Программирование на Python. Том 1 4 изд.

Что же осталось?

В результате изменений, обозначенных выше, это издание получилось более кратким и более четко отражающим основную его роль - учебное руководство по применению языка Python для решения типичных задач программирования. Однако, учитывая объем книги, можно смело утверждать, что это по-прежнему обстоятельная и всесторонняя книга, предназначенная быть первой ступенью на пути овладения мастерством разработки приложений на языке Python.

Вопреки последним настроениям (и рискуя получить клеймо еретика) я совершенно уверен, что книги, подобные этой, должны подтягивать своих читателей вверх, а не опускаться до их уровня. Снижение интеллектуальной планки вредит не только читателям, но и той области знаний, в которой они предполагают действовать. В этой книге вы не найдете множество забавных рисунков, как в некоторых, и она не будет поражать вас развлекательным повествованием вместо технической глубины. Цель моих книг состоит в том, чтобы передать сложные поня-

тия убедительным и надежным способом и снабдить вас инструментами, которые потребуются вам в разработке программного обеспечения.

Разумеется, существует множество типов обучающихся, и ни одна книга не сможет работать на любую аудиторию. Фактически именно по этой причине изначальная версия этой книги позднее была разделена на две, и описание основ языка было делегировано отдельной книге «Изучаем Python». Кроме того, и программистов можно поделить на две категории - тех, кто желает получить глубокие знания в области разработки программного обеспечения, и скриптеров, не испытывающих такой потребности. Некоторым вполне достаточно иметь элементарные знания, позволяющие дорабатывать системы или библиотеки и решать текущие проблемы. Но это пока они не начнут вторгаться в область разработки полномасштабных приложений - порог, за которым в худшем случае может наступить разочарование, а в лучшем - лучшее понимание сложной природы этой области.

Неважно, к какому лагерю вы принадлежите, важно понять основное назначение этой книги. Если вы ищете кратчайший путь к мастерству, вам едва ли понравится эта книга (как и разработка программного обеспечения в целом). Однако если вы стремитесь научиться хорошо программировать на языке Python и одновременно получить удовольствие от процесса изучения, эта книга наверняка станет для вас важной вехой на пути обретения опыта.

В конечном счете, овладеть навыками программирования далеко не так просто, как пытаются представить некоторые. Однако если вы приложите необходимые усилия, то обнаружите, что это стоит затраченного времени. Это особенно верно для тех, кто вооружает себя удобным инструментом программирования, таким как язык Python. Ни одна книга и ни одни курсы не превратят вас в «Повелителя Вселенной» Python, тем не менее цель этой книги состоит в том, чтобы помочь вам добиться этого, сократив начальный этап освоения и обеспечив надежный фундамент в наиболее типичных областях применения Python.

Влияние Python 3.X на эту книгу

Как уже упоминалось выше, это издание теперь охватывает только версию Python 3.X. Версия языка Python 3.X несовместима с версией 2.X. В своей основе язык версии 3.X очень напоминает Python 2.X, но имеет множество существенных отличий, кроющихся как в самом языке, так и в стандартной библиотеке. Читатели, не имеющие опыта работы с версией 2.X, могут пропустить описание этих отличий, но появившиеся изменения очень сильно повлияли на содержание этого издания. Для широкого круга пользователей Python 2.X в этом разделе описываются наиболее значимые изменения, относящиеся к этой категории.

Если вам интересно поближе познакомиться с отличиями от версии 2.X, я предлагаю дополнительно найти четвертое издание книги «Python Pocket Reference», упомянутое выше. Там приводятся описания основных структур языка обеих версий, 2.X и 3.X, встроенных функций и исключений, а также перечисляется большинство модулей из стандартной библиотеки и инструментов, используемых в этой книге. Хотя четвертое издание книги «Изучаем Python» не является справочником по различиям между версиями, оно охватывает обе версии,

2.X и 3.X, и, как уже отмечалось, знакомство с ней является обязательным условием для усвоения материала этой книги. Цель этого издания книги «Программирование на Python», ориентированного только на версию 3.X, заключается вовсе не в том, чтобы оставить за бортом огромное количество пользователей версии 2.X, а в том, чтобы помочь читателям перейти на новую версию и избежать увеличения размеров и без того массивной книги.

