Python 3.X简史——记录3.0之后的重要更新

Python 3.0在2008年12月3日正式发布，在之后又经历了多个小版本（3.1，3.2，3.3……），本文梳理Python 3.0之后的新特性。已更新到3.6版，会持续更新下去。

其实每个版本都有大量更新，都写出来要几百页，这里只写主要的更新，以及我个人认为重要的。

因此难免有失偏颇，望见谅，可以点击小标题查看每个版本的完整What's New。

Python 3.1   2009年6月27日发布

▲用C语言实现io模块。在3.0，io模块是用Python语言实现的，性能很慢，现在比3.0快了2~20倍。

▲新增OrderedDict类，能记住元素添加顺序的字典。举个用例：读取一个.ini文件，处理之后还能按原始顺序输出。

▲嵌套的with语句可以写在同一行：

with A() as a, B() as b:

    suite

# 等同于以前的

with A() as a:

    with B() as b:

        suite

▲更易懂的浮点数表示。由于浮点数在CPU内部的存在形式，repr(1.1)会显示为'1.1000000000000001'。现在显示为'1.1'，尽量确保eval(repr(f)) == f。

▲新增collections.Counter类，用于计数元素在序列中出现的次数：

>>> Counter(['red', 'blue', 'red', 'green', 'blue', 'blue'])

Counter({'blue': 3, 'red': 2, 'green': 1})

▲str.format()支持自动编号：

"{} is {} {}".format('A', 'B', 'C')

# 相当于

"{1} is {2} {3}".format('A', 'B', 'C')

▲format()和str.format()支持千分位分隔符：

>>> format(1234567, ',')

'1,234,567'

>>> format(1234567.837, ',.2f')

'1,234,567.84'

▲新增tkinter.ttk模块。使tkinter控件呈现操作系统本地化风格，在windows下像windows，在mac下像mac，在linux下像linux。tkinter.ttk还包含了6个以前缺失的常用控件：Combobox, Notebook, Progressbar, Separator, Sizegrip, Treeview。

▲round(x, n)，如果x是整数，则返回一个整数。之前返回的是一个浮点数。

▲itertools新增两个函数：

# 一个排列组合函数 combinations_with_replacement

>>> [p+q for p,q in combinations_with_replacement('LOVE', 2)]

['LL', 'LO', 'LV', 'LE', 'OO', 'OV', 'OE', 'VV', 'VE', 'EE']

# 一个按true进行选择的函数 compress

>>> list(compress(data=[0,1,2,3,4,5,6,7,8,9], selectors=[0,0,1,1,0,1,0,1,0,0]))

[2, 3, 5, 7]

▲如果一个目录或一个zip文件里有__main__.py文件，把目录名或zip文件名传给Python解释器就可以启动程序。

▲新增importlib模块。把import的功能做成模块，并提供一些相关API。

▲64位版的int快了27%~55%。以前32位版、64位版int的计算单元都是15比特，现在64位版是30个比特。

▲UTF-8、UTF-16、LATIN-1编码的decode速度是以前的2~4倍。

▲json模块用C语言扩展，性能更快。

Python 3.2   2011年2月20日发布

▲新增argparse模块，解析命令行参数。用于替代功能有限的optparse模块。

▲新增concurrent.futures模块。定义了异步运行callable对象的接口（Future类），并提供了两个异步运行管理器：线程池、进程池。

▲标准库进行了大量改进，主要的几个改进：

1. email、mailbox、nntplib这3个模块能更好的处理bytes/str混合的情况。
2. ssl模块加入许多新东西，更好的SSL连接和安全认证。
3. 有更多的类实现了上下文管理器，可以用于with语句。

▲增加html模块。在Python 3.2里，只有escape一个函数，用于转义html字符：

>>> html.escape('x > 2 && x < 7')

'x &gt; 2 &amp;&amp; x &lt; 7'

▲增加functools.lru_cache()装饰器，用于缓存函数的参数和返回值。以相同的参数再次调用函数时，不必再执行函数，直接返回缓存的返回值。

▲itertools增加accumulate函数。累加（也可进行累减、累乘、累X等操作）：

>>> from itertools import accumulate

>>> list(accumulate([8, 2, 50]))

[8, 10, 60]

▲字节串decode时支持'strict'和'ignore'错误处理，字符串encode时支持'strict'和'replace'错误处理。

▲优化表达式 x in {1, 2, 3}的性能。如果集合的元素都是常量，在编译时就会被放到一个frozenset里。

if extension in {'xml', 'html', 'xhtml', 'css'}:

    do(something)

▲优化pickle模块。性能快了数倍。

▲优化list.sort()和sorted()。当使用key参数时，比以前快15%~40%。

▲logging模块新增基于dict的配置方式，配置方式更灵活一些。

▲WSGI版本更新到1.0.1。WSGI是Python程序和Web服务器之间的一种通用接口（详细介绍），1.0.1仅为Python3做了少量修改。

▲定义了一套稳定的ABI(二进制接口)。以前，每发布一个版本的Python，就要把第三方扩展重新编译一遍；现在提供了一套有限但稳定的ABI，很多情况下不必重新编译了。见PEP 384。

