Python入门教程丨1.3 多年蝉联榜首

摘要：1.C语言：效率之王的代价C语言诞生于1972年，是最为广泛使用的编程语言，也是计算机教学的基础语言。它允许程序员直接操作内存，提供了高效性和灵活性，至今仍是系统开发和嵌入式编程的主力。然而，这种接近硬件的设计也为让开发变得繁琐且极易产生 BUG。

2024年1月的编程语言排行榜，Python的受欢迎程度蝉联第一

时间到了 2025 年，它依然牢牢占据榜首，那么它究竟凭什么？

1. 让我们先来看看其他语言

深入了解 Python 之前，我们先来看看 Python 的竞争对手们

1.1. C语言：效率之王的代价C语言诞生于1972年，是最为广泛使用的编程语言，也是计算机教学的基础语言。
它允许程序员直接操作内存，提供了高效性和灵活性，至今仍是系统开发和嵌入式编程的主力。
然而，这种接近硬件的设计也为让开发变得繁琐且极易产生 BUG。

特点：

1) 手动管理内存
C语言需要开发者手动分配和释放内存，一旦出错，就可能导致内存泄漏或程序崩溃：

#include #include int main {int *ptr = (int *)malloc(sizeof(int)); // 手动申请内存空间*ptr = 42; // 使用内存printf("Value: %d\n", *ptr);free(ptr); // 释放内存return 0;}

如果忘记调用free(ptr)释放内存，程序可能会在长时间运行后占用过多资源，导致系统性能下降。

2) 语法繁琐

C语言要求变量必须提前声明，数据类型严格，程序结构的每一部分都需要明确定义。

例如，实现一个简单的加法操作：

#include int main {int a = 10;int b = 20;printf("Sum: %d\n", a + b);return 0;}

代码虽然精炼，但相较于现代语言，依然有较高门槛。

1.2. Java：稳定但冗长Java是为了解决C语言的缺点而诞生的，它通过引入自动内存管理（垃圾回收）和跨平台性，成为企业级开发的首选工具。然而，Java的面向对象编程模式和类结构设计，依旧让简单程序显得冗长。

特点：

1）自动内存管理
Java通过垃圾回收机制，让程序员不再需要手动管理内存，降低了内存泄漏的风险。
2）以面向对象为核心
Java的语法要求开发者定义类和方法，即使是简单的功能也需要多行代码。

下面依然是拿两数相加的代码举例：

public class Main {public static void main(String args) {int a = 10;int b = 20;System.out.println("Sum: " + (a + b));}}1.3. Python：简洁的力量

让我们再看看 Python，它以简洁和可读性为核心设计目标，其语法极其友好，小白也能够快速上手。

a = 10b = 20print(f"Sum: {a + b}")

无需显式声明变量类型，不需要复杂的类定义，Python的代码直观且简明。

这种贴近自然语言的哲学使Python成为最容易上手的语言。

然而，简洁优雅并非一门语言能引领潮流的根本

2. 编程语言的发展史：从硬件驱动到用户驱动2.1. 冯·诺依曼体系：现代计算的基石现代计算机的设计基于冯·诺依曼体系，其核心包括：
运算单元：负责计算任务，比如加减乘除。
控制单元：指挥程序的执行，告诉计算机下一步做什么。
存储器：存储数据和程序。
输入设备和输出设备：与外界交互。

简单来说，冯诺依曼架构是一种计算机的设计方案，定义了计算机的核心组成部分及其工作方式。

在这一架构下，计算机的工作是“按序读取存储器中的指令并执行”。

编程语言的作用，就是将人类的思维翻译成计算机可以理解的“指令集”。

这一翻译过程，经历了几个关键阶段：

2.2. 机器语言（1940年代）

在这一架构下，早期程序员必须直接使用机器语言（0和1的组合）进行编程。

这种语言极为底层，完全依赖于硬件架构。

每一行代码都需要程序员精确地指示CPU执行何种操作，并且完全无法跨平台。

例如：

我们要将数字2存入内存位置0x0100，机器语言写成如下形式：

10110001 00000010 00000001 00000000

这种代码既难以阅读，也难以维护，程序员需要极高的专业知识。

旧式计算机读取纸带2.3. 汇编语言（1950年代）

随着计算机硬件的普及和复杂度增加，汇编语言应运而生。

它为机器指令提供了助记符，如MOV

但其本质仍是对底层硬件的直接操作，只是用了一些符号替代 01 组合。

例如：

以下是用汇编语言实现将数字2存入内存的代码：

MOV AX, 2 ; 将2存入寄存器AXMOV [0x0100], AX ; 将AX的值存入内存地址0x0100

尽管比机器语言清晰得多，汇编语言仍要求程序员熟悉底层硬件细节，是一种“硬件驱动”的编程方式。

雷军在 90 年代写的汇编语言代码2.4. 高级语言诞生（1950年代末）

机器语言的复杂低效是显而易见的，为提高开发效率，人类开始设计“抽象层”更高的语言。这些语言摒弃了对硬件的直接操作，专注于问题的逻辑描述，最著名的第一代高级语言包括Fortran。

