5.02. Первая программа

ОБЯЗАТЕЛЬНОДЛЯ НОВИЧКОВНЕ ДЛЯ НОВИЧКОВВ РАЗРАБОТКЕ

Разработчику Архитектору

Первая программа

Установка и настройка среды

Python является свободным программным обеспечением с открытым исходным кодом, поддерживаемым сообществом и организацией Python Software Foundation (PSF). Официальный репозиторий дистрибутивов расположен по адресу python.org . Именно с этого сайта рекомендуется загружать интерпретатор, поскольку дистрибутивы проверяются на целостность, собираются официальной командой разработчиков CPython и исключается риск загрузки модифицированных или заражённых версий интерпретатора, что возможно при использовании сторонних зеркал или пакетных менеджеров неизвестного происхождения.

Дистрибутивы доступны для всех основных платформ: Windows, macOS и большинства дистрибутивов Linux. На сайте представлены как последние стабильные версии, так и предрелизные сборки (alpha, beta, release candidates), предназначенные для тестирования. При выборе версии следует ориентироваться на актуальную стабильную ветку (на момент написания — Python 3.13.x). Версии Python 2.x официально устарели (end-of-life с 1 января 2020 года) и не должны использоваться в новых проектах.

После установки Python представляет собой комплекс программных компонентов, объединённых в единую исполняемую среду. Ниже приведено описание ключевых элементов, входящих в состав стандартной установки.

Основной компонент — интерпретатор python.exe (Windows) или python (Unix-подобные системы), реализованный на языке C и известный как CPython. Это эталонная реализация языка Python, определяющая поведение спецификации языка. Интерпретатор выполняет парсинг исходного кода (лексический и синтаксический анализ), компиляцию в байт-код, выполнение байт-кода на виртуальной машине PVM и управление памятью через сборщик мусора (garbage collector), использующий комбинацию подсчёта ссылок и циклического детектора.

Интерпретатор не является традиционным компилятором, преобразующим код в машинные инструкции напрямую. Вместо этого он работает по модели «интерпретируемый язык с компиляцией на лету»: каждый .py-файл компилируется в .pyc (байт-код), который затем выполняется PVM.

В состав дистрибутива входит IDLE (Integrated Development and Learning Environment) — простая IDE, написанная на Tkinter. Она предназначена в первую очередь для обучения и прототипирования. IDLE предоставляет интерактивную оболочку (REPL), позволяющую выполнять выражения по одному; редактор с подсветкой синтаксиса, автозавершением и возможностью отладки; возможность запуска скриптов с отображением вывода и ошибок.

Хотя IDLE не используется в профессиональной разработке из-за ограниченных возможностей, она остаётся полезным инструментом для новичков и диагностики проблем, так как не требует дополнительных зависимостей. Одна из ключевых особенностей Python — богатая стандартная библиотека (stdlib), включающая модули для работы с файловой системой, сетью, сериализацией, многопоточностью, регулярными выражениями и т.д. Эти модули устанавливаются вместе с интерпретатором и доступны без дополнительных действий.

Давайте рассмотрим процесс установки.

1. Windows. На Windows установка осуществляется через графический установщик (.exe). Ключевой момент - нужно отметить опцию «Add Python to PATH», чтобы интерпретатор был доступен из любого каталога через терминал.

Установщик может автоматически использовать Microsoft Store (начиная с Python 3.9), но рекомендуется скачивать дистрибутив напрямую с python.org, чтобы иметь полный контроль над окружением. После установки создаются ярлыки на IDLE и Python (Command Line).

2. macOS. Для macOS доступны два основных пути:
   • Официальный установщик от python.org — устанавливает Python в /Library/Frameworks/Python.framework/, что позволяет избежать конфликтов с системным Python (который используется самой macOS и может быть удалён или изменён при обновлении ОС).
   • Через пакетные менеджеры (Homebrew) — brew install python устанавливает Python в /usr/local/bin/ (или в ~/.brew при ARM). Этот способ удобен для управления несколькими версиями.

