专栏导读：本篇作为《尚硅谷大模型2609》体系第一模块开篇，系统梳理计算机硬件组成、程序执行机制、机器语言到高级语言的演进路线，深入剖析编译型与解释型语言的核心差异。随后手把手带领完成从 Python 解释器安装到工业级 IDE PyCharm 的环境全景搭建。

第 1 章 必备基础知识

1.1 计算机组成

1.1.1 硬件

计算机硬件主要由五个部分组成，分别是：运算器、控制器、存储器、输⼊设备、输出设备。

1.1.2 软件

计算机软件主要分为：系统软件、应⽤软件。

1.2 计算机语言

1.2.1 计算机语言、代码、程序

1.2.2 计算机语⾔简史

第1代：机器语言

计算机问世的初期，⼈们只能通过『机器语⾔』（⼜称机器码）来操作计算机，所谓机器语⾔，就是 0 和 1 组成的⼆进制内容。⽽且在当时，录⼊和修改信息通常都需要：拨动开关、或插拔连线、或使⽤打孔纸带来输⼊指令。

• 优点：机器可直接执行，速度最快；硬件直接控制
• 缺点：二进制编写，人极难读写和维护；完全依赖硬件，无移植性。

例如：在 x86 的 CPU 架构下，使⽤机器码编写 1 + 1 的运算代码如下：

1

10110000 00000001 00000100 00000001

第2代：汇编语言

⽤机器语⾔编程，程序员很难理解每⼀条指令的含义，为了解决这个问题，『汇编语⾔』应运⽽⽣，它将机器语⾔中的⼆进制指令，转化为更容易记忆的助记符 （如 MOV 、 ADD 、 LOAD 等），从⽽让程序员能以近似“英⽂简写”的⽅式进⾏编程，简单说 就是：『汇编语⾔』是对『机器语⾔』的“⼈性化翻译”，汇编语⾔显著降低了编程的⻔槛，也为 后续⾼级语⾔的诞⽣，打下了基础。

• 优点：比机器语言易读写；执行效率高；
• 缺点：仍依赖特定CPU指令集；编程效率低；代码量大；

例如：在 x86 的 CPU 架构下，使⽤『汇编语⾔』编写 1 + 1 的运算代码如下：

1
2

mov al, 1 
add al, 1

⚠️注意：『汇编语⾔』需要翻译成『机器码』，才能交给 CPU 执⾏，因为 CPU 只认⼆进制指 令。

第3代：高级语言

相对『机器语⾔』和『汇编语⾔』⽽⾔，『⾼级语⾔』更接近⼈类的⾃然语⾔，它允许程序员使⽤ 英语来编写程序，并向程序员屏蔽了⼤部分的底层细节，语⾔中的符号和算式，也和⽇常的数学算 式差不多，它更容易被掌握，常⻅的『⾼级语⾔』有：C、C++、Java、PHP、Go、Rust、 JavaScript、Python 等。

• 优点：接近自然语言，易学易用；代码简洁；硬件无关，移植性好；丰富的库和工具
• 缺点：执行需编译/解释，效率较低；对硬件控制能力弱

例如：下⾯的 Python 代码，可以输出 “Hello, world!”

1

print("Hello, world!")

例如：下⾯的 Java 代码，可以输出 “Hello, world!”

1
2
3
4
5

public class HelloWorld {
 	public static void main(String[] args){
 		System.out.println("Hello, world!");
 	}
}

⚠️注意：计算机不能直接执⾏『⾼级语⾔』，同样需要将其转换为『机器语⾔』才能被计算机 执⾏。

1.2.3 编译型语⾔与解释型语⾔

对于⾼级语⾔来说，我们会根据其转换成⼆进制指令过程的不同，可将其分为：『编译型』和『解 释型』

编译型语⾔

将程序翻译成计算机能理解的⼆进制内容，并且通常会⽣成⼀个可执⾏⽂件，例如在 windows 系 统上⽣成的可执⾏⽂件是 .exe ⽂件，常⻅的『编译型』语⾔有：C、C++、Go、Rust 等。

• 优势：同⼀运⾏平台，代码只需编译⼀次，且执⾏效率⾼。
• 劣势：跨平台性差，⼤型项⽬编译时间较⻓，开发效率略低。

解释型语⾔

将程序⼀句⼀句的翻译为：计算机可以执⾏的指令，整个过程通常不⽣成可执⾏⽂件，常⻅的解释型语⾔有：Python、Php、JavaScript 等。

• 优势：跨平台性好，⽆需编译，开发调试灵活⾼效。
• 劣势：每次运⾏都需要解释，执⾏效率较低。

编译+解释混合型

Java 是典型的编译与解释混合型语言，这种设计是它“一次编写，到处运行”能力的关键。

简单概括它的执行过程：Java源码 (.java) → 编译 → 字节码 (.class) → 解释/即时编译 → 机器码执行

有人说python也是编译+解释的混合型的？

• Java 通过“先静态编译为字节码，再在JVM上解释/JIT编译执行”的混合模式，完美结合了编译型和解释型语言的优点，目标是平衡启动速度和运行性能。

• Python是一门“先（隐式）编译为字节码，再由虚拟机解释执行”的语言。它没有JIT编译步骤，其“编译”主要服务于语法分析和生成中间格式，而非性能优化。其核心执行模型仍然是解释型的。虽然它确实经历了“编译”和“解释”两个阶段，但我们通常不称之为“混合型语言”，因为它缺乏关键的 运行时编译优化 环节。

