学习笔记: 从C语言基础到Python基础的过渡

1.前言

本文章的旨在整理C语言与Python在基础入门知识方面的差距，从而辅助各位开发者完成从C语言基础到Python基础的过渡。

本文期望的主要面向群体是初学者以及相关专业大学生，需要对C语言有大学通识课级别的掌握能力，以及独立思考的能力。

同时这也是我的学习笔记。必须强调的是，虽然我在中学阶段略微接触过一些Python，但真正的系统性学习其实发生在近期。因此，本文仅体现个人的、入门级别的思考和理解，是为了写而写，写出来用来巩固自己的知识体系。

当然，我会尽量保证文中的所有知识是正确且完备的。

如果存在明显的事实性错误，请立刻联系我，保证错误被及时更正。

关于Python的进阶知识与特性，我没有能力也没有资格去进行讲述，希望各位能够在本文的辅助下打好基础，而后自主地进一步学习Python，并真正地掌握这门语言。

斜体部分为基础知识补充，并不要求掌握。

2.编程环境

C语言

我们先试着复习学习? 下基于C语言的开发流程是如何运作的。其主要涉及三个方面:

1. 文本编辑器（Text Editor）:开发者通过C语言撰写.c和.h文件，是开发者的主要工作环节。

2. 编译器（Compiler）:编译器将.c与.h文件翻译成机器可以执行的目标文件（.obj / .o）或可执行文件（.exe / 无扩展名）。同时编译器还负责静态检查，包括语法检查和明显的逻辑漏洞，以及编译过程中的优化行为。

3. 链接器与运行环境（Linker & Runtime）:编译完成后，程序的各个部分通过链接器合并成一个完整的可执行文件。而执行完成的文件依赖操作系统提供的运行时支持（Runtime）。

在现在的开发环境中，大多数情况下，我们已经不再关心这个流程，而是使用IDE（Integrated Development Environment，集成开发环境） 来简化整个流程。但为了方便讲解，我们仍然在这里将其一一指出。

总结: C语言的环境需要“编写 + 编译 + 链接 + 运行”四步。

Python

Python是一门解释型语言（在靠后的章节会重点讲述这一点），因此它并不需要经过“编译”这一过程。这使得Python 的开发环境比 C 更轻量、更灵活。

同时，这也就引入了新的概念，Python 解释器（Interpreter）。

最常见的解释器是CPython，这也是官方提供的解释器。我们在电脑中安装的Python 3.8，Python 3.13，其实指的就是Python 解释器本身的版本号。

顾名思义，CPython就是用C开发的Python解释器，除此之外还有在交互式方面增强的IPython，为Java平台开发的Jython，以及速度快的PyPy等解释器，在生产中应当根据需要进行挑选。

这里给出CPython 3.13.8(Windows 64位)的下载链接

解释器在整个开发流程中扮演的角色，有点类似于 C 语言的“编译器 + 链接器”，但工作方式完全不同：C 语言在运行前就会生成可执行文件；而 Python 的解释器则是在程序运行时逐行读取、翻译并执行代码。

换句话说，Python 并不是“先编译再运行”，而是“边运行边解释”。

而开发者的主要工作仍然集中在文本编辑器这一环节，即用 Python 语法编写脚本文件（.py），再由解释器直接运行。

总结: Python的环境需要“编写 + 边解释边运行”两步。

环境变量配置

程序和可执行文件可以在许多目录，而这些路径很可能不在操作系统提供可执行文件的搜索路径中。

有时候Python的安装是不会自动配置环境变量的。这可能会导致一些问题，比如下文的命令行没有办法识别到Python。

如果出现了这些情况，我会建议你访问这个教程的环境变量配置章节。照着教程改就完事了，没有什么讲的必要。

Python的运行

在初学者阶段，Python的运行主要是通过Python控制台（Python Console）来实现的。

现在介绍两种启动控制台的形式。

1.命令行

Windows平台下通过cmd或PowerShell，而macOS / Linux通过Terminal。唤出操作系统的命令行控制台后，输入命令

python

或指定版本

python3

以上两种命令可以进入Python的交互式模式（REPL）。此时你可以输入任意一行代码，敲下回车，这行代码就会被立刻解释和运行。这十分适合小体量下的Python使用，比如为了调试或者学习语法。

当然，命令行也可以用来直接运行脚本：

python your_file.py

2. IDE

常见的Python IDE内置Python解释器和Python控制台。当然启动控制台的方式会有所区别。对初学者来说，IDE内置的控制台相比于操作系统的命令行要更加利于使用，在结合脚本运行方面也更加便捷。

除了控制台以外，生产环境中更常见的方式，是通过其他应用程序调用 Python 脚本来执行任务。例如，在 GitHub Actions 的 workflow 中，我们常用 Python 脚本自动化一些维护工作。另外，在类 Unix 系统上执行脚本时，应当确认脚本具有可执行权限。