Системный Python (/usr/bin/python3) не рекомендуется модифицировать.

3. Linux. На большинстве дистрибутивов Linux Python уже предустановлен, но часто в минимальной конфигурации. Для полноценной разработки необходимо установить дополнительные пакеты:

# Ubuntu/Debian
sudo apt install python3 python3-pip python3-venv python3-dev

# Fedora
sudo dnf install python3 python3-pip python3-virtualenv

Здесь:

• python3 — интерпретатор.
• python3-pip — менеджер пакетов.
• python3-venv — модуль для создания виртуальных окружений.
• python3-dev — заголовочные файлы, необходимые для компиляции расширений на C.

После установки необходимо убедиться, что интерпретатор корректно добавлен в переменную окружения PATH. Это можно сделать, выполнив в терминале:

python --version

Команда должна вернуть строку вида Python 3.x.y. Если команда не распознаётся, это указывает на то, что Python не добавлен в PATH, либо установлен некорректно. Переменная PATH — это системная переменная, содержащая список директорий, в которых операционная система ищет исполняемые файлы при вводе команды в терминале. При установке Python с отметкой "Add Python to PATH", путь к исполняемому файлу (например, C:\Python312\ на Windows или /usr/local/bin/ на Unix) добавляется в этот список.

Это позволяет запускать python из любого каталога, выполнять скрипты через python script.py и использовать pip без указания полного пути. Также можно запустить интерактивный режим, написав python, что вызовет REPL с приглашением >>>, где можно выполнять Python-выражения.

С версии Python 3.4 pip входит в состав дистрибутива по умолчанию. Это инструмент командной строки для установки, обновления и удаления сторонних пакетов из репозитория PyPI (Python Package Index). Его наличие означает, что пользователь может сразу начать работу с внешними библиотеками.

Когда вы выполняете команду: «pip install requests» происходит следующее:

• pip обращается к PyPI (https://pypi.org ) — центральному репозиторию пакетов Python.
• Находит последнюю совместимую версию пакета requests и его зависимости.
• Скачивает архив (обычно .whl или .tar.gz).
• Распаковывает и устанавливает файлы в директорию site-packages.

Путь к site-packages зависит от системы и типа установки:

• Windows: C:\Users\<user>\AppData\Local\Programs\Python\Python312\Lib\site-packages
• macOS (python.org): /Library/Frameworks/Python.framework/Versions/3.12/lib/python3.12/site-packages
• Linux (system-wide): /usr/local/lib/python3.12/site-packages
• Virtual environment: <venv_dir>/lib/python3.12/site-packages

Путь можно узнать, выполнив:

import site
print(site.getsitepackages())

или для текущего пользователя:

print(site.getusersitepackages())

Установка пакетов без виртуального окружения (в глобальное site-packages) может привести к конфликтам версий между проектами. Поэтому рекомендуется всегда использовать изолированные окружения.

Существует несколько способов выполнения Python-кода. Выбор зависит от контекста: разработка, отладка, автоматизация, производственное развертывание.

1. Через командную строку.

python script.py

Интерпретатор загружает файл, компилирует его в байт-код (сохраняя .pyc в __pycache__/ при необходимости), и выполняет. Аргументы передаются через sys.argv.

2. Из IDLE.

В IDLE можно:

• Написать код в редакторе и нажать F5 (Run Module) — файл сохраняется и выполняется в интерактивной оболочке.
• Вводить команды напрямую в оболочке (REPL) — удобно для тестирования.

3. Из IDE (PyCharm, VS Code и др.). IDE предоставляют кнопку Run, которая:

   • Сохраняет файл.
   • Формирует команду запуска (возможно, с параметрами, переменными окружения, путями к интерпретатору).
   • Запускает процесс и перехватывает stdout/stderr.
   • Отображает результат в панели вывода.

