Python

Jazyk Python se vyvíjí a postupem času vznikly tři nekompatibilní major verze, Python (1), Python 2 a Python 3.

• Python 1 se už nepoužívá. Python 0.9.0 byl vydán v roce 1991, Python 1.0 v roce 1994 a poslední verze 1.6.1 vyšla v roce 2000.

• Python 2 je v útlumu. Verze 2.0 byla vydána v roce 2000, poslední verze 2.7.18 byla vydána 20. dubna 2020. Od 1. ledna 2020 je dle PEP 373 oficiálně nepodporován. V podobě 2.7.18 bude druhá řada Pythonu zmrazena a nebude se nadále vyvíjet. PEP 404 uvádí, že nevznikne verze 2.8.

• Souběh řady 2 a 3. Python 2 a Python 3 byly mnoho let vyvíjeny paralelně. Do Pythonu 2 byly přeneseny některé nové vlastností z raných verzí Pythonu 3. Snahou bylo Python 2 a Python 3 k sobě co nejvíce přiblížit, aby byl usnadněn přechod řady existujících projektů z Pythonu 2 na Python 3. Byl to náročný úkol. Naplánovaný termín ukončení podpory Pythonu 2 se opakovaně oddaloval.

• Verze 3.0 byla vydána téměř současně (o dva měsíce později) s verzí 2.6 v roce 2008.
• Python 3 je aktivní řada. Poslední vydaná verze je 3.10. Řada 3 opravuje chybná a překonaná designová rozhodnutí. Např. Python 2 používá textové řetězce se zastaralým 8bitovým kódováním, Python 3 přešel na moderní a univerzální Unicode textové řetězce.

Python je dynamický interpretovaný jazyk. Někdy bývá zařazován mezi takzvané skriptovací jazyky. Jeho možnosti jsou ale větší. Python byl navržen tak, aby umožňoval tvorbu rozsáhlých, plnohodnotných aplikací (včetně grafického uživatelského rozhraní – viz například wxPython, který využívá wxWidgets, nebo PySide a PyQT pro Qt, a nebo PyGTK pro GTK+).

Python je hybridní jazyk (nebo také multiparadigmatický), to znamená, že umožňuje při psaní programů používat nejen objektově orientované paradigma, ale i procedurální a v omezené míře i funkcionální, podle toho, komu co vyhovuje nebo se pro danou úlohu hodí nejlépe. Python má díky tomu vynikající vyjadřovací schopnosti. Kód programu je ve srovnání s jinými jazyky krátký a dobře čitelný.

K význačným vlastnostem jazyka Python patří jeho jednoduchost z hlediska učení. Bývá dokonce považován za jeden z nejvhodnějších programovacích jazyků pro začátečníky.^[zdroj?!] Tato skutečnost je dána tím, že jedním z jeho silných inspiračních zdrojů byl programovací jazyk ABC, který byl jako jazyk pro výuku a pro použití začátečníky přímo vytvořen. Python ale současně bourá zažitou^[zdroj?!] představu, že jazyk vhodný pro výuku není vhodný pro praxi a naopak. Podstatnou měrou k tomu přispívá čistota a jednoduchost syntaxe, na kterou se při vývoji jazyka hodně dbá. K definici bloků se v Pythonu (na rozdíl od většiny jazyků) používá pouze odsazování.

Význačnou vlastností jazyka Python je produktivnost z hlediska rychlosti psaní programů. Týká se to jak nejjednodušších programů, tak aplikací velmi rozsáhlých. U jednoduchých programů se tato vlastnost projevuje především stručností zápisu. U velkých aplikací je produktivnost podpořena rysy, které se používají při programování ve velkém, jako jsou například přirozená podpora jmenných prostorů, používání výjimek, standardně dodávané prostředky pro psaní testů (unit testing) a dalšími. S vysokou produktivností souvisí dostupnost a snadná použitelnost široké škály knihovních modulů, umožňujících snadné řešení úloh z řady oblastí.

Python se snadno vkládá do jiných aplikací (embedding), kde pak slouží jako jejich skriptovací jazyk. Tím lze aplikacím psaným v kompilovaných programovacích jazycích dodávat chybějící pružnost. Jiné aplikace nebo aplikační knihovny mohou naopak implementovat rozhraní, které umožní jejich použití v roli pythonovského modulu. Jinými slovy, pythonovský program je může využívat jako modul dostupný přímo z jazyka Python (tj. extending, viz sekce Spolupráce s jinými aplikacemi).

Programování v Pythonu klade velký důraz na produktivitu práce programátora. Myšlenky návrhu jazyka jsou shrnuty ve filosofii Pythonu.

