Python VS C（上篇）

2023-05-16

Python VS C（上篇）

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写在最前 ✍️

相信不少科班的同学最先学习的编程语言是 C语言。

之后因为各种各样的需求，就去学习了更多的语言，比如 Python，Java 等。

如今 Python 的热度可以说是越来越高，依靠其强大的计算生态，Python 牢牢占据 TIOBE 热门编程语言排行榜 TOP3 的位置（写稿日：2023 年 4 月 14 日，Python 是 TOP1）。

相比 C语言，Python 在人工智能、数据科学、自动化、网页开发等领域有更加广泛的应用。

但是从 基本语法 的角度来看，Python 和 C语言 有不少共通之处。

所以本文将从这个角度切入，列举 Python 和 C语言在基础语法上的异同点，帮助已经掌握 C语言的同学更快上手 Python。

本篇博客也是摊主的 CS50 课程学习笔记。

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授课的 David J. Malan 教授是摊主见过的对计算机教学最热情的老师，也是在计算机基础教学领域对摊主影响最大的一位老师。摊主也希望通过自己的努力，不断向 Malan 教授这样的大牛看齐。

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正文（上篇）

程序运行过程

C语言

在 C语言 中，源代码 test.c 通过 编译器 编译为可执行文件 test

gcc -o test test.c

执行该文件

./test

Python

Python 是 解释型语言，不需要编译成可执行文件，源代码 test.py 可以直接被 解释器 读取和执行，解释器会逐行解释代码并执行相应的操作。

python test.py

库/模块的导入

C语言

基本语法

#include <...>  // 基本语法

实例

#include <stdio.h>  // 实例
#include <string.h>
#include <math.h>

Python

基本语法

import <...>            # 导入整个模块
import <...> as <...>   # 导入整个模块并且给模块取别名
from <...> import <...> # 导入模块中的某个方法或属性
from <...> import *     # 导入模块中的所有方法和属性

实例

import csv
import numpy as np
from math import sqrt, sin, cos
from datetime import *

主函数

C语言

在C语言中，主函数 main 是程序执行的起点，它的函数原型如下：

int main(int argc, char *argv[]);

其中，argc 表示命令行参数的数量，argv 是一个指向每个参数的指针数组。主函数可以通过命令行参数来接收外部传递进来的数据。

一些特点

main 函数必须存在于程序中，否则编译器会报错。
main 函数中的代码将按照从上到下的顺序依次执行。
程序执行结束后，main 函数可以返回一个整数值，表示程序的执行结果。一般来说，返回值为 0 表示程序执行成功，非零值表示程序执行失败或出错。

C语言 main 函数实例：

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

Python

Python 中没有像 C 语言中的 main 函数那样的入口函数，整个 Python 脚本都是可执行的。

但是，为了方便编写测试代码和模块化编程，Python 提供了一种 判断当前脚本是否作为主程序执行 的方式，即通过判断 __name__ 变量的值是否为 "__main__"。

当 Python 脚本作为主程序执行时，__name__ 的值会被设置为 "__main__"
当 Python 脚本作为模块被导入时，__name__ 的值会被设置为模块的名称。

这个特性可以让我们在 Python 脚本中编写一些测试代码，但不会影响到被导入的代码。

通常，在 Python 脚本的末尾会使用以下代码来判断当前脚本是否作为主程序执行：

if __name__ == "__main__":
    # 在这里编写主程序

在这个代码块中，我们可以编写 Python 脚本的主要逻辑。当我们在命令行中执行这个脚本时，就会执行这个代码块中的代码。例如，下面是一个简单的 Python 脚本示例：

def say_hello():
    print("Hello, World!")

if __name__ == "__main__":
    say_hello()

当我们在命令行中执行这个脚本时，将会输出 "Hello, World!"；而如果我们将这个脚本作为模块导入到其他脚本中时，say_hello 函数不会被执行。

基本数据类型

C/C++

数据类型	实例	备注
bool	`bool is_prime = true`、`bool is_odd = false`	早期 C语言并不支持 `bool` 类型，通常用0和1表示而 C++ 支持 `bool` 类型
char	`char c = 'b'`	表示单个字符
int	`int n = 10`	整数
float	`float a = 1.101`	单精度浮点数
double	`double b = 1.10001`	双精度浮点数
long	`long long n = 10000`	长整形
string	`string s = "hello"`	C语言并没有 `string` 类型，通常用字符数组或字符指针表示而 C++ 支持 `string` 类型

🍉 PS：更多语法细节由于篇幅所限，且本文重点是两个语言的语法对比，故暂不列出，有需要同学可以自行查阅相关细节。

Python

数据类型	实例	备注
bool	`is_prime = True` 、`is_odd = False`	首字母需大写
int	`num = 10`	整数
float	`avg = 33.333`	浮点数
complex	`c = 1 + 2j`	复数
str	`s = 'hello'`、`t = "world"`	单引号和双引号均可表示字符串
NoneType	`n = None`	空类型，表示没有值，用于占位或表示不存在的情况。