Изменения, связанные с включением поддержки версии 3.X

К счастью, многие отличия между версиями 2.X и 3.X, обусловившие необходимость внесения изменений в эту книгу, достаточно тривиальны. Например, библиотека tkinter, широко используемая в этой книге для построения графических интерфейсов, присутствует в версии 3.X под именем tkinter и имеет структуру пакета - ее прежняя инкарнация в версии 2.X, в виде модуля Tkinter, в этой книге не описывается. Это отличие приводит, в основном, к необходимости использовать отличные инструкции импортирования, но здесь приводятся только инструкции для версии Python 3. Аналогично с целью соблюдения соглашений об именовании модулей, принятых в версии 3.X, модули для версии 2.X anydbm, Queue, thread, StringIO.StringIO и urllib.open превратились в Python 3.X и в этом издании в модули dbm, queue, _thread, io. StringIO и urllib. request.urlopen соответственно. Точно так же были переименованы и другие инструменты.

С другой стороны, переход к версии 3.X предполагает более широкие идиоматические изменения, которые, конечно же, являются более радикальными. Например, усовершенствованная поддержка Юникода в Python 3.X подтолкнула к созданию для этого издания примеров полностью интернационализированных версий текстового редактора PyEdit и клиента электронной почты PyMailGUI (подробнее об этом чуть ниже). Кроме того, замена модуля os.popen2 модулем subprocess потребовала включения новых примеров; отказ от модуля os.path.walk в пользу модуля os.walk позволил сократить некоторые примеры; новое разделение на файлы и строки Юникода и двоичные файлы и строки потребовало изменения группы дополнительных примеров и описания; кроме того, появились новые модули, такие как multiprocessing, предлагающие новые возможности, которые необходимо было описать в этом издании.

Помимо изменений в библиотеке, в примерах этого издания также отражены изменения в языке Python 3. Например, здесь учтены все изменения, коснувшиеся функций из версии 2.X print, raw_input, keys, has_key, map и apply. Кроме того, новая модель импортирования относительно пакетов, появившаяся в версии 3.X, нашла отражение в некоторых примерах, таких как mailtools и анализаторы выражений, а отличия в поведении операторов деления вынудили внести небольшие изменения в примеры создания графического интерфейса, такие как PyClock, PyDraw и PyPhoto.

Замечу также, что я не стал заменять все выражения форматирования строк на основе оператора % новым методом str.format, потому что оба способа форматирования поддерживаются в Python 3.1, и похоже, оба они будут поддерживаться еще очень долго, если не всегда. Фактически если воспользоваться поиском с помощью регулярных выражений, который мы реализуем в примере текстового редактора PyEdit в главе 11, можно обнаружить, что этот оператор встречается более 3000 раз в программном коде библиотеки для Python 3.1. Я не могу с абсолютной точностью предсказать, как будет развиваться Python в будущем, поэтому обращайтесь к первой главе, где подробнее рассказывается об этом, если когда-нибудь вам потребуется внести изменения.

Кроме того, из-за того, что это издание охватывает только версию 3.X, оказалось невозможным использовать некоторые сторонние пакеты, существующие только в версии для Python 2.X, о чем уже говорилось выше. В их число входят интерфейс к MySQL, ZODB, PyCrypto и другие. Как уже упоминалось выше, для работы под управлением Python 3.1 была адаптирована библиотека PIL с целью использования в этой книге, но для этого потребовалось наложить специальные исправления, а официальная версия, поддерживающая Python 3.X, до сих пор не вышла. Многие из недостающих модулей для версии 3.X могут появиться к моменту, когда вы будете читать эти строки, либо в виде адаптированных версий для Python 2.X, либо в виде совершенно новых версий, специально для Python 3.X.