4. Как исполняемый файл. На Unix-подобных системах можно сделать скрипт исполняемым:

chmod +x script.py

и добавить шебанг в первую строку:

#!/usr/bin/env python3

После этого скрипт можно запускать как ./script.py.

5. Через модуль -m Некоторые пакеты запускаются как модули:

python -m http.server 8000

Это вызывает __main__.py внутри пакета http.server.

6. Онлайн-интерпретаторы. Сервисы вроде repl.it, Google Colab, Jupyter Notebook (в облаке) позволяют выполнять Python-код в браузере. Они используют серверные Docker-контейнеры с предустановленным Python и библиотеками. Преимущество — отсутствие необходимости локальной установки; недостаток — ограничения по ресурсам, безопасности и доступу к файловой системе.

Программировать, конечно, легче через IDE.

Visual Studio Code — текстовый редактор с мощной экосистемой расширений. Для поддержки Python используется расширение Python, разрабатываемое Microsoft. Оно обеспечивает подсветку синтаксиса и автозавершение, интеграцию с отладчиком, поддержку виртуальных окружений, запуск и выполнение фрагментов кода, интеграцию с Jupiter Notebook, линтинг и форматирование.

Расширение работает следующим образом:

• При открытии .py-файла активируется интерпретатор Python, выбранный пользователем (можно выбрать через команду Python: Select Interpreter).
• Запускается языковой сервер (по умолчанию — Pylance), который анализирует код в фоне, строит AST (абстрактное синтаксическое дерево), предоставляет навигацию по символам, типам и рефакторинг.
• При запуске скрипта VS Code формирует команду вида python path/to/script.py и выполняет её в интегрированном терминале.
• Отладка осуществляется через debugpy, который запускается как отдельный процесс и взаимодействует с редактором по протоколу DAP (Debug Adapter Protocol).

Создание программы

После установки и настройки среды разработки следующий шаг — написание и запуск первой программы. В этом разделе рассматриваются три типовых сценария, отражающих различные подходы к созданию простейшего скрипта print("Hello World!") в разных средах.

Сценарий 1. Запуск print("Hello World!") в IDLE.

1. Запуск IDLE.

На Windows: через меню «Пуск» найдите IDLE (Python 3.x) и запустите.

На macOS/Linux: в терминале выполните «idle3» или «python3 -m idlelib.idle». Откроется окно интерактивной оболочки (REPL) с приглашением >>>.

2. Создание нового файла. Чтобы написать программу, а не просто выполнить команду в REPL:

   • Перейдите в меню File → New File.
   • Откроется пустое окно редактора.

3. Написание кода. Введите следующую строку:

print("Hello World!")

Это выражение вызывает встроенную функцию print, которая выводит переданную строку в поток стандартного вывода (stdout).

4. Сохранение файла.

   • Выберите File → Save As…
   • Укажите имя файла, например, hello.py.
   • Убедитесь, что расширение .py присутствует.
   • Сохраните в удобное место (например, на рабочем столе).

5. Запуск программы. В меню выберите Run → Run Module (или нажмите F5). Если файл ещё не сохранён, IDLE запросит сохранение. После запуска в окне оболочки (REPL) появится:

Hello World!
>>> 

Программа выполняется в том же процессе, что и оболочка. Переменные, определённые в скрипте, остаются доступными после завершения (если нет if __name__ == '__main__':).

Отладка возможна через встроенный отладчик (Debug → Debugger), но используется редко. Так, можно сказать что IDLE подходит для обучения, но не рекомендуется для сложных проектов из-за ограниченной производительности и функциональности.

Сценарий 2. Запуск print("Hello World!") и input() в VS Code.

1. Установка необходимых компонентов. Убедитесь, что:

   • установлен Python (проверьте: python --version);
   • установлено расширение Python от Microsoft (в Marketplace: ms-python.python);
   • активирован интерпретатор (нижняя панель должна показывать выбранную версию Python).