IDE推荐

Visual Studio Code

简称VSCode，一款由微软开发且跨平台的免费源代码编辑器。下载链接放这。

VS Code 本身并不自带任何编译器或解释器，它只是一个轻量级的文本编辑器。

为了适应 Python 开发，我们需要安装相应的扩展。最基本的是 Python 扩展，后续还可以根据自己需求加装Lint 工具、调试器、AI助手等。

实际上，正是通过这些扩展，VS Code 才能具备 IDE 的功能，成为一个完整的开发环境。

具体的安装教程请参照菜鸟教程。人家讲的比我详细的多，我不再赘述。

PyCharm

由 JetBrains 公司提供的 永久免费 Python IDE。相比于 VS Code 依赖大量扩展，PyCharm 本身集成了丰富的工具，是更为专业的 Python 开发环境。

对初学者来说，PyCharm 可以省略安装 Python 解释器和配置环境变量的步骤，同时提供成熟的文本格式化、代码重构等功能，降低入门门槛。

3.基本语法

这是本篇文章最重要的部分了，让我们开始吧。

我通过对比同一个需求在不同语言下的实现方式，来讲述这两种语言的相同点与不同点

需求：在某条件下，声明若干个变量

if(value == 1){int count = 1;double score = 2.0;if(high){float height = 1.74f;float mess = 50;}
}

if value == 1:count = 1score = 2.0if high :height = 1.74mess = 50

语句区分

C语言通过分号;来区分语句。每一个语句以分号结尾。多个语句可以写在同一行。虽然你没有任何理由这么做。

Python通过换行来区分语句。每一行就是一个语句。在需要的情况下，可以在同一行中使用多条语句，语句之间使用分号;分割。

代码组（代码块）

C语言的代码块通过花括号{}来将若干个语句构成代码块

• 比如上文的line2~6被花括号合并成了一个代码块，从而使得这些语句都受if的控制。而line5~6又被内层花括号括上，形成了代码块的嵌套

• 一般来说，一层代码块内部会增加一层缩进，但这层缩进不是C语言的一部分，只是为了更好的可读性，辅助开发者识别这些组合、嵌套关系。

Python将缩进相同或更深的一组相邻语句构成一个代码块，我们称之代码组。

• 如图中所示，line2~6是≥1次缩进，且中间没有被更浅层的缩进的语句打断，所以他们组成了一个代码块。同时line5~6是2次缩进，所以他们组成了代码块里的代码块，参考C语言那部分的嵌套关系。

• 注意空行是不会影响代码块的。即使两行相同缩进的代码之间隔一百个空行，它们也仍然在同一个代码块里。

• 区别就在这里了，Python完全依赖缩进来区分代码块。缩进就是代码的一部分。

• 像if、while、def和class这样的复合语句，首行以关键字开始，以冒号( : )结束，该行之后的一行或多行代码具备相同或更深的缩进，从而构成代码组。

• 我们将首行及后面的代码组称为一个子句(clause)。

总的来说，我们不妨这么去过渡：

把Python里面的所有语句除去空语句之后，把相邻语句里，
比上一句多了一层缩进的，当做其前方有一个C语言的{
比下一句多了一层缩进的，当做其后方有一个C语言的}

变量的声明与赋值

在编程中，变量（Variable）是用来存储数据的容器。不同语言对变量的声明和赋值方式有所不同

在 C 语言中，变量必须先声明类型，然后才能使用：

int count = 10;      // 声明一个整型变量 count，并赋初值 10
double score = 95.5; // 声明一个双精度浮点数 score
char grade = 'A';    // 声明一个字符变量 grade

• 声明：告诉编译器变量的类型和名字。

• 赋值：给变量一个初始值。

• 在 C 中，如果只声明不赋值，变量会包含随机的内存值：

int temp;  // 未赋值，内容未知

Python 是 动态类型语言，不需要显式声明变量类型，解释器会根据赋值内容自动推断类型：

count = 10       # 整型
score = 95.5     # 浮点型
grade = 'A'      # 字符串

• Python 中赋值时，变量名就是创建变量的时刻。

• 同一个变量可以被重新赋值为不同类型的值：

count = 10       # 整型
count = 10.5     # 现在变成浮点型

总结：

特性	C 语言	Python
类型声明	必须显式声明	自动推断
动态类型	否	是
可变类型	固定	可变，可重新赋值为不同类型
未初始化使用	会出现随机值	直接赋值时才创建变量

注意：Python 并不是“没有类型”。
每个变量在 Python 中都有类型（int、float、str 等），只是类型由解释器在运行时动态推断，而不是由程序员在编写时显式声明。

这样的特性对有些人来说是十分方便的，但至少就我身边的开发者来说，我们普遍认为这样的设计为开发时的静态分析（Static Analysis）带来了不少困难。

常用数据类型

1. 整数

• C：int, long, short

  • 固定大小（32位、64位视平台而定）

  • 支持有符号和无符号

• Python：int

  • 整数大小没有限制（任意精度）

  • 自动管理内存

2. 浮点数

• C：float, double, long double

  • 精度固定，受平台限制

  • 需要注意浮点数精度误差

• Python：float

  • 通常对应 C 的 double

  • 精度比 C float 高

  • 还可以用 decimal.Decimal 做高精度计算

3. 布尔值

• C：没有原生 bool（C99 之后有 _Bool 或 stdbool.h）

  • 通常用 0 表示 False，非 0 表示 True

• Python：bool

  • True / False

  • 与整数可以互转：int(True)=1，int(False)=0

4. 字符/字符串

• C：

  • 字符：char

  • 字符串：字符数组 char str[10] + \0 结束

  • 操作复杂，需要使用库函数（strlen, strcpy 等）

• Python：

  • 字符串：str

  • 可以直接用引号定义：'a' 或 "hello"