Особенности языка и библиотека: Юникод

Поскольку эта книга посвящена изучению принципов разработки приложений, а не основ языка программирования, изменения в языке не обязательно должны отслеживаться здесь. В действительности, оглядываясь на книгу «Изучаем Python», можно сказать, что изменения в языке, связанные с переходом на версию 3.X скорее касаются ее, а не данной книги. В большинстве случаев изменения в примерах к этой книге были обусловлены необходимостью сделать их более понятными или более функциональными, а не включением поддержки версии 3.X.

С другой стороны, переход на версию Python 3.X оказывает влияние на значительную часть программного кода, и иногда это влияние может оказаться весьма тонким. Тем не менее читатели с опытом использования Python 2.X обнаружат, что если отличия в версии 3.X языка чаще всего легко преодолимы, то отличия в стандартной библиотеке для версии 3.X преодолеть иногда оказывается гораздо сложнее.

Но к наиболее широким последствиям привело главное изменение в Python 3.X - улучшенная поддержка строк Юникода. Будем честными: поддержка Юникода в версии 3.X иногда может существенно осложнять жизнь тех, кто всю жизнь сталкивался только с кодировкой ASCII! Как мы увидим далее в этой книге, эта поддержка оказывает существенное влияние при работе с содержимым файлов, с именами файлов, с дескрипторами каналов, с сокетами, при выводе текста в графическом интерфейсе, при работе с такими протоколами Интернета, как FTP и email, при разработке сценариев CGI и даже при использовании некоторых инструментов хранения данных. Плохо это или хорошо, но как только мы войдем в мир разработки приложений, описываемый в этой книге, Юникод перестанет быть необязательной темой для многих, если не для большинства программистов на языке Python 3.X.

Конечно, если уж на то пошло, никому и никогда не следовало бы рассматривать использование Юникода, как дополнительную и необязательную возможность. Далее мы увидим, что некоторые приемы, которые, казалось бы, работают в Python 2.X, на самом деле нельзя признать удовлетворительными - работа с текстом как с простым набором байтов может порождать различные проблемы, такие как ошибки при сравнении строк в различных кодировках (утилита grep, реализованная в составе текстового редактора PyEdit в главе 11, является ярким примером программного кода, который должен терпеть неудачу при отказе от использования Юникода). Python 3.X обнажает подобные проблемы, делая их более заметными для программиста.

Однако перенос нетривиального программного кода на версию 3.X не является неразрешимой задачей. Кроме того, многие читатели этого издания имеют шикарную возможность начать использовать язык Python сразу же с версии 3.X и не иметь дела с существующим программным кодом для версии 2.X. Если вы принадлежите к их числу, вы увидите, что Python 3.X является надежным языком широкого применения для разработки сценариев и приложений, стремящимся устранить многие проблемы, которые когда-то скрывались в версии 2.X.

Ограничения Python 3.1: электронная почта, CGI

Здесь необходимо сделать одно важное замечание, касающееся основных примеров в книге. Чтобы их реализация представляла интерес для как можно более широкой аудитории, основные примеры в этой книге имеют отношение к электронной почте и обеспечивают поддержку интернационализации и Юникода. К этой категории относятся примеры PyMailGUI (в главе 14) и PyMailCGI (в главе 16), а также все предшествующие примеры, используемые этими приложениями, в число которых входит текстовый редактор PyEdit, поддерживающий Юникод при работе с файлами, при отображении и поиске текста.

В этом есть свои плюсы и минусы. Плюс в том, что в конечном итоге мы получим полнофункциональный и интернационализированный клиент электронной почты PyMailGUI, использующий существующий ныне пакет email. Это приложение будет поддерживать любые кодировки для содержимого и заголовков электронных писем и обеспечит возможность не только их просмотра, но и составления. Минус заключается в том, что при этом придется приложить определенные усилия, чтобы обойти сложности, связанные с особенностями реализации пакета email в Python 3.1.

