搭建开发环境|第一部分：Python入门与环境搭建 (Python Foundations)

在上一章中，我们了解了Python是什么以及它能做什么。现在，是时候卷起袖子，亲自动手搭建我们自己的Python开发环境了。这一章是纯粹的实践操作，请跟随步骤，为我们的编程之旅做好准备。

2.1 在Windows, macOS, Linux上安装Python

无论你使用哪种主流操作系统，安装Python都非常简单。我们的目标是安装最新稳定版的Python 3。

在 Windows 上安装

1. 下载安装程序:

   • 访问Python官方网站：https://www.python.org/downloads/
   • 网站会自动检测你的操作系统并推荐最新的Python版本。点击 "Download Python 3.x.x" 按钮下载安装程序（一个 .exe 文件）。

2. 运行安装程序:

   • 双击下载的 .exe 文件启动安装向导。
   • 极其重要的一步: 在安装界面的最下方，务必勾选 "Add Python 3.x to PATH" 这个选项。这会自动为我们配置好下一节将要讲到的环境变量，省去手动配置的麻烦。
   • 然后，点击 "Install Now" 进行默认安装即可。

3. 验证安装:

   • 安装完成后，打开命令提示符（按下 Win + R，输入 cmd，然后回车）。
   • 在窗口中输入以下命令并回车：

     python --version
     
     

   • 如果屏幕上显示出你刚刚安装的Python版本号（例如 Python 3.12.3），恭喜你，安装成功！

在 macOS 上安装

macOS通常会预装一个较旧的Python 2版本，我们不应该使用或修改它，因为它可能被系统内部使用。我们需要安装一个独立的、全新的Python 3。

1. 下载安装程序:

   • 同样访问Python官网：https://www.python.org/downloads/
   • 下载适用于macOS的 .pkg 安装包。

2. 运行安装程序:

   • 双击下载的 .pkg 文件，按照图形界面的提示一步步完成安装。过程非常直接，基本只需点击“继续”和“同意”。

3. 验证安装:

   • 打开“终端” (Terminal) 应用（可以在“应用程序” -> “实用工具”中找到）。
   • 输入以下命令并回车：

     python3 --version
     
     

   • 注意，在macOS和Linux上，我们通常使用 python3 命令来特指Python 3版本。如果看到版本号输出，说明安装成功。

在 Linux 上安装

大多数现代Linux发行版（如Ubuntu, Fedora, Arch）已经预装了Python 3。你可以先检查一下。

1. 验证已有版本:

   • 打开终端。
   • 输入命令：

     python3 --version
     
     

   • 如果已安装，会显示版本号。如果版本较新（如3.8+），通常无需重新安装。

2. 使用包管理器安装 (以Ubuntu/Debian为例):

   • 如果未安装或版本过旧，可以使用系统的包管理器进行安装。
   • 首先，更新包列表：

     sudo apt update
     
     

   • 然后，安装Python 3：

     sudo apt install python3
     
     

   • 安装完成后，再次使用 python3 --version 进行验证。

2.2 PATH环境变量的配置

什么是PATH环境变量？

简单来说，PATH是一个系统变量，它包含了一个目录列表。当你在终端输入一个命令（如 python3）时，操作系统会依次在PATH列表中的这些目录里去寻找是否存在名为 python3 的可执行文件。如果找到了，就执行它；如果找遍了所有目录都没找到，就会报错“命令未找到”。

为什么它很重要？

正确配置PATH，意味着你可以在任何目录下打开终端并直接运行Python，而不需要指定Python程序的完整路径（例如 C:\Python312\python.exe）。

• Windows: 如果你在安装时勾选了 "Add Python to PATH"，这一步就已经自动完成了。如果没有，你需要手动添加Python的安装目录（例如 C:\Python312\）和其下的 Scripts 目录（例如 C:\Python312\Scripts\）到系统环境变量的Path变量中。
• macOS/Linux: 使用官方安装包或系统包管理器安装时，PATH通常会自动配置好，无需手动干预。

2.3 Python解释器与交互模式 (REPL)

安装好Python后，我们就得到了一个核心工具：Python解释器。它就是负责读取并执行我们Python代码的程序。

解释器提供了一种交互模式，也称为 REPL (Read-Eval-Print Loop，读取-求值-打印-循环)。这是一个非常适合快速测试代码片段、学习语法和进行简单计算的环境。

如何进入REPL？

1. 打开你的终端或命令提示符。
2. 输入 python (Windows) 或 python3 (macOS/Linux) 并回车。
3. 你会看到类似下面的提示符 >>>，这表示你已经进入了Python的交互模式。

Python 3.12.3 (main, Apr  9 2024, 05:19:35) [GCC 11.4.0] on linux
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>

现在，你可以直接输入Python代码并立即看到结果：

>>> 10 + 5
15
>>> print("Hello from REPL!")
Hello from REPL!
>>> message = "This is a test."
>>> message
'This is a test.'