Fortran（1957年）

Fortran是面向科学计算的语言，提供了数学公式直接转化为代码的能力，大幅提升了工程师和科学家的工作效率。

PROGRAM SumINTEGER :: A, B, CA = 10B = 20C = A + BPRINT *, "Sum:", CEND PROGRAM Sum2.5. 高级语言的成熟：C语言（1970年代）

在系统编程领域，C语言是划时代的创新，由Dennis Ritchie于1972年发明的C语言，综合了汇编语言的高效性和高级语言的抽象能力，成为现代通用语言的奠基者。它不仅推动了操作系统（如UNIX）的发展，还奠定了现代编程语言的设计思路。

特点：

跨平台性：通过编译器将C代码翻译为目标平台的机器码，实现了硬件无关性。这意味着同一段代码可以运行在不同的计算机系统上，只需重新编译即可。灵活性：C语言支持指针操作、内存管理以及直接与硬件交互，因此广泛用于开发操作系统、驱动程序和嵌入式系统。例如，你可以用C语言直接操作内存地址，甚至设计一个简单的内核模块。 #include int main {int x = 42;int *ptr = &x; // 指针指向变量 x 的内存地址printf("Value: %d, Address: %p\n", *ptr, ptr);return 0;}低抽象度：尽管是高级语言，但C语言保留了对底层硬件的直接控制权，需要开发者关注指针越界、内存泄漏等细节问题。

目前， C语言广泛应用于：

底层系统开发：操作系统内核（如Linux）、驱动程序等。高性能软件：数据库引擎（如MySQL）、编译器等。嵌入式系统：微控制器、工业设备和家用电器中的固件。2.6. 用户驱动的语言（1990年代）

进入20世纪80年代和90年代，编程语言的设计从“硬件思维”向“用户思维”转变，强调解决实际问题和提升开发体验。开发者开始关注如何让语言更接近人类的思考方式，同时满足快速开发和易维护的需求。

2.6.1. 面向对象编程（OOP）的兴起

Simula和Smalltalk等语言率先引入了面向对象编程（OOP）的概念。

OOP通过对象这一实体，将数据和行为封装在一起，更加贴近现实世界的建模方式。

面向对象的设计大幅提高了代码的可复用性和可维护性。

Java（1995年）是将OOP发扬光大的重要语言。

它以“写一次，运行到处”的跨平台特性赢得了企业开发者的青睐。

Java虚拟机（JVM）使得Java程序可以在不同操作系统上无缝运行，极大地降低了部署成本。

以下是一个简单的Java示例，通过类和方法封装计算逻辑：

class Calculator {public int multiply(int a, int b) {return a * b;}}public class Main {public static void main(String args) {Calculator calc = new Calculator;int result = calc.multiply(4, 5);System.out.println("Result: " + result);}}

在这个例子中，Java展示了将逻辑封装到类和方法中的能力，使得代码更易于扩展和重用。

2.6.2. 对高拓展性、简单优雅的思考

1991年，Guido van Rossum设计了Python，旨在让编程像写作一样简单。

Python吸收了多种语言的优点，创造出了一种语法简洁、功能强大的语言。

Python的特点：

语法优雅：代码接近自然语言，易于学习和阅读。丰富的标准库：内置大量功能模块，满足多种开发需求。动态类型：开发者无需显式声明变量类型，简化了开发流程。

以下是一个更复杂的Python示例，展示如何通过字典和列表实现学生成绩统计：

students = [{"name": "Alice", "scores": [85, 90, 88]},{"name": "Bob", "scores": [75, 80, 78]},{"name": "Charlie", "scores": [92, 87, 85]},]for student in students:avg_score = sum(student["scores"]) / len(student["scores"])print(f"{student['name']} 的平均分是 {avg_score:.2f}")

这个例子不仅展示了Python的易用性，还凸显了其在数据处理和快速原型开发中的优势。

Python 之父2.7. 自然语言编程的崛起（2020 年代至今）

随着人工智能和自然语言处理（NLP）技术的飞速发展，编程正在向自然语言驱动过渡。

自然语言编程（Natural Language Programming, NLPg）是以人类的语言为核心交互方式，旨在让开发者和非专业人士通过自然语言与计算机沟通，完成程序的编写和执行。

