта книга охватывает только версию Python 3.X. Версия Python 2.X больше не поддерживается, за исключением тех особенностей, которые перекочевали из версии 2.X в версию 3.X без изменений. Несмотря на то, что таких особенностей достаточно много, благодаря чему читатели могут использовать версию 2.X, тем не менее формально книга поддерживает только версию 3.X.

В свою очередь это обстоятельство явилось основным фактором, обеспечившим сохранение объема этого издания на прежнем уровне. Ограничившись поддержкой только версии Python 3.X - несовместимой с версией Python 2.X, которую следует рассматривать как будущее языка Python, - нам удалось избежать дублирования описания особенностей, отличающихся в этих двух версиях Python. Такое ограничение поддерживаемых версий особенно важно для такой книги, как эта, где приводится множество расширенных примеров, так как это позволяет демонстрировать примеры только для одной версии.

Для тех, кто по-прежнему пытается удержаться в обоих мирах,

2.X и 3.X, я подробнее расскажу об изменениях в Python 3.X ниже, в этом же предисловии. Самым важным, пожалуй, изменением в версии 3.X, из тех, что описываются в книге, является усовершенствованная поддержка интернационализации в примерах программ PyEdit и PyMailGUI. Несмотря на то, что в версии 2.X также имеется поддержка Юникода, тем не менее усовершенствованная ее реализация в версии 3.X вынуждает заново пересмотреть реализацию подобных систем, прежде ориентированных на работу с кодировкой ASCII.

Включение недавно появившихся библиотек и инструментов

С момента выхода предыдущего издания появилось или получило дальнейшее развитие множество новых библиотек и инструментов, и они также упоминаются здесь. В их число входят новые инструменты стандартной библиотеки языка Python, такие как модули subprocess (рассматривается в главах 2 и 3) и multiprocessing (рассматривается в главе 5), а также новые веб-фреймворки, созданные сторонними разработчиками, и инструменты ORM (Object-Relational Mapping - объектно-реляционное отображение) для работы с базами данных. Большинство из них рассматриваются не очень подробно (многие популярные расширения сами по себе являются сложными системами и гораздо подробнее описаны в соответствующей литературе), но для них дается по крайней мере краткое описание в виде резюме.

Например, новая библиотека виджетов Tk tkinter.ttk рассматривается в главе 7, но весьма кратко. Как правило, в этом издании мы предпочитали упоминать подобные расширения по ходу дела, вместо того чтобы представлять примеры программного кода без внятного пояснения.

Это предисловие было ужато

Я удалил все инструкции по запуску и использованию примеров программ. Поэтому теперь за инструкциями по использованию обращайтесь к файлам README, входящим в состав дистрибутива с комплектом примеров. Кроме того, я убрал большую часть благодарностей, потому что они повторяют благодарности из книги «Изучаем Python», - так как знакомство с книгой «Изучаем Python» теперь считается необходимой предпосылкой, дублирование одного и того же материала здесь ничем не оправдано. Кроме того, было убрано описание содержимого книги - чтобы ознакомиться со структурой книги, обращайтесь к оглавлению.

Была убрана вводная глава с обзором языка Python

Я удалил «организаторскую» главу, присутствовавшую в предыдущем издании, где описывались сильные стороны языка Python, представлялись наиболее видные пользователи, рассматривались различные философии и так далее. Обращение в свою веру играет важную роль в любой сфере, где вопрос «почему» задается менее часто, чем должен бы. В действительности, если бы мастера Python не занимались его популяризацией, все мы, вероятно, использовали бы сейчас Perl или языки командных оболочек!

Однако присутствие здесь такой главы стало совершенно излишним из-за наличия сходной главы в книге «Изучаем Python». Поскольку книга «Изучаем Python» должна предшествовать этой книге, я решил не расходовать книжное пространство на повторную агитацию «Питонистов» («Pythonista»). В этой книге предполагается, что вы уже знаете, почему стоит использовать Python, поэтому мы сразу же перейдем к его применению.

Было убрано заключительное послесловие

Заключительное послесловие к этой книге было написано еще для первого издания, и теперь ему исполнилось уже 15 лет. Естественно, что оно отражает взгляды на Python, в большей степени характерные для того времени. Например, использование языка Python для разработки гибридных приложений казалось более значимым в 1995 году, чем в 2010. В современном, более обширном мире Python большинству пользователей не приходится иметь дело со связанным программным кодом на языке C.

В предыдущих изданиях я добавлял новое послесловие для каждого издания, чтобы уточнить и дополнить идеи, представленные в заключении к книге. Теперь я убрал эти послесловия, заменив их коротким примечанием. Само заключение я решил оставить, потому что оно по-прежнему актуально для многих читателей и имеет некоторую историческую ценность. Да к тому же удачные шутки...

