Использование комментирования при отладке программы

Традиционно комментирование используется для временного выключения участков кода программы. Проблема состоит в том, что знак # выключает только одну строчку кода.

Выключать участки кода в Питоне можно, превращая их в многострочный текст с помощью тройных двойных или одинарных кавычек. Пример:

"""Это

Многострочный

Текст"""

Небольшое отступление о комментариях

На мой взгляд, комментарии — не самая сильная сторона Питона. Сказывается отсутствие специальных средств комментирования больших участков текста и различных стилей вложенных комментариев, как, например, в Паскале.

Также непривычно и неудобно, что для комментирования используется символ ‘#’ вместо привычного программистам двойного знака деления «//». Особенно неприятно, что символ ‘#’ отсутствует в русской раскладке, а комментарии обычно необходимо набирать на русском языке.

В чём причина такой бедности средств комментирования? Лично я усматриваю в этом один из элементов идеологии языка Python, заложенных ещё его создателем Гвидо Ван Россумом, что программа должна сама читаться как текст и не нуждается в комментариях.

К сожалению, для программирования научно-прикладных приложений средств комментирования совсем не достаточно. Если позволить себе помечтать, то так хочется иметь возможности писать в комментариях формулы в естественном виде и вставлять рисунки! Есть вариант применить идеологический подход, когда смысловая нагрузка выносится не в комментарии, а в вывод программы. Прекрасные возможности вывода обеспечивает библиотека Matplotlib, включая создание разнообразнейших графиков и диаграмм и вывод текста с формулами в формате Latex.

Ввод/вывод

Что нам нужно для создания программы? - Естественно, основы синтаксиса, типы данных, а также операторы ввода/вывода и операторы для построения алгоритмических конструкций.

Ввод/вывод в простейшем случае осуществляется через консоль - специальное окно (строго говоря, текстовый интерфейс) для общения с интерпретатором Python. Консоль - это одно из наиболее древних средств общения с компьютером (ввода/вывода). В те времена, когда операционные системы (ОС) не использовали графику и многозадачность, практически вся работа с ОС велась через консоль. Работа через консоль ведётся в режиме диалога: вы пишете команды, компьютер вам отвечает. Несмотря на некоторую абстрактность, этот способ работы имеет свои преимущества, поэтому используется во многих программах до сих пор.

Python может иметь несколько консолей, не говоря уж о том, что сколько угодно консолей может быть запущено одновременно. Консоль всегда появляется одновременно с запуском интерпретатора, но есть возможность её скрыть, если её отображение не желательно. Особенно выделяется научная консоль IPython, которая поддерживает Юникод, вывод математических формул и графики.

Для простых программ консоль - это самый простой способ организации ввода/вывода.

Ввод информации осуществляется с помощью оператора input, например:

s=input ('Пожалуйста, введите слово')

Результат операции возвращается как строковая переменная.

При необходимости преобразование строки в число осуществляется с помощью операций приведения типов:

x=float(s).

Вывод информации осуществляется с помощью оператора print (). В скобках через запятую указываются данные и переменные любых типов, приведение к строковому типу не требуется.

Алгоритмические конструкции

Условный оператор if

Структура условного оператора

if <логическоеусловие>:

<тело условного оператора>

Первым идет ключевое слово if (англ. «если»); за ним – логическое выражение; затем двоеточие, и со следующей строки с обязательным отступом – блок кода (тело условного оператора), который будет выполняться в случае, если логическое выражение истинно. Необязательное ключевое слово else позволяет после двоеточия добавить блок кода, который выполняется в том случае, если условие оператора if ложно. Дополнительно можно использовать конструкцию elif, которая эквивалентна else: if, но не требует дополнительного отступа и делает код компактнее.

Пример:

x=2

if x>0:

 print ("x положительно")

elif x<0:

print ("x отрицательно")

else:

print ("x=0")

Цикл типа «Пока» While

Цикл «Пока» while (англ. «пока») очень похож на условный оператор if:

while <условие повторения цикла>:

<тело цикла>

Отличие состоит только в том, что после выполнения тела цикла программа не продолжается далее, а возвращается к условию и проверяет его снова. Тело цикла будет повторяться пока условие повторения цикла будет оставаться истинным.