Nebezpečnou vlastností Pythonu je, že obsahuje nedokumentované funkce a lokální proměnné, které mohou být zneužity pro spuštění příkazu v operačním systému.[2]

Pro Python je v provozu jeho vlastní repozitář balíčků s knihovnami, PyPI, který podporuje snadnou instalaci balíčků programem pip.

Standardní Python je implementován v jazyce C. Tuto implementaci vyvíjí Python Software Foundation a tato implementace představuje a definuje standard jazyka Python. Existuje ale celá řada dalších implementací jazyka Python pro různá prostředí nebo další cíle.

Výkonnost Pythonu je velmi nevyrovnaná. V praxi to často nevadí, protože výkon současných počítačů je dostatečně velký. Python se však někdy používá i pro zpracování rozsáhlých dat nebo na strojích s velmi omezenými prostředky, například na jednodeskových počítačích Raspberry Pi, které mají několikanásobně nižší výkon než libovolné domácí PC, ať desktop nebo notebook.

Pokud narazíme na výkonnostní problémy, může optimalizace kódu v Pythonu přinést i více než řádové zlepšení – větší než u jiných programovacích jazyků. Je třeba používat takové datové struktury, které jsou pro požadované operace dostatečně efektivní. Je důležité minimalizovat počet vyvolání funkcí, například místo načítání souboru po znacích načítat celé řádky, místo zpracování řetězců v cyklu používat funkce pracující s celými řetězci, např. provádějící globální operace s regulárními výrazy. Výkonově kritické knihovny jsou implementovány v jazyce C, s kterým Python výborně spolupracuje, proto je obvykle lepší provést desítky tisíc volání mocné knihovní funkce než milion volání jednoduché funkce. Složité a kaskádované podmínky se snažíme upravit tak, aby se složité testy prováděly, až když je to nezbytné, případně aby se rychle vyloučily obvyklé případy. Při práci s regulárními výrazy dáváme přednost metodě match před metodou search, snažíme se používat „kotvy“ (^ a $) a místo použití série regulárních výrazů raději použijeme jeden s více možnostmi spojenými symbolem |, přičemž jednotlivé alternativy rozlišíme použitím metody group aplikované na objekt vrácený metodou match.

V historii Pythonu vznikla řada optimalizačních technik.

V minulosti se pro zvýšení výkonu používala snadno použitelná knihovna Psyco, která transparentně optimalizovala kód Pythonu na výkon (JIT). Některé operace byly pomocí Psyco urychleny až řádově[3]. Dnes je tato knihovna neudržovaná (cca od roku 2010) a použitelná jen pro 32bitové prostředí a podporuje Python jen do verze 2.6.

V současné době tuto knihovnu nahradily projekty jako PyPy, Cython a další, viz alternativní implementace Pythonu.

Nejúčinnější způsob dosažení výkonu v Pythonu je použití Cythonu s optimalizací kódu na výkon. Následující příklad ukazuje neoptimalizovanou a maximálně optimalizovanou funkci. Tedy změny, které je nutno učinit pro získání maximálního výkonu pro transkompiler Cython.

def add_two_numbers(x, y):
    print(x)
    return x + y

z = add_two_numbers(123, 456)
print(z)

from libc.stdio cimport printf

cdef int add_two_numbers(int x, int y) nogil:
    printf("%i\n", x)
    return x + y

z = add_two_numbers(123, 456)
print(z)

Účinnost těchto optimalizací je velmi vysoká. Takto optimalizovaný program dosahuje téměř výkonu aplikace napsané přímo v jazyce C. Viz benchmark, který porovnává výkon programu při výpočtu velké Mandelbrotovy množiny.

Jak již bylo řečeno, Python se snadno vkládá do jiných aplikací, kde pak slouží jako jejich skriptovací jazyk. Lze ho najít např. v 3D programu Blender, v počítačové hře Civilization IV, v kancelářském balíku OpenOffice.org, v textovém editoru Vim. Lze jej alternativně použít jako skriptovací jazyk aplikace GIMP, existují pythonovská aplikační rozhraní pro celou řadu dalších projektů – například pro ImageMagick. Varianta Jython (implementace Pythonu v Javě) jej umožňuje používat jako skriptovací jazyk všude tam, kde lze používat skripty v Javě – například v editoru jEdit.

Ukázkový program Hello world vypadá velmi jednoduše:

print("Hello, World!") # ve verzích 2.x print "Hello, World!"