🍉 PS：C 语言中的整数类型有固定的位数，例如 int 类型通常是 32 位或 64 位。而 Python 中的整数类型是动态的，可以表示任意大小的整数。

Python中的列表（list）、集合（set）、字典（dictionary）等将在 Python VS C（下篇）中对比。

变量

C语言

int counter = 0;  // 需要指定变量的数据类型
counter++;        // 支持++等自增运算符

C 语言是一种 静态类型语言，需要 在使用变量之前明确定义变量的数据类型。

Python

counter = 0  # 无需指定变量的数据类型
counter += 1 # 不支持++等自增运算符

Python 是一种 动态类型语言，因此它的数据类型是动态推断的，不需要事先定义变量的数据类型。

🍉PS：Python 中的数据类型通常是对象，具有更加丰富和灵活的操作和属性，例如字符串类型的方法和属性可以方便地进行字符串的处理和操作。而 C 语言中的数据类型则通常是基本数据类型，需要使用函数来进行操作和处理。

逻辑运算符

Python 和 C 语言都支持「与」、「或」、「非」等逻辑运算符，但是具体的语法略有不同。

C语言

&& 运算符：当两个操作数都为真（非零）时，结果为真，否则为假。
|| 运算符：当两个操作数中至少有一个为真（非零）时，结果为真，否则为假。
! 运算符：对操作数取反，即真变为假，假变为真。

Python

and 运算符：当两个操作数都为 True 时，结果为 True，否则为 False。
or 运算符：当两个操作数中有至少一个为 True 时，结果为 True，否则为 False。
not 运算符：对操作数取反，即 True 变为 False，False 变为 True。

🍉 PS：C 语言中的逻辑运算符 不具有短路运算 的特性，总是会计算左右两侧的操作数；而 Python 中的逻辑运算符具有 短路运算 的特性，当左侧操作数已经可以确定结果时，右侧操作数不再进行计算。

算术运算符

运算符	描述	C 示例	Python 示例
+	加法	`a + b`	`a + b`
-	减法	`a - b`	`a - b`
*	乘法	`a * b`	`a * b`
/	浮点除法	`a / b`	`a / b`
%	取模	`a % b`	`a % b`
/	整除	`a / b`	`a // b`
a b a^b ab	幂运算	`pow()`	`a ** b`

🍉 PS1：在 C 语言中，没有幂运算符，需要使用库函数 pow() 来进行幂运算，且 pow() 函数返回的是一个浮点数值，需要进行类型转换才能得到整数类型的结果。

例如：

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main() {
    int a = 2;
    int b = 3;
    int c = pow(a, b);   // c 的值为 8，
    printf("%d\n", c);
    return 0;
}

🍉 PS2：需要注意的是，在 C 语言中进行整数除法时，如果两个操作数都是整数，则除法运算符 / 返回的是一个整数值，会向下取整；而在 Python 中，除法运算符 / 返回的是一个浮点数值。

位运算

Python 和 C 语言中的位运算符均包括按位与（&）、按位或（|）、按位异或（^）、按位取反（~）、左移位（<<）和右移位（>>）等运算。

运算符	描述	C 示例	Python 示例
&	按位与	`a & b`	`a & b`
\|	按位或	`a	b`
^	按位异或	`a ^ b`	`a ^ b`
~	按位取反	`~a`	`~a`
<<	左移位	`a << b`	`a << b`
>>	右移位	`a >> b`	`a >> b`

🍉 PS1：C 语言中的位运算符只能用于整数类型，包括有符号整数和无符号整数，而 Python 中的位运算符可以用于整数类型和布尔类型，布尔类型会被转换为整数类型（True 转换为 1，False 转换为 0）。

🍉 PS2：Python 和 C 语言的右移运算符（>>）在处理有符号整数时表现不同。Python 对负数的右移是向零舍入（也称为算术右移），而 C 语言的行为是依赖于编译器实现的（可能是算术右移或逻辑右移）。

条件语句

C语言

int x = 3, y = 5;
if (x > y) {
    printf("x > y\n");
} else if (x == y) {
    printf("x = y\n");
} else {
    printf("x < y\n");
}

Python

x = 3
y = 5
if x > y:
    print("x > y")
elif x == y:
    print("x = y")
else:
    print("x < y")

不同点：

C语言的条件表达式需要由括号() 括起来，而 Python 的条件表达式无需添加 () （但是加了也没错）
C语言使用 花括号 {} 来表示代码块，而 Python 使用缩进来表示代码块，且需要在条件表达式后添加 :
C语言使用 else if，而 Python 使用 elif

写在最后 ✍️

由于篇幅有限，且为了读者更好的阅读体验，摊主把内容拆成了上篇和下篇，更多对比内容见 Python VS C（下篇）☘️

参考资料 📚

Python官方教程：https://docs.python.org/3/tutorial/

CS50：https://cs50.harvard.edu/x/2023/

ChatGPT：https://openai.com/blog/chatgpt

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