  

结论：Python是高级语言，是解释型语言。

1.2.4 TIOBE排行

TIOBE 排行榜 是衡量编程语言流行度的一个长期、月度更新的指标。它由荷兰的 TIOBE 公司发布，始于2001年，已成为业界观察语言趋势的重要参考。https://www.tiobe.com/tiobe-index/

核心要义：它衡量的是“流行度”或“关注度”，而非“最好用”或“代码量最多”。 标题 “TIOBE Programming Community Index” 也点明了它反映的是 开发者社区的活跃度和关注度。

TIOBE 采用 自动化算法，主要数据来源于全球主流搜索引擎的查询结果。语言流行度与招聘需求、技术文章、教程数量高度相关，是开发者学习、企业技术选型的“风向标”之一。它衡量的是“讨论热度”，而非“实际代码行数”或“项目数量”。一门成熟语言可能仍在关键系统中大量运行，但讨论度低，排名就会靠后，而新闻事件、大型会议可能导致某个语言的搜索量短期激增。

1.3 Python语言概述

1.3.1 Python的起源

Python 的作者 Guido van Rossum 来⾃荷兰（国内爱称：⻳叔），1982年从阿姆斯特丹大学获得了数学和计算机硕士学位。他发现⽤： C、Fortran 等语⾔写程序太费劲，⽽ Shell 虽然轻松，但功能却很有限。1989 年圣诞节，⻳叔开始动⼿编写⼀种既能像 C 那样全⾯操控系统，⼜能像 Shell ⼀样好上⼿的解释器，并以他喜爱的喜剧 《Monty Python’s Flying Circus》（巨蟒剧团之飞翔的马戏团）为灵感，命名为“Python”。

Python 的设计哲学是“优雅、明确、简单”，Python 提倡：最好只有⼀种⽅法来做⼀件事，它的第⼀个公开版本于 1991 年问世，如今已成为全球最受欢迎的编程语⾔之⼀。

1.3.2 Python的特点

优点：

缺点：

1.3.4 Python版本

Python有2个版本，Python2 和 Python3。

Python 3.x 是现在和未来主流的版本。相对于Python的早期版本是一个比较大的升级，且为了不带入过多的累赘， Python 3.0在设计的时候没有考虑向下兼容，因而许多早期Python版本设计的程序都无法在 Python 3.0上正常执行。但随着Python3使用越来越广泛，大部分新项目开始使用Python3，且大部分三方库已经支持Python3.x，Python3.x已经成为趋势。

• Python 3.0发布于2008年

• 2020年： Python 2 官⽅停⽌维护，Python 2.7被确定为最后一个 Python 2.x 版本。同时 Python 3.9 发布。

• 2021年：Python 3.10 发布。

• 2022年：Python 3.11 发布，平均性能提升 10%-60% 。

• 2023年：Python 3.12 发布，进⼀步优化性能和类型提示。

• 2024年：Python 3.13 发布。

• 2025年：Python 3.14 发布。

• 当前课程使用的版本是Python3.12.8

1.3.4 Python解释器

由于整个Python语言从规范到解释器都是开源的，所以理论上，只要水平够高，任何人都可以编写Python解释器来执行Python代码（当然难度很大）。事实上，确实存在多种Python解释器。

• CPython

  • 当我们从Python官方网站下载并安装好Python 3.x后，我们就直接获得了一个官方版本的解释器：CPython。这个解释器是用C语言开发的，所以叫CPython。在命令行下运行python就是启动CPython解释器。

  • CPython是使用最广的Python解释器。教程的所有代码也都在CPython下执行。

• 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。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。

• PyPy

  • PyPy是另一个Python解释器，它的目标是执行速度。PyPy采用JIT技术，对Python代码进行动态编译（注意不是解释），所以可以显著提高Python代码的执行速度。绝大部分Python代码都可以在PyPy下运行，但是PyPy和CPython有一些是不同的，这就导致相同的Python代码在两种解释器下执行可能会有不同的结果。如果你的代码要放到PyPy下执行，就需要了解PyPy和CPython的不同点。

• Jython

  • Jython是运行在Java平台上的Python解释器，可以直接把Python代码编译成Java字节码执行。

• 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。

小结：Python的解释器很多，但使用最广泛的还是CPython。如果要和Java或.Net平台交互，最好的办法不是用Jython或IronPython，而是通过网络调用来交互，确保各程序之间的独立性。

