【一】编程和编程语言

【1】什么是编程语言

• 语言：就是人与人和人与动物之沟通交流的媒介
• 编程语言：就是任何计算机之间沟通交流的媒介

【2】什么是编程

• 中国人和美国人交流，借助翻译器进行翻译 将中文转换成英文将英文转换成中文
• 编程：人与计算机无法直接使用人类的语言进行沟通，那么将人想要表达的含义翻译给计算机的过程就是编程

【二】计算机的组成原理

【1】计算机的五大组成部分

（1）控制器

• 相当于计算机的大脑，控制整个计算机的硬件协调工作

• 相当于你的大脑，负责协调整个身体的运行

（2）运算器

• 处理计算机中的各种数据运算和逻辑判断
• 相当于人类的大脑 的某部分
• 控制器 + 运算器 = CPU 相当于人类的大脑

（3）存储器

• 存储数据，存储电脑中临时性或永久性的数据

• 外存：相当于你的硬盘 (机械硬盘和固态硬盘) ：负责永久性的存储数据

  • 固态硬盘：读取速度非常快但是贵
  • 机械硬盘：读取速度慢但是便宜、数据安全性高

• 内存：负责临时性数据存储

  • 重启或关机后临时性数据会消失

（4）输出设备

• 显示器 / 音箱 / 耳机 …
• 将计算机计算出的内容展示给用户

（5）输入设备

• 键盘 / 鼠标 / 耳麦 …
• 向计算机中输入数据的设备

【2】计算机五大组成部分小结

• 控制器 + 运算器 —> 控制整体硬件的运行以及处理数据运算和逻辑运判断—>两者整体构成了 CPU

• 存储器 ： 存储电脑运行产生的数据

  • 外存 ： 存储永久性数据
  • 内存 ： 存储临时性数据

• 输入设备和输出设备 ： 向计算机中输入内容和计算机展示结果

【3】计算机三大核心硬件

（1）CPU

• 由控制器和运算器组成。
• 用于计算数据，执行程序的指令。
• 负责控制计算机的操作。
• 计算机的"大脑"，决定程序执行的顺序和过程。

（2）硬盘

• 读取速度相对较慢。
• 用于永久保存数据，包括操作系统、应用程序和用户数据等。
• 断电后数据不会丢失，是一种非易失性存储器。
• 作为长期存储的主要设备，容量通常较大。

（3）内存

• 读取速度快，基于电工作。
• 用于存储正在运行的程序和临时数据。
• 断电后数据立即丢失，是一种易失性存储器。
• 作为CPU直接访问的存储介质，提供了高速的数据读写能力。

（4）补充：进制换算

TB,PB, Eb, Zb, YB
1B= 8bit
1KB=2(10)B=1024B； 括号中的数字为2的指数(即多少次方) 
1MB=2(10)KB=1024KB=2(20)B； 
1GB=2(10)MB=1024MB=2(30)B。 
1TB=2(10) GB=1024GB=2(40)B 
1PB=2(10) TB=1024TB=2(50)B 
1EB=2(10) PB=1024PB=2(60)B 
1ZB=2(10) EB=1024EB=2(70)B 
1YB=2(10) ZB=1024ZB=2(80)B 

1Byte相当於一个英文字母
Kilobyte(KB)=1024B相当於一则短篇故事的内容。 
Megabyte(MB)=l024KB相当於一则短篇小说的文字内容。 
Gigabyte(GB)=1024MB相当於贝多芬第五乐章交响曲的乐谱内容。 
Terabyte(TB)=1024GB相当於一家大型医院中所有的X光图片资讯量。 
Petabyte(PB)=l024TB相当於50%的全美学术研究图书馆藏书资讯内容。 
Exabyte (EB)=1024PB；5EB相当於至今全世界人类所讲过的话语。 
Zettabyte(ZB)=1024EB如同全世界海滩上的沙子数量总和。 
Yottabyte(YB)=1024ZB相当於7000位人类体内的微细胞总和。