简单来说，就是不需要会代码，跟机器说话沟通即可完成代码的编写。

这不亚于一次工业革命！实现了从手工撸代码到 AI 批量生产的飞跃！

2.7.1. 大语言模型（LLMs）引领革新

2022 年底 ChatGPT 突然出现在人们的视野中，彻底击碎了曾经只会特定回答的“人工智障”，具有里程碑意义。

大语言模型使得用户输入文字即可编写好程序，目前能够实现：

代码生成：从自然语言描述直接生成代码。

语法优化：通过语义分析和推理，自动优化程序逻辑。

错误修复：根据用户提示修复代码缺陷。

示例：

用户：创建一个计算矩形面积的函数，输入是长和宽。AI：def calculate_area(length, width):return length * width

2.7.2. 未来自然语言编程的可能演化方向

1）从辅助工具到核心编程方式

当前，AI主要充当“代码助手”（如GitHubCopilot），仅仅只能辅助程序员开发，但在未来可能完全取代代码编写过程，让自然语言描述成为主流，像 Cursor 就在该方向不断探索，可以直接创建好文件和各种配置。

2）专用领域的演变

自然语言编程还可能在不同领域表现为“领域专用自然语言”（Domain-Specific Natural Language, DSNL），为不同行业定制交互。例如：

医学：医生描述诊断逻辑，生成临床决策支持。

工程：工程师用自然语言描述，生成可视化模型。

……

3. Python 获胜的根本：AI 领域的奠基者

如果说在 20 世纪末，c 语言奠定了系统编程和底层开发的基础，

那么Python在如今 AI 领域不可撼动的核心语言。

Python几乎是所有主流AI工具和框架的首选语言。

机器学习框架：如TensorFlow、PyTorch、Scikit-learn等，均以Python为核心接口，简化了从模型设计到训练的全过程。数据处理与分析：Pandas、NumPy等工具，让数据预处理高效而直观，为AI算法提供坚实的数据基础。深度学习与NLP：如Hugging Face的Transformers库，用Python编写的模型实现了自然语言理解的突破性进展。

而 AI 的发展速度又如此迅速，从 ChatGPT 诞生到现在仅仅两年，AI 已经渗透到我们生活的方法面面，或许 python 从语法上来说不是最好的，但在 AI 的浪潮之下，Python 毫无疑问站在浪潮之巅。

4. 让我们回到语言本身

Pyhton 自身具有一些语法特性，让我们看一些值得一提的。

4.1. 解释型语言

Python 是一种解释型语言，即代码运行不像 C 语言那样需要事先编译成 0101 这样的机器语言，而是直接由解释器逐行执行，省掉了编译的步骤，这一特性带来了以下结果。

优点：

快速开发与调试：无需编译，每次修改代码后直接运行即可看到结果，非常适合快速开发和测试。跨平台：只需安装 Python 解释器，无需额外调整即可在不同操作系统上运行。易于动态调试：可以直接运行部分代码段，便于定位和修复问题。

缺点：

运行速度相对较慢：解释型语言逐行执行，相比编译型语言（如 C 或 C++）速度较慢。运行时错误显现较晚：编译型语言会在编译阶段发现语法错误，而解释型语言会推迟到运行时才暴露问题。x = 10print(f"x is {x}") # 可直接运行，无需编译4.2. 动态类型语言Python 允许在运行时动态确定变量的数据类型，无需开发者显式声明。
示例中不需要事先声明变量a究竟是一个数字，还是一个字符串，可直接运行。a = 42 # 数字类型a = "Python" # 动态变为字符串类型

优点：

灵活性：编写代码更加简洁，不需要像 C 或 Java 那样提前声明变量类型。适应性：变量类型可以根据需要动态变化。

缺点：

安全性：由于类型在运行时决定，修改代码时要注意区分。4.3. 跨平台性

Python 的跨平台性得益于其解释器的设计。只需确保目标平台有兼容的 Python 解释器，代码就可以无缝迁移。

示例：运行平台的通用性

import platformprint(f"Running on {platform.system} OS")输出可以是Windows、Linux或Darwin（macOS）。

这一特性的优点：

开发便捷：同样的代码可以运行在多种设备和操作系统上。减少维护成本：开发一次即可适配多个平台。4.4. 语法强制缩进

这是 Python 最具有争议的一点，一方面使用缩进代替大括号来表示代码块的层次结构，确实使代码更整洁，美观，但习惯于 java 或 c 语言的开发者表示这种方法反而没有花括号有层次。

示例：缩进是必需的，缩进不正确直接导致代码错误

if True:print("This is indented properly")if False:print("This will not print")