User:Bluemoose/Sandbox

Python on ohjelmointikieli, jolle on tunnusomaista hyvä luettavuus, korkea abstraktiotaso ja kehittyneet kirjastot monilla eri sovellusalueilla. Python on yksi suosituimmista ohjelmointikielistä. Python on niin kutsuttu tulkattu kieli, mikä tarkoittaa että sen suorituskyky on alhaisempi kuin käännetyn kielen. Pythonilla ohjelmointi on tuottavuudeltaan korkeaa jopa Javaan verrattuna. Tioben Tiobe Indexin mukaan Python on maailman suosituin ohjelmointikieli.

Historia
Ensimmäinen versio Python-kielestä syntyi 1980-luvun loppupuolella. Alun perin kieli tehtiin jatkoksi ABC-ohjelmointikielelle korjaamalla siinä havaittuja puutteita ja tuomalla sen piirteisiin muun muassa poikkeusten käsittelyn. Kielen luoja Guido van Rossum on pysynyt kielen kehityksessä mukana koko sen historian ajan keskeisessä roolissa.

Python on alun perin nimetty brittiläisen komediaryhmä Monty Pythonin tunnetun Monty Pythonin lentävä sirkus -televisiosarjan mukaan. Python-nimi koettiin lisäksi tarpeeksi lyhyeksi, yksilöiväksi sekä sopivan mysteeriseksi. Kielen dokumentaation koodiesimerkeissäkin pyritään välttämään liiallista vakavuutta satunnaisilla viittauksilla ryhmän tuotantoon. .

Alkuperäisestä Python-kielestä jalostettu Python 2.0 julkaistiin 16. lokakuuta 2000. Kielen toinen täysversio sisälsi useita uusia ominaisuuksia, mukaan lukien täydellisen roskienkeruumekanismin ja Unicode-tuen. Suurin muutos tapahtui kuitenkin itse kielen kehitysprosessissa, jossa Python-yhteisölle annettiin vapaammat kädet osallistua mukaan kielen kehitykseen.

Joulukuussa 2008 ilmestynyt Pythonin versio 3.0 toi kieleen jonkin verran uudistuksia. Periaatteena sen kehityksessä oli vähentää ominaisuuksien rinnakkaisia toteutustapoja poistamalla vanhoja tapoja tehdä asiat. Tästä seuraa, ettei kielen uusin versio ole taaksepäin yhteensopiva, eivätkä 2-versioiden mukaiset ohjelmat siis välttämättä toimi sellaisenaan. Muutoksia ovat muun muassa:
 * -avainsanan korvaaminen -funktiolla
 * -funktion korvaaminen yksinkertaisempaan -funktioon
 * -lause
 * Jako-operaattorin  toiminnan muuttaminen niin, että   palauttaa  -tyyppisen luvun. Vanhaa jakolaskuoperaattoria voidaan vielä käyttää kirjoittamalla

Version 3 ja sen tuomien muutosten käyttöönottoa on pyritty tukemaan monella tavalla. Versiolla 2.5 voi ottaa jo käyttöön joitain uudistuksia komennolla. Samoin versiolla 2.6 voidaan ottaa käyttöön kaikki version 3.0 tuomat uudistukset. Lisäksi Python 2.6:lla voidaan aktivoida varoitukset vanhanmallisen koodin käytöstä. Tämä helpottaa vanhanmallisen lähdekoodin muuttamista versiolle 3.0 sopivaksi. Lisäksi saatavilla on  työkalu, joka muuttaa valtaosan 2-sarjan koodista 3-versioon.