Пример – разобьём строку sна список подстрок L символами разделителями. Данный фрагмент актуален при анализе математических выражений.

s="15.678*x+y*(3+2*x^2)"

Разделители={'+','-','/','*','(',')','^'}#Множество разделителей

L=list()#Пустой список

s1=""#Буфер для хранения текущей подстроки

while len(s)>0:#Пока длина строки больше нуля

if s[0] in Разделители:#Если первый символ есть в множестве разделителей

   L.append(s1) #добавляем строку s1 в список L

   s1=""#очищаем буфер

 else:

s1+=s[0] #добавляем к s1 символ s[0] - первый символ строки s

s=s[1:] #удаляем из строки s первый символ

print (L)

Вывод программы:

['15.678', 'x', 'y', '', '3', '2', 'x', '2']

Как и оператор if, оператор while поддерживает инструкцию else, которая позволяет задать блок кода, который будет выполнен при выходе из цикла.

Бесконечные циклы

Циклы могут выполняться бесконечно, чаще всего из-за семантических ошибок. Простейший пример:

i=0

while i<10:

print (i)

Этот цикл будет выполняться бесконечно, т.к. условие i < 10 всегда будет истинным, ведь значение переменной i не изменяется: такая программа будет выводить бесконечную последовательность нулей. В отличие от рекурсивных функций, у циклов нет ограничения количества повторений тела цикла, поэтому программа с бесконечным циклом будет работать непрерывно, пока мы не произведем аварийный останов нажатием комбинации клавиш [Ctrl+C], не уничтожим соответствующий процесс средствами операционной системы, не будут исчерпаны доступные ресурсы компьютера (например, может быть достигнуто максимальное допустимое количество открытых файлов), или не возникнет исключение. В таких ситуациях программисты говорят, что программа зациклилась. Найти зацикливание в программе иногда бывает не так-то просто, ведь в реальных программах обычно используется множество циклов, каждый из которых потенциально может выполняться бесконечно.

Тем не менее, отсутствие ограничения на количество повторов тела цикла дает нам новые возможности. Многие программы представляют собой цикл, в теле которого производится отслеживание и обработка действий пользователей или запросов из других программных и автоматизированных систем. При этом такие программы могут работать без перебоев очень длительные сроки, иногда годами! [2]

 Операторы break и continue и цикл типа «До»

Возможностей цикла while типа «Пока» недостаточно для удобной реализации алгоритмов. Поэтому практически во всех языках программирования есть два оператора безусловного перехода на конец и на начало цикла. В Питоне это break и continue. Поскольку они не передают управление за границы цикла как единого блока, они не нарушают принципы структурного программирования, но дают очень широкий простор для конструирования алгоритмов. Например, с помощью оператора break мы можем цикл «Пока» превратить в цикл «До».   

Библиотеки

Как мы видели, список ключевых слов и констант в Питоне относительно мал. В набор стандартных операций не включены даже такие стандартные математические функции, как sinи cos. Между тем, Python является одним из самых мощных инструментов для решения математических задач. Основная функциональность Питона достигается за счёт множества подключаемых библиотек. В частности, математические функции находятся в библиотеке math.

Подключается нужная библиотека с помощью инструкции import. Обращение к библиотечным функциям и константам производится через символ разделитель «.»:

import math# Подключаем библиотеку math

print (math.cos(math.pi/3))

Чтобы сократить имя библиотеки, можно дать ей псевдоним:

import  numpy as np # Подключаем библиотеку numpy и даём ей псевдоним np

Ключевое слово from  позволяет копировать отдельные элементы из библиотеки:

from  math import  cos, sin, pi

print (cos(pi/3))

Удобство инструкции from   состоит в том, что при таком импорте при работе с импортированными функциями и данными не требуется указывать имя модуля.

Даже можно импортировать из модуля все функции так, чтобы они стали доступны под своими именами без указания имени модуля:

from  math import  *

Здесь «*», как принято, условный символ, который заменяет слово «всё». Но так делать настоятельно не рекомендуется. Дело в том, что количество модулей у Питона практически необозримо, и в них есть функции с одинаковыми именами, что может вызвать конфликты. Например, функции cos(),sin() и константа pi также определяются и в библиотеке numpy, но имеют другую функциональность – они позволяют работать с массивами чисел.

Полезные советы Python (на начальном этапе)

· Переместить выделенный блок текста на уровень влево/вправо в большинстве редакторов можно с помощью клавиш Tab и Shift+Tab.

· Никогда не называйте файлы именами модулей Python! Это бывает очень заманчиво, но приведёт к тому, что интерпретатор всегда будет обращаться вместо модуля к этому файлу.

· Используйте генераторы списков.