Было убрано вступительное слово

По похожим причинам, представленным в двух предыдущих пунктах, я убрал разделы со вступительным словом к предыдущим изданиям. Те, кому это будет интересно, историческую справку о вкладе Гвидо ван Россума (Guido van Rossum), создателя Python, в развитие языка смогут найти в Интернете. Если вам интересно, как за эти годы изменился язык Python с технической точки зрения, смотрите документ «What’s New» («Что нового»), входящий в состав стандартного комплекта руководств по языку Python (доступен по адресу http://www.python.org/doc и устанавливается вместе с Python в Windows и на других платформах).

Раздел, посвященный интеграции с языком C, был сокращен до одной

главы

Я сократил раздел, посвященный созданию расширений на языке C и встраиванию сценариев на языке Python в программы на языке C, до одной короткой главы в конце части, посвященной инструментальным средствам, где коротко описываются основные понятия, связанные с этой темой. Проблемы связывания программ на языке Python с библиотеками на языке C на сегодняшний день волнуют лишь незначительную часть пользователей, а те, кому эти навыки действительно необходимы, найдут более полный пример интеграции в исходных текстах самого языка Python. Имеющиеся возможности перечислены здесь достаточно полно, но значительный объем программного кода на языке C был вырезан в расчете на то, что более представительные примеры вы найдете в программном коде реализации самого языка Python.

Часть, посвященная системному программированию, была сокращена

и переработана

Прежние две главы с большими примерами использования Python в системном программировании были объединены в одну, более короткую главу с новыми или значительно переработанными примерами. Фактически эта часть (часть II) подверглась самым значительным изменениям. Она включает описание новых инструментов, таких как модули subprocess и multiprocessing, знакомит читателей с сокетами, а кроме того, из нее были удалены устаревшие сведения и примеры, унаследованные из прежних изданий. Честно признаться, несколько примеров работы с файлами были созданы еще в 1990-х годах и оказались сильно устаревшими. Начальная глава в этой части была разбита на две, чтобы упростить чтение материала (описание контекста командной оболочки, включая потоки ввода-вывода, было вынесено в отдельную главу), а несколько листингов крупных программ (включая запускающие сценарии с автоматической настройкой) теперь вынесены за пределы книги и включены в состав дистрибутива с комплектом примеров.

Некоторые крупные примеры были исключены из книги (но остались

в составе дистрибутива с комплектом примеров)

Точно так же из книги были исключены два крупных примера, демонстрирующих создание графического интерфейса, PyTree и PyForm. Однако их обновленная реализация доступна в комплекте примеров. В этом издании вы все еще сможете найти упоминание и описание множества крупных примеров, включая примеры реализации полноценных клиентов электронной почты с графическим и веб-интерфейсом, а также программы для просмотра изображений, калькуляторы, часы, текстовые редакторы с поддержкой Юникода, простые графические редакторы, сценарии регрессивного тестирования и многие другие. Однако, так как программный код примеров не добавляет ничего важного к раскрытию темы и вообще эти примеры предлагались в основном для самостоятельного изучения, - я перевел их в разряд дополнительной информации и исключил их из текста этого издания книги.

Обширная глава с описанием тем, касающихся Интернета, была заменена кратким обзором

Я полностью убрал обширную главу с описанием тем, касающихся Интернета, оставив лишь краткий обзор в начале части (с акцентом на возможностях создания графического интерфейса, который приводится в начале третьей части «Программирование GUI»). Здесь вы найдете все ранее включавшиеся в рассмотрение инструменты, такие как веб-фреймворк ZOPE, объектная модель COM, технологии Windows Active Scripting и ASP, HTMLgen, Python Server Pages (PSP), Jython и уже серьезно устаревшая система Grail. Некоторые из этих инструментов по-прежнему заслуживают положительных оценок, но в этом издании никакие из них не рассматриваются подробно. В обзор были добавлены новые инструменты (включая многие из тех, что перечислены в следующем абзаце), но, опять же, весьма краткие и без примеров программного кода.

Несмотря на все попытки автора угадать направления развития вебтехнологий в будущем, печатное издание не способно полностью соответствовать эволюции сферы развития Интернета. Например, в настоящее время появились веб-фреймворки, такие как Django, Google App Engine, TurboGears, pylons и web2py, соперничающие по своей популярности с ZOPE. Точно так же фреймворк .NET Framework во многих приложениях вытеснил объектную модель Windows COM. Реализация IronPython теперь способна обеспечить такую же тесную интеграцию с .NET, как и Jython с Java. А механизм Active Scripting в значительной степени может быть замещен клиентскими фреймворками, основанными на JavaScript и использующими технологию AJAX, такими как Flex, Silverlight и pyjamas (которые часто называют средствами разработки полнофункциональных вебприложений). Кроме собственно исторической ценности, примеры, ранее представленные в этой категории, не давали возможности изучить описываемые инструменты или хотя бы судить об их достоинствах.

Вместо того чтобы включать в книгу неполное (и практически бесполезное) описание инструментов, которые в течение предполагаемого срока жизни этого издания могут как уйти далеко вперед в своем развитии, так и исчезнуть со сцены, я решил предоставить лишь краткие обзоры наиболее важных тем, касающихся Интернета, и предлагаю читателям самим постараться найти необходимые подробности в Интернете. По сути, основная цель книги, которую вы читаете, состоит в том, чтобы дать углубленные знания об основах Интернета, которые позволят вам воспользоваться более сложными системами, когда вы будете готовы сделать шаг вперед.