Ominaisuudet

 * Tuottavuus: Pythonista on sanottu, että sitä käyttäen ohjelmoija voi olla 10 kertaa tuottavampi kuin Javaa käyttäen ja 100 kertaa tuottavampi kuin C-kieltä käyttäen.
 * Luettavuus: Yleisesti ottaen luonteenomaista Pythonille on pyrkimys selkeään ja luettavaan ohjelmakoodiin. Kauneuden ja yksinkertaisuuden tavoitteleminen ovat keskeinen osa kielen suunnittelufilosofiaa.
 * Interaktiivisuus: Python on tulkattava kieli, eli ohjelmat ovat valmiita ajettaviksi välittömästi kääntämättä niitä ensin. Erityisesti tämä lisää kielen interaktiivisuutta eli mahdollistaa ohjelmoimisen ja testaamisen lyhyissä sykleissä.
 * Paradigmaattisuus: Python-kieltä on kehitetty tukemaan useita ohjelmointitapoja; erityisesti sitä voi käyttää oliopohjaisena, proseduraalisena tai funktionaalisena ohjelmointikielenä.
 * Dynaamisuus: Pythonissa esim. muuttujan tyyppiä ei erikseen määritellä, vaan se määräytyy siihen tallennettavan objektin tyypin perusteella ajon aikana. Python-kääntäjät eivät siis tee tyyppitarkistuksia käännösaikaisesti, jolloin virheet aiheuttavat pääsääntöisesti ajonaikaisia poikkeuksia. Tämä voi helpottaa yksinkertaisempien ohjelmien interaktiivista kehitystä, mutta vaikeuttaa monimutkaisempien ohjelmien kehitystä.

Interaktiivinen tulkki
Pythonia voi kokeilla helposti interaktiivisen tulkin avulla:

Käyttöaiheet
Python on yksi suosituimmista ohjelmointikielistä, joten sille on kehitetty runsaasti suosittuja kirjastoja, ohjelmistokehyksiä ja rajapintoja, joiden avulla voidaan luoda paljon erilaisia sovelluksia esim. numeerisen laskennan, grafiikan ja web-kehityksen alueilla.

Numeerinen laskenta ja tieteellinen laskenta
Pythonia voi käyttää aina yksinkertaisesta numeerisesta laskennasta datatieteeseen ja vaativaan tieteelliseen laskentaan (esim. kirjastot NumPy, SciPy, skicit-learn, pandas). Kuvaajien tekemiseen on useita suosittuja kirjastoja (esim. matplotlib, seaborn).

Kuvat ja graafiset käyttöliittymät
Pythonissa itsessään ei ole mahdollisuutta ladata kuvia tai muuta mediaa, mutta tämä onnistuu esimerkiksi Pygame-moduulin (ks. Simple DirectMedia Layer) tai Pygletin avulla. Python sisältää TkInter-kirjaston Tk-käyttöliittymäkirjaston käyttöön, mikä tulee Pythonin standardiasennuksessa. Pythonilla voidaan tehdä graafisia käyttöliittymiä muun muassa käyttämällä C++-kielellä kirjoitettua Qt-käyttöliittymäkirjastoa. Myös esim wxPython-, PySide- ja Kivy-kirjastolla voi tehdä GUI-ohjelmia.

Verkkosivustojen tekeminen WSGI-rajapinnalla
Python on yleistynyt verkkosivustojen ohjelmointikielenä ja Python-kielelle on saatavilla sekä minimaalisia että kehittyneitä kehitysympäristöjä (esim. Django). Pythonia voidaan ajaa palvelimella WSGI (Web Server Gateway Interface) -rajapinnan avulla, joka on viime aikoina kehitetty Pythonilla toteutettujen verkkosivustojen suorituskykyistä ajoa varten. Muita kehitysympäristöjä verkko-ohjelmointiin on esimerkiksi web2py ja TurboGears.

Rajapinnat yleisille tietokantaohjelmistoille
Pythonille on saatavilla rajapintoja tietokantojen (MySQL, PostgreSQL, SQLite) käsittelyyn. Python 3 sisältää SQLite-tietokannan standardikirjastossa (sqlite3).

C- ja C++ -laajennukset sekä CUDA
Pythonia voi laajentaa C- ja C++-ohjelmointikielillä. Toisaalta Pythonia voi sisällyttää C- ja C++-kielisiin ohjelmiin skriptikielenä. Mainittavaa on myös kyky vuorovaikuttaa matlabin kanssa. Nvidian grafiikkapiirien CUDA-ohjelmointi on mahdollista Pythonilla; tällä tavalla laskenta voidaan antaa grafiikkapiirin rinnakkain suoritettavaksi.