К сожалению, как будет показано в главе 13, в пакете email в Python 3.1 имеется ряд проблем, связанных с обработкой типов str/bytes в Python 3.X. Например, отсутствует простой способ определить кодировку для преобразования текста письма, возвращаемого модулем poplib в виде объекта типа bytes, в тип str, который ожидает получить парсер email. Кроме того, в настоящее время пакет email не в состоянии обрабатывать некоторые виды сообщений, а поддержка некоторых типов сообщений реализована неправильно или слишком специфично.

Эта ситуация носит, скорее всего, временный характер. Исправление некоторых из проблем, с которыми нам придется столкнуться в этой книге, уже запланировано разработчиками. (Фактически из-за одного из таких исправлений, выполненных в версии 3.2, в последний момент потребовалось внести изменения в один из примеров в главе 13.) Кроме того, ведется разработка новой версии пакета email, в которой будут учтены все особенности поддержки Юникода и типа bytes в версии 3.X, но новая версия пакета будет выпущена значительно позже выхода этой книги, и она может оказаться несовместимой с API текущей версии пакета, как и сам Python 3.X. По этой причине в книге приводятся не только обходные решения, но и попутно делаются некоторые предположения. Настоятельно рекомендую регулярно посещать веб-сайт книги (описывается ниже), где будут приводиться сведения об изменениях в будущих версиях Python. Один из плюсов этой ситуации состоит в том, что детальное описание проблемы отражает существующие реалии разработки приложений - основной темы этой книги.

Проблемы, наблюдающиеся в пакете email, также в значительной степени были унаследованы реализацией модуля cgi в версии 3.1. Сценарии CGI - это одна из простейших технологий, на смену которой приходят веб-фреймворки, тем не менее они по-прежнему могут служить целям обучения основам Веб и все еще составляют основу множества крупных наборов инструментальных средств. Скорее всего, эти недостатки версии 3.1 также будут исправлены в будущем, но нам придется приложить определенные усилия, чтобы реализовать в сценариях CGI выгрузку текстовых файлов в главах 15 и 16 и вложений в сообщениях электронной почты в приложении PyMailCGI. Казалось бы, спустя два года после выхода версии Python 3.0 такое положение дел как минимум недопустимо, но такова жизнь в динамическом мире разработки программного обеспечения и в мире книг, которые стремятся вести за собой, а не плестись в хвосте.

Использование примеров из книги

Поскольку примеры составляют основную часть содержимого этой книги, я должен сказать несколько слов о них.

Где искать примеры и обновления

Как и прежде, примеры, обновления, исправления и дополнения к этой книге можно найти на веб-сайте автора, по адресу:

http://www.rmi.net/~lutz/about-pp4e.html

На этой странице веб-сайта моей книги будут даваться ссылки на дополнительную информацию, имеющую отношение к данной версии книги. Однако я не являюсь владельцем этого доменного имени, поэтому если указанная ссылка перестанет работать на протяжении срока жизни этого издания, попробуйте обратиться на другой сайт, по адресу:

http://learning-python.com/books/about-pp4e.html (альтернативная страница)

Если перестанут действовать обе ссылки, попробуйте выполнить поиск в Интернете (не сомневаюсь, что большинство читателей предпримут именно этот шаг).

На веб-сайте книги (а также на сайте издательства O’Reilly, о котором говорится в следующем разделе), где бы он ни находился, вы сможете загрузить дистрибутив с комплектом примеров - файл архива, содержащий все примеры, которые приводятся в книге, а также несколько дополнительных примеров, которые упоминаются, но отсутствуют в самой книге. Чтобы иметь возможность опробовать примеры и избавить себя от необходимости вводить их вручную, загрузите архив, распакуйте его и ознакомьтесь с содержимым файла README.txt, где приводятся инструкции по использованию. Порядок именования файлов примеров и структуру дерева каталогов пакета я опишу ниже, когда мы перейдем к опробованию первого сценария в первой главе.