如何退出REPL？

• 输入 exit() 然后回车。
• 或者按下快捷键：在macOS/Linux上是 Ctrl + D，在Windows上是 Ctrl + Z 然后回车。

2.4 编写并运行第一个程序 (Hello, World!)

虽然REPL很有用，但我们最终需要将代码保存在文件中以便复用和分享。让我们来创建并运行经典的第一个程序。

1. 创建代码文件:

   • 打开任何一个纯文本编辑器（如记事本、VS Code、Sublime Text等）。
   • 输入以下一行代码：

     print("Hello, World!")
     
     

   • 将文件保存。文件名可以任意，但必须以 .py 结尾，例如 hello.py。将它保存在一个你容易找到的位置，比如桌面。

2. 运行程序:

   • 打开终端或命令提示符。
   • 使用 cd (change directory) 命令切换到你保存文件的目录。例如，如果保存在桌面：

     # 在Windows上 (假设用户名为user)
     cd C:\Users\user\Desktop
     
     # 在macOS上 (假设用户名为user)
     cd /Users/user/Desktop
     
     # 在Linux上 (假设用户名为user)
     cd /home/user/Desktop
     
     

   • 现在，通过Python解释器来运行这个文件：

     python hello.py  # 在Windows上
     # 或者
     python3 hello.py # 在macOS/Linux上
     
     

   • 按下回车，你将会在终端看到输出：

     Hello, World!
     
     

恭喜！你已经成功编写并运行了你的第一个Python程序文件。

2.5 核心概念：虚拟环境 (venv)

这是成为专业Python开发者的关键一步。想象一下，你在同时进行两个项目：

• 项目A需要一个旧版的库 requests v2.20。
• 项目B需要一个新版的库 requests v2.28。

如果你把这两个版本的 requests 库都安装到系统全局的Python环境中，它们就会产生冲突，导致其中一个项目无法正常工作。

虚拟环境就是解决这个问题的完美方案。它能为每个项目创建一个独立的、隔离的Python环境。

为什么需要虚拟环境？

• 依赖隔离：每个项目都有自己的一套库，互不干扰。
• 版本锁定：确保你的项目在另一台电脑上也能使用完全相同的库版本来运行，避免“在我电脑上明明是好的”这类问题。
• 保持全局环境整洁：避免将各种各样的库都安装到系统Python中，造成混乱。

Python 3.3+ 内置了 venv 模块来创建虚拟环境。

创建、激活与停用虚拟环境

让我们为刚才的 hello.py 项目创建一个虚拟环境。

1. 创建虚拟环境:

   • 在终端中，确保你位于项目目录（例如，包含 hello.py 的桌面）。
   • 运行以下命令：

     # python3 -m venv <虚拟环境的文件夹名>
     python3 -m venv my_project_env
     
     

   • 这个命令会创建一个名为 my_project_env 的文件夹，里面包含了该项目专属的Python解释器和库目录。

2. 激活虚拟环境:

   • 激活后，你的终端会使用这个虚拟环境中的Python和库，而不是系统全局的。激活命令因操作系统而异：
   • Windows (cmd.exe):

     my_project_env\Scripts\activate
     
     

   • Windows (PowerShell):

     .\my_project_env\Scripts\Activate.ps1
     
     

     (如果提示执行策略问题，你可能需要先运行 Set-ExecutionPolicy -ExecutionPolicy RemoteSigned -Scope Process)
   • macOS / Linux:

     source my_project_env/bin/activate
     
     

   • 激活成功后，你的终端提示符前面会出现 (my_project_env) 的字样，表明你正处于这个虚拟环境中。

3. 在虚拟环境中使用:

   • 现在，你可以在这个环境中安装库（例如 pip install requests），这些库只会安装到 my_project_env 文件夹中。
   • 你也可以直接用 python hello.py 来运行程序，它会使用虚拟环境中的解释器。

4. 停用虚拟环境:

   • 当你完成工作，想要回到系统全局环境时，只需在终端中输入：

     deactivate
     
     

   • 提示符前的 (my_project_env) 就会消失。

养成好习惯：为每一个新的Python项目都创建一个并激活其专属的虚拟环境。

章节小结

在本章中，我们完成了所有基础准备工作：成功安装了Python，理解了PATH的作用，学会了使用REPL和运行.py文件，并掌握了至关重要的虚拟环境venv的使用方法。现在，我们的开发环境已经准备就绪，可以开始深入学习Python的语法和核心概念了。