【4】计算机的操作系统

（1）操作系统的由来

操作系统的出现是为了简化硬件操作，提供统一的接口供应用程序使用。

在开发应用程序时，不同开发者无需重复编写控制硬件的底层代码，而是调用操作系统提供的接口。

这样，开发者能够专注于应用程序的业务逻辑，提高开发效率。

（2）常见的操作系统

• 客户端 PC电脑端
  • Windows系统
  • MacOS系统
  • linux系统
• 移动端 App
  • 安卓
  • IOS
  • 鸿蒙

（3）软件

• 系统软件：操作系统的软件 Windows系统 ， 里面有很多内置的应用
• 应用软件：根据用户的特定需求开发出来的软件 可以运行在操作系统之上

【5】计算机系统的三层架构

（1）硬件层

负责所有的基础硬件设置

（2）操作系统层

在硬件层之上有一个操作系统来统筹所有的操作

（3）应用层

在操作系统之上安装应用

【6】平台

平台就是 硬件+ 操作系统就平台

比如常见的平台有：

• Windows 平台
• MacOS 平台
• linux 平台

有的应用可以在window上面用 有的只能在MacOS上面用，那么跨平台就是指一个应用可以在多种平台上面使用

【三】编程语言介绍

【1】什么是编程语言

人与计算机之间进行交流的媒介就是编程语言

【2】按照发展阶段

（1）机器语言

机器语言就是计算机可以理解的，直接操作底层硬件的语言，因为计算机是基于电信号工作的 ，电信号有高低电频代表0和1，通过0和1进行控制计算机，通过不同的二进制指令执行不同的功能

# 一个人是 0 一个人是 1
# 01 a 
# 10 b

# 01010101 aaaa
# 10101010 bbbb

# 01100110 abab

# 01010101010101 开机
# 10101010101010 关机

机器指令：就是二进制 0 或 1 组成的一串指令，可以直接操作底层硬件

'''指令部份的示例'''
 0000 代表 加载（LOAD）
 0001 代表 存储（STORE）
 ...
 
LOAD 0000  # 加载寄存器A
STORE 0001 # 存储到寄存器B

'''暂存器部份的示例'''
0000 代表暂存器 A 
0001 代表暂存器 B 
...

'''存储器部份的示例'''
000000000000 代表地址为 0 的存储器
000000000001 代表地址为 1 的存储器 
000000010000 代表地址为 16 的存储器
100000000000 代表地址为 2^11 的存储器

机器语言的优点

• 执行效率高：机器语言直接操作底层硬件

机器语言的缺点

• 开发效率低：需要记住很多二进制指令

• 跨平台性差：不同的系统需要重新开发

• 学习成本高：学习次的成本很高

（2）汇编语言

英文字母 + 特殊字符 表示某部分的机器指令代码 —> 汇编语言

; hello.asm 
section .data            		; 数据段声明
    msg db "Hello, world!", 0xA ; 要输出的字符串
    len equ $ - msg             ; 字串长度
section .text            		; 代码段声明
    global _start            	; 指定入口函数
_start:                			; 在屏幕上显示一个字符串
    mov edx, len            	; 参数三：字符串长度
    mov ecx, msg            	; 参数二：要显示的字符串
    mov ebx, 1            		; 参数一：文件描述符(stdout) 
    mov eax, 4            		; 系统调用号(sys_write) 
    int 0x80            		; 调用内核功能
                    			; 退出程序
    mov ebx, 0            		; 参数一：退出代码
    mov eax, 1            		; 系统调用号(sys_exit) 
    int 0x80            		; 调用内核功能

汇编语言的优点

• 直接操作底层硬件 ： 执行效率高
• 操作灵活：可以用英文字母代替机器指令
• 可执行文件小 ：编译后的文件小

汇编语言的缺点

• 开发效率低 ： 只停留在最初的阶段用一个字母或特殊字符代替一些指令，记住所有的字母和字符代替idea指令才行
• 跨平台型差：在不同的平台开发
• 复杂度高：所有的英文字母 组合起来很麻烦

（3）高级语言

• 从人的角度出发，以人类可读的字符编写程序
  • 而人类的字符是在向操作系统发送指令，而非直接操作硬件，所以高级语言是与操作系统打交道的
  • 此处的高级指的是高层、开发者无需考虑硬件细节
• 与低级语言相比，高级语言更贴近人类语言，使开发者无需考虑硬件细节，提高了开发效率。
• 但正因为高级语言离硬件较远，更贴近人类语言，执行效率相对较低。
  • 人类可以理解，而计算机则需要通过翻译才能理解，所以执行效率会低于低级语言。