Rakenne
Pythonissa kaikki rakenteet määritellään objekteina, joilla on identiteetti, tyyppi ja arvo. Objektin tyyppi kertoo, millaisia operaatioita se sallii ja mitä arvoja se voi saada. Identiteettinä toimii CPython-toteutuksessa objektin osoite muistissa.

Paketit ja moduulit
Korkeimmalla hierarkian tasolla Python-ohjelmat muodostuvat paketeista ja moduuleista. Paketit ovat erityisiä moduuleja, jotka vastaavat tiedostojärjestelmän kansioita, siinä missä varsinaiset moduulit vastaavat tiedostoja näissä kansioissa. Moduuleihin viitataan tiedostopolun tavoin mallilla ja niillä on attribuutteja kuten   ja. Tavallisia paketteja voidaan määritellä lisäämällä kansioon -niminen tiedosto, jolloin Python tulkitsee tämän kansion Python-paketiksi ja kansiossa olevat Python-tiedostot moduuleiksi. Python-skriptin ajon aloittava moduuli saa nimen (eli  on totta).

Luokat ja funktiot
Python-tulkki ajaa ohjelmat blokkeina yhdessä kehyksessä kerrallaan. Blokkeja muodostavat hierarkisesti skriptit, moduulit, luokat ja funktiot. Nimet näkyvät vain kunkin blokin sisällä, ellei näkyvyyttä olla muutettu - tai -avainsanoilla, tai kyseessä ole funktio, jolloin nimet näkyvät kaikille funktion sisältämille blokeille.

Sanastollisesti kukin koodiblokki koostuu nimistä, avainsanoista , literaaleista , operaattoreista , erottimista ja näiden muodostamista fyysisistä ja loogisista riveistä. Python käyttää lauseiden ryhmittelyyn sisennystä – ei kaarisulkeita kuten monet muut kielet. Kaksoispisteitä käytetään koottuja lauseita aloitettaessa (esim. ), mutta muuten uusi rivi ja oikea sisennys riittää rivin ja lauseen päätteeksi.

Luokat määritellään syntaksilla ja luokan sisältö sisennetään tästä, mikä luo paikalliseen ympäristöön luokka-objektin. Luokassa määriteltyjä muuttujia kutsutaan attribuuteiksi ja funktioita metodeiksi. Metodien ensimmäinen argumentti ottaa vastaan aina objektin ja argumentin nimenä käytetään, jolloin metodia voidaan kutsua tyylillä. Luokille voidaan antaa erityisiä metodeja, jotka määrittelevät, mitä Pythoniin sisäänrakennetut operaattorit ja funktiot tekevät kyseisen tyypin objekteille (engl. operator overloading). Näitä ovat muun muassa (alustus), (tekstiesitys), ( -operaattori) ja ( -operaattori). Uusi luokka voi siten emuloida sisäänrakennettuja tyyppejä, kun sille määritellään tarvittavat erityismetodit.

Funktiot määritellään tyylillä ja funktion sisältö sisennetään tästä, mikä luo paikalliseen ympäristöön kyseisen nimisen funktio-objektin. määrittelee parametrille oletusarvon, kaappaa ylimääräiset nimeämättömät argumentit yhteen tuple-objektiin ja kaappaa ylimääräiset nimetyt argumentit yhteen sanakirjaan. Funktion argumentiksi voidaan antaa myös lauseke; tällöin vaaditaan, että palauttaa generaattorin ja palauttaa kuvauksen (esim. sanakirjan). Funktioita määritellessä tyyppivihjeet ovat muotoa. Ennen funktion määritelmää voi lisäksi olla useita ns. decorator-lauseita – mallia – jotka ottavat funktion argumenttina ja palauttavat sen jollakin tavalla muunnettuna.

Kootut lauseet
Luokkien ja funktioiden lisäksi koottuja lauseita ovat
 * toistamiseen tai   ja näissä  ja
 * ehdolliseen suorittamiseen perinteinen tai hahmonsovituksena ja hahmomääritelmissä esim. (engl. guard), (tai) ja (mitä tahansa)
 * poikkeuksienhallintaan ja
 * kontekstinhallintaan (yleensä avoin tiedosto).