Как и в случае с первыми тремя изданиями, я буду поддерживать на этом веб-сайте неофициальный «блог», где будут описываться изменения в языке Python, а также будут даваться пояснения и обновления в книге, который вы можете рассматривать, как дополнительное приложение.

Кроме того, на веб-сайте издательства O’Reilly, о котором говорится ниже, имеется система регистрации сообщений об опечатках, где вы сможете сообщить об обнаруженных ошибках. Аналогичная страница присутствует на моем сайте книги. Я стараюсь обновлять веб-сайты моих книг как можно чаще, тем не менее может так получиться, что страница на сайте издательства O’Reilly со списком опечаток будет содержать более свежую информацию. В любом случае в качестве официального источника информации об ошибках и исправлениях следует рассматривать объединение этих двух списков.

Переносимость примеров

Примеры для этой книги разрабатывались, тестировались и запускались под управлением ОС Windows 7 и Python 3.1. Непосредственно перед передачей книги в печать все основные примеры успешно прошли тестирование под управлением грядущей версии Python 3.2 (третья альфа-версия), то есть все, о чем рассказывается в этой книге, в равной степени относится и к Python 3.2. Кроме того, программный код на языке C из главы 20 и ряд примеров параллельного программирования были опробованы в Windows под управлением оболочки Cygwin, имитирующей окружение Unix.

Несмотря на то, что Python и стандартная библиотека, вообще говоря, нейтральны в отношении используемой платформы, тем не менее в некоторые примеры необходимо будет внести незначительные изменения, чтобы их можно было опробовать на других платформах, таких как Mac OS X, Linux и в других разновидностях ОС Unix. Примеры с графическим интерфейсом на основе пакета tkinter, а также некоторые примеры из раздела, посвященного системному программированию, могут быть особенно чувствительны к различиям между платформами. Часть проблем, связанных с переносимостью, будут отмечаться в ходе обсуждения примеров, но некоторые проблемы могут не упоминаться явно.

Так как у меня не было ни времени, ни возможности протестировать примеры на всех возможных платформах, какие только могут иметься в распоряжении читателей, адаптацию этих примеров для конкретной платформы предлагается рассматривать, как упражнения для самостоятельного решения. Если вы обнаружите какую-либо зависимость от типа платформы и пожелаете поделиться своими исправлениями, обращайтесь на мой сайт книги, указанный выше, - я буду рад донести до других читателей ваши исправления для любых платформ.

Сценарии запуска демонстрационных программ

В состав пакета с примерами, который был описан выше, также входят сценарии PyDemos и PyGadgets запуска демонстрационных программ. Они позволяют быстро ознакомиться с некоторыми основными примерами с графическим и веб-интерфейсом. Запускающие их сценарии, находящиеся на верхнем уровне дерева каталогов пакета с примерами, предназначены для настройки пути поиска модулей в запускаемых ими программах и могут использоваться непосредственно на совместимых платформах, включая Windows. Более подробную информацию об этих сценариях вы найдете в файлах README, а также в кратких обзорах, которые приводятся в конце главы 6 и 10.

Политика повторного использования программного кода

Мы прерываем предисловие, чтобы вставить несколько слов от имени юридического отдела. Данная книга призвана оказать вам помощь в решении ваших задач. Вообще вы можете свободно использовать примеры программного кода из этой книги в своих приложениях и в документации. Вам не нужно обращаться в издательство за разрешением, если вы не собираетесь воспроизводить существенные части программного кода. Например, если вы разрабатываете программу и используете в ней несколько отрывков программного кода из книги, вам не нужно обращаться за разрешением. Однако в случае продажи или распространения компакт-дисков с примерами из этой книги вам необходимо получить разрешение от издательства O’Reilly. Для цитирования данной книги или примеров из нее, при ответе на вопросы не требуется получение разрешения. При включении существенных объемов программного кода примеров из этой книги в вашу документацию вам необходимо будет получить разрешение издательства.