高级语言的分类

按照翻译方式的不同分为两种：

编译型语言：c / c++ / c# / java

解释型语言 : python / go / php

【3】编译型语言

编译型语言将整篇源程序一次性翻译成目标代码，然后生成可执行文件。

修改源代码后，需要重新编译整个程序。虽然执行效率较高，但开发效率相对较低，跨平台性也较差。

例子：给你一篇英文文献，将整篇文章全部翻译完成以后，再进行浏览

优点：

执行效率高：在执行运行文件之前先对文件进行编译 —> 将高级语言转换为 机器语言或者汇编语言 —> 执行的是编译后的文件

【4】解释型语言

解释型语言逐句翻译源程序成中间代码，由解释器逐句执行。

修改源代码后，不需要重新编译整个程序，直接执行即可。

执行效率较低，但开发效率高，且具有较强的跨平台性。

例子：给你一篇英文文献，在每一段的文献中进行翻译，翻译之后进行浏览

优点：

开发效率高：写的程序可以边编译边执行，如果其中一段代码那报错然后修改，不需要等待所有的内容加载完后再去执行

跨平台性强：不需要经过编译

【5】总结

根据不同的优缺点比较不同的语言

执行效率 ： 机器语言 > 汇编语言 > 高级语言

开发效率 : 机器语言 < 汇编语言 < 高级语言

【四】Python

【1】Python 含义

• 代表的是Python这门编程语言
• 代表的是Python的语法风格

【2】Python的创始人

• Python的创始人为吉多·范罗苏姆（Guido van Rossum）。

【3】Python解释器的种类

我们使用的Python是 CPython ，底层是 C 语言编写的！

（1）CPython

官方的Python解释器本质就是基于C语言开发的一个软件，该软件的功能就是读取以.py结尾的文件内容，然后按照Guido定义好的语法和规则去翻译并执行相应的代码。
这种用C实现的解释器称为CPython，它是python领域性能最好，应用最广泛的一款解释器，我们在后面提到的解释器指的都是Cpython解释器。
但其实解释器作为一款应用软件，完全可以采用其他语言来开发，只要能解释python这门语言的语法即可。
Python解释器的一些种类如下，简单了解即可

（2）Jython

JPython解释器是用JAVA编写的python解释器，可以直接把Python代码编译成Java字节码并执行，它不但使基于java的项目之上嵌入python脚本成为可能，同时也可以将java程序引入到python程序之中。

（3）IPython

IPython是基于CPython之上的一个交互式解释器，也就是说，IPython只是在交互方式上有所增强，但是执行Python代码的功能和CPython是完全一样的。
这就好比很多国产浏览器虽然外观不同，但内核其实都是调用了IE。
CPython用>>>作为提示符，而IPython用In [序号]:作为提示符。

（4）PyPy

PyPy是Python开发者为了更好地Hack Python而用Python语言实现的Python解释器。
PyPy提供了JIT编译器和沙盒功能，对Python代码进行动态编译（注意不是解释），因此运行速度比CPython还要快。

（5）IronPython

IronPython和Jython类似，只不过IronPython是运行在微软.Net平台上的Python解释器，可以直接把Python代码编译成.Net的字节码。

【五】补充Python安装

【1】多版本Python共存解决方案

复制当前 Python安装目录下的 python.exe 程序 —> 改个名字 代版本号的名字

Python3.10 解释器 —> python310

【2】默认Python解释器版本

环境变量种存在多个Python版本的情况下 将需要设置为默认版本的解释器的位置移动到最前面

【3】PIP换源

永久性的将 pip 源从国外源切换到国内的源

方式一、使用命令行设置

pip config set global.index-url https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/
# 查看当前镜像源
pip config get global.index-url

方式二、使用配置文件

配置文件的位置根据操作系统不同而不同：

• Windows: C:\Users\你的用户名\pip\pip.ini
• macOS 和 Linux: ~/.pip/pip.conf

如果配置文件不存在，可以手动创建一个。

在配置文件中添加以下内容：

[global]
index-url = https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple

常用的国内镜像源

清华大学（推荐）：	   https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ 
阿 里 云：	   https://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
豆    瓣：	    https://pypi.douban.com/simple/
中 科 大：	   https://pypi.mirrors.ustc.edu.cn/simple/

临时换源方法

pip install 模块名 -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ 

【4】修改pip默认下载地址

修改python安装目录下Lib/site.py文件

1. 将ENABLE_USER_SITE=None修改为ENABLE_USER_SITE=True

2. 修改USER_BASE（基础目录）

3. 修改USER_SITE（具体路径）

   USER_SITE = r"F:\Environment\Python\Python312\Package\site-packages"
   USER_BASE = r"F:\Environment\Python\Python312\Package\Scripts"
   

4. 设置环境变量PYTHONPATH设置值为 F:\Environment\Python\Python312\Package\site-packages

如果使用Anaconda创建虚拟环境这样会导致Python的搜索路径中PYTHONPATH对应的路径优先级高于Anaconda中的路径，这会导致在Anaconda创建的虚拟环境运行程序时优先使用PYTHONPATH对应的路径下的库，从而因为版本问题报错，这样创建虚拟环境就失去意义，所以并不推荐这种方法

【5】虚拟环境

（1）系统环境和虚拟环境介绍

系统环境

• 系统环境是指安装在计算机全局范围内的Python环境。
• 当在计算机上安装Python时，它会成为系统环境的一部分。
• 在系统环境中安装的Python解释器和库对整个计算机可见，所有项目都可以访问它们。

虚拟环境

• 虚拟环境是一种在项目级别隔离Python依赖的方法。
• 通过创建虚拟环境，可以为每个项目设置独立的Python环境，从而解决全局安装可能导致的问题。
• 虚拟环境可以包含自己的Python解释器和依赖库，与其他虚拟环境和系统环境隔离开。

（2）创建虚拟环境的三种方式

venv

**介绍：**Python自带的虚拟环境工具，适用于Python 3.3及以上版本。

使用：

1. 到需要创建项目所在的目录
2. 在命令行窗口下执行python -m venv 虚拟环境名称 进行创建虚拟环境
3. 进入虚拟环境 需要在创建虚拟环境的目录下找到Scripts文件夹 进入后在命令行窗口下执行active
4. 退出虚拟化环境在命令行窗口下执行 deactivate

# 创建虚拟化环境
python -m venv 虚拟环境名称
# 进入虚拟化环境
cd /虚拟化环境目录/Scripts
active
# 退出虚拟化环境
deactivate

virtualenv

**介绍：**使用增强模块进行虚拟化环境创建。

使用:

1. 需要安装两个增强模块

   pip install virtualenv
   # 该模块是Windows的增强模块 使得在Windows上使用虚拟环境更方便
   pip install virtualenvwrapper-win
   

2. 需要增加一个环境变量的配置 WORKON_HOME 变量值为虚拟化环境的目录位置

3. 找到对应安装插件的Python的安装目录，然后进入Scripts文件夹，双击运行virtualenvwrapper.bat文件

4. 创建虚拟环境 执行命令 mkvirtualenv 虚拟环境名字

# 创建虚拟化环境
mkvirtualenv 虚拟环境名字
# 进入虚拟化环境
cd /虚拟化环境目录/Scripts
active
# 退出虚拟化环境
deactivate
# 查看全局的虚拟化环境
workon

virtualenv

**介绍：**使用增强模块进行虚拟化环境创建。

使用:

1. 需要安装两个增强模块

   pip install virtualenv
   # 该模块是Windows的增强模块 使得在Windows上使用虚拟环境更方便
   pip install virtualenvwrapper-win
   

2. 需要增加一个环境变量的配置 WORKON_HOME 变量值为虚拟化环境的目录位置

3. 找到对应安装插件的Python的安装目录，然后进入Scripts文件夹，双击运行virtualenvwrapper.bat文件

4. 创建虚拟环境 执行命令 mkvirtualenv 虚拟环境名字

# 创建虚拟化环境
mkvirtualenv 虚拟环境名字
# 进入虚拟化环境
cd /虚拟化环境目录/Scripts
active
# 退出虚拟化环境
deactivate
# 查看全局的虚拟化环境
workon