Lauseita
Yksinkertaisia lauseita Pythonissa ovat muun muassa
 * muuttujaan sijoittaminen kuten
 * operaattorisijoittaminen kuten (sama kuin )
 * tyyppiannotaatiot kuten
 * , joka testaa sen jälkeen kirjoitetun ehdon
 * , joka pysäyttää funktion ja palauttaa objektin (tai )
 * tai, joka tuo moduulin sisällön käyttöön
 * , joka pysäyttää ympäröivän silmukan
 * , joka siirtää ympäröivän silmukan suoraan seuraavaan toistoon
 * , joka poistaa nimen tai korvaa arvon tyhjällä
 * , joka tekee funktiosta generaattorin ja palauttaa objektin (toistuvasti)
 * , joka toimeenpanee poikkeuksen
 * jota ei tee mitään
 * , joka tuo nimen käytettäväksi ylimpään nimiavaruuteen, ja
 * , joka mahdollistaa pääsyn ulommissa näkyvyyksissä määriteltyihin nimiin.

Lausekkeita
Lausekkeita Pythonissa ovat muun muassa
 * nimet kuten  tai
 * literaalit kuten  ja
 * lausekelistat kuten  tai
 * näkymät kuten,   ja  (huom. listanäkymä voi sisältää literaalien lisäksi myös ns. comprehension-lauseen mallia )
 * nimettömät generaattorit kuten
 * attribuuttireferenssi kuten
 * tilaukset kuten
 * viipaloinnit kuten
 * kutsut kuten
 * -lauseke, joka tauottaa ko-rutiinin ajon
 * potenssioperaattori
 * unääriset operaattorit kuten,   ja
 * binääriset aritmeettiset operaattorit, ,  ,  (matriisitulo), ,   ja
 * binääriset bittioperaattorit (tai), (ja) ja (poissulkeva tai)
 * vertailulausekkeet, ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,   ja
 * Boolen operaattorit,  ja  (huom.  ja  eivät palauta totuusarvoja vaan viimeisimmän lausekkeen arvon, ja Boolen operaatioissa ,   ja tyhjät tietorakenteet saavat myös totuusarvon )
 * mursu-operaattori, joka antaa nimen lausekkeelle ja palauttaa sen arvon
 * tiivis ehtolause ja
 * nimettömät funktiot kuten.

Tyypit
Sisäänrakennettuja tyyppejä ovat muun muassa
 * numerotyypit kuten,  eli  ja  ,  eli  ja  eli
 * , joka edustaa puuttuvaa arvoa
 * sekvenssityypit kuten,  ,  ,  ,  ,
 * kuvaustyyppi (sanakirja)
 * kutsuttavat tyypit kuten käyttäjän määrittelemät ja sisäänrakennetut funktiot, metodit, generaattorit, ko-rutiinit, instanssimetodit, luokat ja luokkainstanssit
 * moduulit, jotka edustavat loogista joukkoa objekteja
 * I/O, joka edustaa avoimia tiedostoja
 * , joka edustaa puuttuvaa toteutusta
 * tai  jota käytetään pääasiassa viipalointilausekkeissa edustamaan jotakin jatkumoa tai väliä
 * sisäiset tyypit kuten koodi-, ajokehys-, traceback- ja viipaleobjektit sekä staattisten metodien ja luokkametodien objektit.

Python on dynaamisesti tyypittävä, joten Pythonissa voidaan käyttää ns. ankkatyypitystä (duck typing) eli objektin attribuutteja ja metodeja käytetään varsinaisesta tyypistä huolimatta ja mahdolliset tyyppivirheet otetaan vastaan ja käsitellään ("helpompi pyytää anteeksi kuin lupaa"). Kun tyyppivirheitä ei ole, objekti on käytännössä haluttua tyyppiä, koska sillä on sama rajapinta ("liikkuu ja vaakkuu kuin ankka, eli kyseessä on ankka"). Ankkatyypityksellä voidaan toteuttaa näin olio-ohjelmoinnin polymorfinen korvaus ilman periytymistä ja eksplisiittistä riippuvuutta valittuun tyyppiobjektiin.