Program pro výpočet obsahu kruhu ze zadaného poloměru v syntaxi Python 3:

# toto je komentář a interpret jej ignoruje

import math # zpřístupní modul s matematickými funkcemi a konstantami (sin, cos, pi atp.)

vstup = input("Zadejte polomer: ") # zobrazí výzvu a načte nějaký řetězec. Ve verzi 2.x se místo funkce input používá funkce raw_input
r = float(vstup) # převede řetězec na desetinné číslo
S = r**2 * math.pi # umocní r na 2 a vynásobí jej pí
print("Výsledek je:", S) # zobrazí výsledek. Ve verzi 2.x se píše bez závorek

Výpočet faktoriálu v porovnání s jazykem C:

def factorial(x):
    if x <= 0:
        return 1
    else:
        return x * factorial(x - 1)

def factorial_kratsi(x):
    return 1 if x <= 0 else x * factorial_kratsi(x - 1)

int factorial(int x) {
    if (x <= 0)
        return 1;
    else
        return x * factorial(x - 1);
}

int factorial_kratsi(int x) {
    return x <= 0 ? 1 : x * factorial_kratsi(x - 1);
}

Python je vyvíjen s důrazem na pragmatičnost. To znamená, že vývoj jeho verzí je spíše evoluční. Přirozeným důsledkem takového přístupu je i zpětné hodnocení dobrých a horších vlastností jazyka. Jeho výsledkem byl projekt Python 3000 (Py3k)[4][5] jako základ vývoje přelomové verze Python 3.

Stabilní verze Python 3.0 byla vypuštěna v 3. prosince 2008. Je zpětně nekompatibilní. Přechodovou verzí mezi Python 2.x a Python 3.0 představuje Python 2.7 (varování při použití syntaxe, která nebude ve verzi 3.0 platná). Současně byly vyvinuty nástroje pro usnadnění konverze starších zdrojových textů do podoby pro verzi Python 3.0.

Jednou z nejviditelnějších změn v Python 3.0 (pragmatický pohled z hlediska prostého uživatele) je převedení příkazu print na funkci. Konstrukce print "hello" je neplatná, správný zápis je print("hello").

Velmi významnou změnou je důsledné oddělení abstrakcí řetězec a posloupnost bajtů. Řetězce se důsledně změnily na typ unicode ("hruška" bude ekvivalentní s bývalou u"hruška"). Pro posloupnosti bajtů je zaveden nový typ bytes (immutable) a bytearray (mutable). Při vzájemném převodu mezi řetězcem a posloupností bajtů je nutné vždy uvádět požadované kódování. To by mělo vést k důslednému vyřešení problémů, které se projevovaly v souvislosti se znaky národních abeced.

Funkce raw_input byla přejmenována na input (bývalý input() zmizí), také iterativní varianty funkcí a metod nahradily svoje předchůdce, které vracely seznamy, takže například funkce range je v podstatě bývalá xrange, analogicky tomu je s file.readlines()/file.xreadlines(). Podobně další funkce, které dřív vraceli list, dnes vrací iterátor – např. dict.keys():

# python 2.x
>>> d = { 'a': 1, 'b': 7 }
>>> d.keys()
['a', 'b']

# python 3.x
>>> d.keys()
<dict_keys object at 0xb7c08540&>
>>> [ x for x in d.keys() ] # nebo list(d.keys())
['a', 'b']

Další viditelnější změnou je chování operátoru dělení / při použití s celými čísly:

# python 2.x
>>> 5 / 2
2
>>> 5 / 2 == 5 // 2
True

# python 3.x
>>> 5 / 2
2.5
>>> 5 // 2
2

Zmizí dict.has_key(). Zápis množin se zjednodušil, set([1, 2]) je možné napsat {1, 2}. Dále například přibyla řetězcům nová metoda format jako alternativa ke starému formátování řetězců procentovou notací.

foo=7 #společné pro všechny verze

#python 2.x
"ID: %s (%s, %s)" % ("0s9d8f", foo, 3)
# či
"ID: %(id)s (%(x)s, %(y)s)" % {'x': foo, 'y': 3, 'id': "0s9d8f"}

#python 3.0 přidává také notaci

"ID: {0} ({1}, {2})".format("0s9d8f", foo, 3)
# a
"ID: {id} ({x}, {y})".format(x=foo, y=3, id="0s9d8f")

# od verze 3.6 lze navíc použít takzvané f-string
f"ID: 0s9d8f ({foo}, {3})"

Dalším příkladem porušení zpětné kompatibility je zavedení nové syntaxe pro oktalová čísla. Ta se dříve zapisovala s nulou na začátku, např. 0777. Tento formát se stal neplatným a nový je analogický se zápisem hexadecimálních čísel (0x1ff). Správný zápis je tedy 0o777. Podobně je možné zapisovat i čísla v binární soustavě.

>>> 012
  File "<stdin>", line 1
    012
      ^
SyntaxError: invalid token
>>> 10 == 0xa == 0o12 == 0b1010
True

Podrobnější seznam změn najdete (anglicky) v dokumentu What’s New In Python 3.0.