Мы приветствуем, но не требуем добавлять ссылку на первоисточник при цитировании. Под ссылкой на первоисточник мы подразумеваем указание названия книги, авторов, издательства и ISBN. Например: «Programming Python, Fourth Edition, by Mark Lutz (O’Reilly). Copyright 2011 Mark Lutz, 978-0-596-15810-1».

Как связаться с издательством O'Reilly

В предыдущем разделе я описал свои собственные сайты, где можно найти примеры и обновления. В дополнение к тем сайтам вы можете обратиться на сайт издательства с вопросами и предложениями, касающимися этой книги:

O’Reilly Media

1005 Gravenstein Highway North

Sebastopol, CA 95472

800-998-9938 (в Соединенных Штатах Америки или в Канаде)

707-829-0515 (международный)

707-829-0104 (факс)

Как уже говорилось выше, на сайте издательства O’Reilly поддерживается веб-страница для этой книги, где можно найти список опечаток, файлы с примерами и другую дополнительную информацию:

http://www.oreilly.com/catalog/9780596158101

Свои пожелания и вопросы технического характера отправляйте по адресу:

[e-mail]

Дополнительную информацию о книгах, обсуждения, программное обеспечение, Центр ресурсов издательства O’Reilly вы найдете на сайте:

http://www.oreilly.com

Типографские соглашения

В этой книге приняты следующие соглашения:

Курсив

Курсив применяется для выделения имен файлов и каталогов, новых терминов и некоторых комментариев в примерах программного кода.

Моноширинный шрифт

Применяется для представления листингов программ, а также для выделения в обычном тексте программных элементов, таких как имена модулей, методов, параметров, классов, функций, инструкций, программ, объектов и тегов HTML.

Моноширинный жирный

Используется для выделения команд или текста, который должен быть введен пользователем.

Моноширинный курсив

Обозначает элементы в программном коде, которые должны быть замещены, исходя из конкретной ситуации.

Так выделяются примечания, имеющие отношение к текущему обсуждению.

Так выделяются предупреждения или предостережения, имеющие отношение к текущему обсуждению.

Благодарности

Я благодарен всем, кто перечислен в предисловии к четвертому изданию книги «Изучаем Python», вышедшему меньше года тому назад. Так как знакомство с книгой «Изучаем Python» является обязательным условием для чтения этой книги, а также потому что люди, помогавшие мне в создании обеих книг, - одни и те же, я не стал повторять весь список здесь. Но, как бы то ни было, я хотел бы выразить благодарность:

•    Издательству O’Reilly за продвижение Python и публикацию серьезных и содержательных книг, имеющих отношение к программному обеспечению с открытыми исходными текстами

•    Сообществу Python, составляющему большую часть моего мира начиная с 1992 года

•    Тысячам студентов, прошедших через 250 курсов обучения языку Python, которые я провел начиная с 1997 года

•    Сотням тысяч читателей, прочитавшим 12 изданий всех трех моих книг о Python, которые вышли с 1995 года

•    Монти Пайтону (Monty Python), тезке Python, за множество интересных ситуаций, в которых есть чему поучиться (подробнее об этом - в следующей главе)

Книгу пишет обычно один человек, но многие идеи рождаются в сообществе. Я благодарен за отклики, которые мне повезло получить в течение последних 18 лет от моих студентов и читателей. Студенты - лучшие учителя учителей.

С личной стороны я хотел бы сказать спасибо моим братьям и сестре за старые добрые времена, а также моим детям, Майклу (Michael), Саманте (Samantha) и Роксане (Roxanne), за возможность гордиться ими.

А особенная благодарность моей супруге Вере (Vera), которой так или иначе удалось внести немало хорошего в этот в каком-то смысле неизменяемый объект.

Марк Лутц (Mark Lutz), июль 2010