Единственное исключение: описание XML, присутствовавшее ранее в этой главе, было дополнено и перемещено в главу, посвященную обработке текста (где оно и должно было бы находиться). Точно так же было сохранено описание объектно-ориентированной базы данных ZODB, поддерживаемой фреймворком ZOPE, хотя и в сильно урезанном виде, чтобы получить возможность добавить описание механизмов ORM, таких как SQLObject и SQLAlchemy (также в краткой форме).

Задействованы, современные инструменты, доступные в версии 3.X

К моменту написания этих строк Python 3.X все еще находился на этапе внедрения, и некоторые из инструментов сторонних разработчиков, которые использовались в примерах в предыдущих изданиях этой книги, по-прежнему доступны только в версиях для Python 2.X. Чтобы обойти этот временный недостаток, я изменил некоторые примеры, задействовав в них альтернативные инструменты, обеспечивающие поддержку версии Python 3.X.

Наиболее заметным в этом смысле является раздел, посвященный базам данных SQL, - теперь в нем вместо интерфейса доступа к серверу MySQL, присутствующего в Python 2.X, используется библиотека SQLite поддержки баз данных, встраиваемых в приложения, которая в версии 3.X стала стандартной частью Python. К счастью, переносимый прикладной интерфейс Python позволяет сценариям взаимодействовать с обоими механизмами практически одинаково, поэтому такое изменение является весьма незначительной жертвой.

Отдельно следует отметить использование расширения PIL для отображения изображений в формате JPEG в части, посвященной созданию графического интерфейса. Это расширение было адаптировано Фредриком Лундом (Fredrik Lundh) для версии Python 3.1 как раз к моменту подготовки этого издания. Когда я сдавал в издательство окончательный вариант рукописи этой книги в июле 2010 года, эта версия расширения официально еще не была выпущена, но она должна была вскоре выйти; поэтому в качестве временной меры заплаты для этой библиотеки, обеспечивающие поддержку Python 3.X, были включены в комплект примеров.

Было исключено описание дополнительных возможностей языка

Все дополнительные особенности языка Python, такие как дескрипторы, свойства, декораторы, метаклассы и поддержка Юникода, являются частью языка Python. Поэтому их описание было перемещено в четвертое издание книги «Изучаем Python». Например, улучшенная поддержка Юникода и ее влияние на приемы работы с файлами, именами файлов, сокетами и со многими другими инструментами обсуждаются в этой книге, но основы Юникода здесь не рассматриваются. Некоторые темы из этой категории определенно имеют прикладной характер (или, по крайней мере, представляют интерес для разработчиков инструментальных средств и архитекторов прикладных интерфейсов), но наличие их описания в книге «Изучаем Python» позволило избежать дальнейшего увеличения объема этой книги. Ищите подробное обсуждение этих тем в книге «Изучаем Python».

Прочие незначительные изменения

Естественно, что попутно было внесено множество мелких изменений. Например, для размещения элементов форм теперь вместо метода pack используется метод grid из библиотеки tkinter, потому что он обеспечивает более непротиворечивый способ размещения элементов в платформах, где размер шрифта в подписях не соответствует высоте полей ввода (включая ОС Windows 7 netbook, установленную на ноутбуке, использовавшемся для работы над этим изда-

нием). Кроме того, по всей книге были добавлены новые сведения, включая новое описание механизма переадресации потоков ввода-вывода в сокеты, в части с описанием приемов работы в Интернете; новый многопоточный диалог поиска по регулярным выражениям с поддержкой Юникода и изменения в тестах для примера PyEdit; множество других изменений, которые, вероятно, вам будет лучше раскрывать по ходу дела, чем читать о них в предисловии.

Наконец, некоторые блоки комментариев, начинающиеся с символа «#» и расположенные в начале файлов с исходными текстами, я заменил строками документирования (и, для единообразия, даже в сценариях, которые не предназначены для импортирования, хотя отдельные строки «#» остались в крупных примерах, где они отделяют текст). Я также заменил несколько устаревших операторов «while 1» на «while True»; чаще стал использовать оператор +=; внес другие изменения, исправив некоторые устаревшие шаблоны программирования. Старые привычки бывает сложно искоренять, но подобные изменения делают примеры не только более функциональными, но и более полно отражающими современные приемы программирования.

Несмотря на добавление новых тем, в общей сложности было удалено четыре главы (нетехническое введение, одна из глав с примерами по системному программированию, глава с расширенными темами, касающимися Интернета, и одна объединительная глава). Были урезаны несколько дополнительных примеров и сопутствующий им материал (включая PyForm и PyTree), а также, специально для экономии пространства, книга ограничивается представлением только версии Python 3.X и описанием лишь самых основ разработки приложений.