2. Создание файла:

   • откройте директорию проекта (например, first_program);
   • создайте новый файл: Ctrl+N → Ctrl+S → укажите имя hello.py.

3. Написание кода. Введите следующий код:

print("Hello World!")
input("Нажмите Enter для завершения...")

Функция input() останавливает выполнение программы до ввода символа (в данном случае — Enter). Это предотвращает мгновенное закрытие окна вывода при запуске.

4. Запуск программы.

Существует несколько способов:

Вариант A: Через кнопку "Run" (вверху справа). Нажмите зелёную стрелку в правом верхнем углу VS Code автоматически выполнит python /path/to/hello.py и результат отобразится в интегрированном терминале (внизу).

Вариант B: Через контекстное меню. Щёлкните правой кнопкой по редактору → Run Python File in Terminal, и аналогично запускается команда в терминале.

Вариант C: Вручную в терминале. Откройте встроенный терминал (`Ctrl+``) и выполните: «python hello.py».

Вы увидите:

Hello World!
Нажмите Enter для завершения...

После нажатия Enter программа завершится, и управление вернётся в терминал.

Если input() не работает в режиме "Run", возможно, используется консоль, не поддерживающая ввод. В этом случае следует запускать скрипт в обычном терминале.

5. Отладка. Попробуйте добавить следующий код и самостоятельно его отладить:

x = 1
test = "Test"

def main():
    print("Hello World!")
    y = 12
    print(y)
    input("Нажмите Enter для завершения...")
    
    

if __name__ == "__main__":
    main()

Поставьте точку остановы на print("Hello World!") и запустите отладку:

Точка остановы устанавливается в крайней левой части около номера строки. Красная точка означает, что точка установлена (1).

Слева вы можете увидеть детали отладки (2) - переменные (локальные и глобальные). В нашем случае глобальной будет x, а локальной - y.

В центре будет панель управления отладкой (3), позволяющая переходить по шагам выполнения.

Сценарий 3. Создание программы как проекта в PyCharm.

PyCharm — полнофункциональная IDE от JetBrains, ориентированная на серьёзную разработку. Она предоставляет глубокую интеграцию с Python, системой сборки, отладчиком и инструментами управления проектами.

PyCharm Community Edition бесплатен и поддерживает чистый Python. Professional Edition (платный) добавляет веб-разработку, научные библиотеки, удалённые интерпретаторы.

1. Создание нового проекта.
   • Установите и запустите PyCharm.
   • Выберите New Project и укажите тип проекта Pure Python.
   • Укажите расположение, например, ~/projects/hello_world
   • Выберите интерпретатор - установленный Python (локальный или виртуальный).
   • Нажмите Create.

PyCharm создаст структуру проекта c файлом main.py и .idea (служебный файл).

2. Редактирование кода.

Откройте main.py.

По умолчанию он может содержать шаблон. Замените его на:

def main():
    print("Hello World!")
    input("Нажмите Enter для завершения...")

if __name__ == "__main__":
    main()

Объяснение структуры

• if __name__ == "__main__": — условие, которое истинно только при прямом запуске файла, а не при импорте как модуля.
• main() — функция, содержащая логику программы. Такой стиль позволяет легко тестировать и переиспользовать код.

3. Запуск программы.

Нажмите зелёную стрелку рядом с функцией main или в правом верхнем углу. PyCharm создаст конфигурацию запуска (Run Configuration), где имя main, а скрипт main.py. Рабочей директорией будет корень проекта.

Программа запускается в панели Run, где отображается вывод:

Hello World!
Нажмите Enter для завершения...

4. Отладка (опционально):
   • Установите точку останова (щелчок слева от номера строки).
   • Нажмите Debug (зелёный жучок).
   • Программа остановится на указанной строке.
   • В нижней панели отображаются локальные переменные, стек вызовов, и возможность пошагового выполнения.