Ko-rutiinit
Ko-rutiinit (esim. ) ovat erityisiä funktioita, jotka sallivat ajon tauottamisen ja jatkamisen käyttämällä avainsanoja,  ja  lauseita.

Generaattorifunktiot
Generaattorifunktiot palauttavat generaattorin, jolla on, ,   ja  -metodit. Tyypillisesti -silmukka käyttää sitä tuottamaan arvoja silmukkaan – näin koko iteroitavaa objektia ei tarvitse pitää muistissa kerralla. Generaattorikorutiini on tätä vastaava, mutta asynkroninen.

Käyttö
Python-tulkkia käytetään pääasiassa komentoriviltä antamalla ensimmäisessä argumentissa Python-skriptin tiedostonimi (esim. ). Python-tulkin aloitusympäristössä on alustettuna kolme moduulia –,  ja  – ja kaikki sisäänrakennetut ja standardimoduulit ovat käytettävissä -lauseella. Interaktiivisessa tilassa tulkki käsittelee yhden lauseen kerrallaan, muuten koko lähdetiedoston.

Ympäristönhallintaohjelmat (esim. conda, venv) mahdollistavat useiden eri Python- ja kirjastoversioiden käytön samassa käyttöjärjestelmässä ilman konflikteja.

Ohjelmistot
Versionhallintajärjestelmä GNU Bazaar sekä siitä forkattu Breezy on toteutettu Pythonilla. Avoimen lähdekoodin Odoo-yritysohjelmisto, jota käyttää 19 000 yritystä. Syväoppimiseen perustuva tekoälyohjelmisto, Stable Diffusion on kirjoitettu täysin Pythonilla. Stable Diffusion onkin yksi suosituimmista, tehokkaimmista ja monipuolisimmista tekoälyistä joka pystyy luomaan kuvia pelkän syötetyn tekstin perusteella.

Sivustot ja kuluttajasovellukset
Pythonilla (suurimmaksi osaksi pääkielenä) on kirjoitettu myös lukuisia muita tunnettuja sovelluksia ja sivustoja kuten YouTube, Google, Spotify, Instagram, Reddit, Dropbox ja Quora.

Toteutukset
Python-kielestä on tehty useita toteutuksia. Tunnetuimmat ovat C-ohjelmointikielellä tehty alkuperäinen (kielen määrittelevä) toteutus ja Java-ohjelmointikielellä tehty Jython. Muita toteutuksia ovat esimerkiksi IronPython .NET- ja Mono-alustoille sekä Python-kielellä itsellään uudelleentoteutettu PyPy. Mobiilialustoista Python on sovitettu myös Symbian S60 -alustalle. Lisäksi kielestä on kehitetty Maemo-alustaan optimoitu versio. Sulautettujen järjestelmien ohjelmointiin on myös MicroPython.

Python-tulkki ja -kirjastot on kehitetty avoimen lähdekoodin projektina, ja niitä levitetään Pythonin oman lisenssin (Python Software Foundation License) alaisena, joka on yhteensopiva myös GPL-lisenssin kanssa. Pythonin lisenssi sallii lisäksi kaikenlaisen kaupallisen käytön ja jopa kaupallisen uudelleenlevittämisen.

Python-koodin tulkitseminen ja ajoa edeltävä optimointi saattavat joskus olla hitaita prosesseja, ja Pythonia ajetaankin useimmiten tavukoodina hieman Javan tapaan. Tämä vie ohjelman suorituksesta pois yhden hitaammista vaiheista, tulkkaamisen tavukoodiksi; tulkkaamattoman Python-skriptin ajaminen saattaa olla moninkertaisesti tavallisen C-kielisen ohjelman ajamista hitaampaa.

Aiheesta muualla

 * Python-kielen kotisivu
 * Suomenkielinen Python-opas (122ss.)
 * Suomenkielinen Python-grafiikkaohjelmointiopas (92ss.)
 * Suomenkielinen Python-opas graafisten käyttöliittymien toteuttamisesta (50ss.)
 * Ohjelmointiputka: Python 3 -opas
 * Vanhala, Erno; Nikula, Uolevi: Python 3 – ohjelmointiopas, versio 1.0 (2010)
 * MicroPython