  • 支持索引、切片、拼接、长度查询等

5. 指针问题

我们在C语言中学习了令许多初学者头昏脑涨的指针。它指向一块内存空间，并涉及取地址、解引用、偏移等概念。

幸运的是，Python抛弃了指针，这是Python 设计的高层抽象之一。

在 Python 中，变量名本质上是指向对象的引用。

然而，引用（reference）这个概念，在C语言中尚未涉及，我只能尝试进行解释：

引用（reference）：

• 描述变量和内存中实际对象之间的关系。

• 可以理解为“变量名指向对象”，类似 C 语言的指针，但更安全。

• 在 Python 中，所有变量都是引用，无论对象是否属于类。

6. 容器

容器是一种用于存放多个数据的对象。

在C里面，与之最接近的概念是数组。我们都学过，数组有固定的长度，占用固定的内存。对于数组内元素的修改方式是直接编辑，读取方式是通过索引或者指针。

而在高级语言（C++、Python、Java、C#）里，容器是一个十分常见的概念。它通常要提供以下功能：

1. 存放数据的能力

2. 访问和修改数据的方法

3. 数据组织结构（顺序、映射、集合等）

这是比较抽象的概念，用我的话来说，一个容器至少要能够实现：

• 对于容器，能够往里面加东西，也能把东西从里面删掉。

• 给定一个容器，能知道它里面有什么东西。

• 给定一个东西和一个容器，能够知道这个东西是否在容器里。

1. 列表（list）

• 可以存放不同类型的元素。

• 元素可以被增加或减少。

• 有序，可以通过索引来获取。

• 当往中间位置插入新元素时，这个位置之后的所有元素自动后移

• 当往中间位置删除元素时，这个位置之后的所有元素自动前移

2. 集合（set）

• 可以存放不同类型的元素，但类型必须能够给出哈希值。

• 元素可以被增加或减少。

• 无序。

• 不可重复。添加相同哈希值的元素将不会有任何作用。

3. 元组（tuple）

• 可以存放不同类型的元素。

• 元素是不可变的。不能增加也不能减少。

• 有序，可以通过索引来获取。

4. 字典（dict）

• 可以存放不同类型的键值对（Key-value pair）。即每一个元素由一个键和一个值组成。

• 键必须是不可变类型（int, str, tuple 等），值可以是任意对象。

• 元素可以被增加或减少。

• 一般以无序处理，但在Python 3.7+ 遍历顺序保持插入顺序。

• 可以通过键来访问对应的值。

• 以键值对的形式新增元素。

• 可以通过键来移除一整个键值对。

• 键是唯一的，但不同键之间的值可以重复。

最后用一张表格来概括。

容器/类型	可变性	有序	允许重复	元素类型限制	用途/特点
C 语言数组Array	固定长度	是	是	同类型（同类型的连续内存）	静态序列，需要指定长度，效率高
列表list	可变	是	是	任意类型	动态序列，可增删改，灵活
集合set	可变	否	否	任意可哈希类型	集合运算、去重
元组tuple	不可变	是	是	任意类型	不可变序列，可作为字典键或固定数据
字典dict	可变	有序(3.7+)	键唯一	键不可变，值任意	键值映射，快速查找

7. 内存管理问题

这一部分是底层，不要求掌握。

在C语言中，内存区分堆和栈。

栈（stack）

• 栈用于存储局部变量、函数参数和返回地址。

• 生命周期短：随函数调用入栈，函数返回出栈。

• 栈上的变量 自动分配和释放，不需要程序员手动管理。

2. 堆（heap）

• 堆用于存储 动态分配的对象，大小可变且生命周期不受函数调用限制。

• 需要程序员手动管理内存（malloc/free 或 new/delete）。

在 Python 里，栈和堆的概念不像 C 那样直观，因为 Python 使用了自动内存管理和对象模型。

栈主要保存变量名（名称/引用），即“指向对象的指针”。

堆保存 对象本身，比如整数对象 5 和 6，列表对象 [1,2,3] 等。

Python 的对象都是在堆上分配的，堆上的对象由解释器管理，自动垃圾回收。

这还涉及到另一个概念：可变对象与不可变对象

• 不可变对象（int、float、str、tuple）

  • 对象在堆上创建

  • 栈上的变量引用它

  • 改变引用 → 创建新的对象 → 栈上的引用改变，堆上的原对象不变

• 可变对象（list、dict、set）

  • 对象在堆上创建

  • 栈上的多个变量可以引用同一个对象

  • 修改对象 → 堆上的内容改变，所有引用可见

运算符

4.弱类型语言

5.解释型语言

6.面向对象编程(OOP)