▲改进.pyc文件的命名方式，以便区分不同版本Python生成的.pyc文件。

▲更新Unicode数据到6.0。

Python 3.3   2012年9月29日发布

▲新增yield from语法，见PEP 380：

yield from g

# 等同于以前的

for v in g:

    yield v

此外，yield from在外部调用者和内部生成器之间建立一个透明通道，简化中间环节的一些处理，见参考1、参考2。

▲重新组织了操作系统相关异常的体系。更简化、有更好的粒度，并且基本上不必处理errno了。见PEP 3151。

▲新增lzma压缩模块，就是7-zip使用的压缩算法。

▲新增ipaddress模块，用于处理IPv4、IPv6的IP地址，详细介绍。

▲新增venv模块。用于创建虚拟环境，每个虚拟环境都能安装一套独立的第三方模块，可以更灵活的部署多个项目。

▲新增faulthandler模块。用于调试，能找出crash、超时、死锁等问题发生的位置。

▲新增unittest.mock模块。用于测试，可以模拟某个对象（类、实例、函数）的行为，从而方便测试。（详细介绍）

▲memoryview类的实现做了大量改进。memoryview可直接访问一个对象的内部数据（要求该对象支持Buffer Protocol协议），从而避免复制数据，当数据非常大时很有用。

▲用C语言重写了decimal模块，比以前快12倍（数据库操作）~120倍（高密度计算）。

▲随机hash。用一个随机数参与hash值的计算，这个随机数在启动python时生成。防止hash性能攻击。

▲字符串的内部存储更灵活。以前每个Unicode字符都占4字节，现在根据整个字符串的需要占1、2、4字节（日常使用的汉字基本上就用2个字节）。在一项Django测试中，内存使用比以前少了2~3倍。见PEP 393。

▲新增Windows下的启动器，py.exe和pyw.exe。

如果同时安装了多个版本的Python，比如python 2.7、3.2、3.3（32位版、64位版），可以指定启动的版本：

# 启动Python 3.2
py -3.2
# 用Python 2.7运行a.py

py -2.7 a.py

# 用Python 3的最高版本运行a.py

py -3 a.py
# 用Python 3.3 32位版运行a.py

py -3.3-32 a.py

另外，在.py文件的第一行像这样写上Python版本，用py a.py命令运行就会使用指定的版本：（类似linux的shebang line）

#! python2.7

#! python3

▲xml.etree.ElementTree默认使用C语言加速，以提高性能。

▲utf-8编码快了2~4倍，utf-16编码的encode最多快了10倍。

▲增加可以共享key的字典。同一个类的多个实例，它们储存属性的字典现在可以共享key和hash了，当有大量实例时能节省内存。见PEP 412。

▲增加python 2的字符串u修饰符：u'this is a string'。这个在python 3里没意义，仅仅是为了python 2程序迁移更方便。

▲更新Unicode数据到6.1。

Python 3.4   2014年3月16日发布

▲集成了pip。用于安装、更新、卸载pypi上的第三方模块。

▲新增asyncio模块，关于协程的模块。这个模块提供了一个协程的事件循环器，以及一些具体工具。（线程、进程是互争资源，而协程是互让资源，主要用于异步处理并发I/O。协程是用生成器实现的。）

▲新增enum模块，提供枚举。好多人抱怨python没有枚举，现在有了，虽然是以模块的方式实现的。

▲新增pathlib模块，用面向对象的方式表示磁盘路径。简化路径操作，可以在Windows上处理linux路径、或反之。

from pathlib import Path

p = Path('/etc')
q = p / 'init.d' / 'reboot'
q.is_dir()

for one in q.iterdir():
    with one.open() as f:
        f.read()

▲新增statistics模块。提供了基本的统计功能，比如平均值、中位数、方差、标准差等。

▲新增selectors模块。基于已有的select模块，提供了一个更高级的接口。这两个模块用于IO复用模型（select、poll、epoll等）。

▲新增tracemalloc模块。一个调试工具，用于追踪、统计python的内存分配。

▲html模块新增unescape函数。用于反转义html字符。

>>> html.unescape('x > 2 && x < 7')

'x > 2 && x < 7'

▲functools模块新增singledispatch装饰器。用于定义单分派函数——传入不同类型的参数，函数可以有不同行为：

>>> @singledispatch

... def fun(arg):

...     print('default', arg)

...

>>> @fun.register(int)

... def _(arg):

...     print('int', arg)

...