第2章 搭建Python开发环境

2.1 安装Python

2.1.1 下载Python

Python官网地址：https://www.python.org/

1. Installer（标准安装版）

• 你就是一个Python程序员：想在自己的电脑上写代码、装库、做项目。你应该下载这个。通常包含完整的 Python 标准库、解释器以及一些辅助工具（如 pip 用于安装第三方库）等，安装完成后占用的磁盘空间相对较大。
• 工作流程：Windows平台下载 .exe -> 运行安装 -> 在终端输入 python 或 pip 即可使用。

2. Embeddable Package（可嵌入包）

• 你是一个C++游戏引擎开发者：你想让用户能用Python写游戏逻辑脚本。你需要把Python运行时“埋”在你的游戏引擎里一起发布。它只包含最核心的 Python 解释器以及一些必要的基础组件，不包含完整的标准库，也不包含pip等工具，通常只有几兆。
• 场景：你的应用程序内部会调用 embed/python.exe 来执行用户写的 .py 脚本。对最终用户来说，他们甚至不知道引擎里有个Python。

2.1.2 安装Python

• 双击下载好的⽂件，开始安装（强烈建议以管理员身份运⾏）

• 选择自定义安装并勾选添加环境变量

• 直接next，保持默认选择

• 修改安装路径，其他保持默认，点击Install开始安装。

• 点击Disable python length limit（禁用系统的路径长度自动限制，以避免因路径过长而导致的错误），点击close，完成安装。

• 安装完成后检测。同时按下 Win键 和 R ，输入 cmd ，点击确定，进入命令提示符。

• 输入以下命令

1

python --version

2.2 第一个Python程序

2.2.1 交互式命令行模式

（1）同时按下 Win键 和 R ，并输入 cmd ，进入命令提示符。

（2）在命令提示符中输入python，进入Python交互模式。

（3）输入print(“hello”)，按下回车，控制台会打印hello。

2.2.2 脚本模式

（1）在 D:根目录下新建一个文件，将其重命名为 Hello.py 。

（2）双击此文件，选择使用记事本打开，在其中写入print(“hello”)，并保存。

（3）在资源管理器上方输入 cmd 并回车，就会打开命令提示符并进入当前路径。

（4）在命令提示符中输入python Hello.py执行程序。

2.3 安装Pycharm

2.3.1 什么是IDE

集成开发环境（简称：IDE；英文名：Integrated Development Environment ）是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具。集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等多种功能。

虽然我们也可以使用记事本编写代码，并通过命令行调用Python解释器来执行Python程序。但这样比较繁琐，会降低开发效率。而使用IDE后，很多工作可以交给IDE帮我们去做，让我们可以专注于代码的编写。

Python的IDE我们选择使用PyCharm。

2.3.2 下载Pycharm

PyCharm官方地址：https://www.jetbrains.com/pycharm/download

专业版可试用30天，社区版完全免费。

新版本不叫专业版了，叫做统一版本（Unified Product）。适用30天之后，仍然可以打开，就是只能使用基础功能。之前专业版适用30天之后就打不开了，必须激活才能打开。

2.3.3 安装Pycharm

（1）双击安装包进入安装。

（2）点击下一步。

（3）修改安装目录，点击下一步。

（4）酌情勾选安装选项，之后点击下一步。

（5）点击安装。

（6）完成安装

2.3.4 注册Pycharm

第一步：先启动一下Pycharm，然后直接退出。

第二步：运行注册文件

2.4 Pycharm基础设置

2.4.1 语言和地区设置（可选）

2.4.2 外观主题（可选）

2.4.3 文件编码（统一UTF-8）

2.4.4 字体设置（可选）

2.4.5 代码自动补全（不区分大小写）

2.5 创建纯Python工程

• 新建项目

• 选择项目路径、填写项目名称、选择解释器类型、确认python版本

解释器类型说明：

1. Project venv：当前项目的虚拟环境（这里选择它）

   • 在当前项目内安装的包/库只会在项目内有效，在项目目录下会有一个.venv目录。

2. Base Conda：Anaconda环境

   • Anaconda是一个集成了大量python包的python环境，如果选择这个需要先在电脑内安装Anaconda。

3. Custom environment：自定义环境

   • generate new（新建虚拟环境）：表示为新项目基于你所选择虚拟环境中的python作为Base python生成一个虚拟环境，生成后放在其项目文件夹下的venv中，使用venv作为解释器。每一个项目安装的第三方库互不影响，具有隔离性。

   • Select existing（选择已配置好的虚拟环境）：并不会在项目文件夹下产生项目本身的venv，所选择的虚拟环境中的所有已安装的第三方包都可以使用，而不用重新安装，但是项目之间没有隔离性。

2.6 在Pycharm中编写代码运行

• 创建目录（便于管理）

• 创建Python文件

• 命名Python文件

• 编写代码并运行