>>> fun('hello')

default hello

>>> fun(123)

int 123

▲pickle新增第4版协议。支持嵌套的类、巨大的对象、更多的类型，以及其它一些改进。但是直到python 3.6，pickle的默认协议还是第3版。

▲默认情况下，新创建文件的文件描述符不再允许被新进程（如子进程）使用。

▲python解释器的启动快了30%。

▲改进str和bytes的hash算法，更能抵御DOS攻击。并且允许在编译CPython时更换别的hash算法。

▲允许在编译CPython时更换内存分配器。

▲启用Argument Clinic。在C语言写的底层函数被Python代码调用时，须要把参数解析成C语言的形式，使用Argument Clinic能更简便的生成参数解析代码。见PEP 436。

▲更新Unicode数据到6.3。

Python 3.5   2015年9月13日发布

▲为协程新增async和await语句，见PEP 492（中文版）：

1、把协程的概念从生成器独立出来，并为之添加了async/await语句。

async def read_data(db):

    data = await db.fetch('SELECT ...')

    ...

注：在CPython的内部实现，协程仍然是一个生成器。

2、增加“异步迭代器”，异步迭代器的__aiter__、__anext__函数是协程，可以将程序挂起。

async for data in cursor:

    ...

3、增加“异步上下文管理器”，异步上下文管理器的__aenter__、__aexit__函数是协程，可以将程序挂起。

async with lock:

    ...

▲新增矩阵乘法运算符@，如a @ b。

▲解包（unpacking）。*用于可迭代对象，**用于字典，见PEP 448：

>>> *range(4), 4

(0, 1, 2, 3, 4)

>>> [*range(4), 4]

[0, 1, 2, 3, 4]

>>> {*range(4), 4, *(5, 6, 7)}

{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}

>>> {'x': 1, **{'y': 2}}

{'x': 1, 'y': 2}

▲新增zipapp模块。把Python程序用Zip打包到一个可执行的.pyz文件，见PEP 441。

# 生成.pyz可执行压缩包

python -m zipapp myapp -m "myapp:main"

# 以后就可以这样运行myapp了，也可以鼠标双击.pyz文件运行

python myapp.pyz

▲允许bytes类型使用%格式化：

>>> b'Hello %b!' % b'World'

b'Hello World!'

>>> b'x=%i y=%f' % (1, 2.5)

b'x=1 y=2.500000'

▲新增Type Hints和typing模块。方便（IDE等工具）静态分析代码，程序在实际运行时会忽略掉这些东西。见PEP 484。

# 使用Type Hints声明：参数name的类型是str，函数返回值的类型是int

def namelength(name: str) -> int:

    return len(name)

其实在Python 3.0就增加了函数注释（Function annotation，PEP 3107），但是函数注释可以很随意：

def namelength(name: '参数是一个字符串') -> '返回值是一个整数':

    return len(name)

这次的Type Hints采用了函数注释的语法，结合一定规范、typing模块，可以精确定义参数、返回值的类型。

▲bytes、bytearray、memoryview新增.hex()函数：

>>> b'\xf0\xf1\xf2'.hex()

'f0f1f2'

▲math模块新增math.isclose()函数，判断两个数值是否相近，可以忽略浮点表示法带来的误差：

>>> math.isclose(1.1, 1.1000000000000001)

True

另增加math.gcd()函数，计算最大公约数。

▲新增os.scandir()函数，更快、更省内存的遍历文件夹。在POSIX系统上比以前快3~5倍，在Windows系统上快7~20倍。os.walk()目前也在使用此函数。

▲用C语言重写了OrderedDict，快了4~100倍。

▲functools.lru_cache()的大部分改用C语言实现，快了10~25倍。

▲Windows版由VC2015编译，并且要求所有扩展也用VC2015编译。

▲Python 3.5不再支持Windows XP及之前的系统，Python 3.4成了XP能用的最高版本。

▲提供Windows下的免安装绿色版，仅适合打包发布、不适合用于开发。在官网下载：Windows x86/x86-64 embeddable zip file。

▲不再使用.pyo文件名。-O和-OO选项不再生成xxx.pyo文件，而是分别生成xxx.opt-1.pyc和xxx.opt-2.pyc。

▲更新Unicode数据到8.0。

Python 3.6   2016年12月23日发布

▲在f""修饰的字符串里直接使用变量，见PEP 498：

>>> name = "Fred"

>>> f"He said his name is {name}."

'He said his name is Fred.'

>>> age = 50

>>> f"My age next year is {age+1}."

'My age next year is 51.'

▲在代码中，可以用下划线增加数值的可读性。见PEP 515。

# 下划线可以出现在数字之间、进制指示符之后。
# 不能出现在首、尾，也不能出现连续的。

amount = 10_000_000.0

addr = 0xCAFE_F00D

flags = 0b_0011_1111_0100_1110

# 也能作用于字符串转换

flags = int('0b_1111_0000', 2)

▲新增“异步生成器”。现在某些“异步迭代器”可以简化成“异步生成器”了，见PEP 525。

async def ticker(delay, to):

    """每隔delay秒，yield一个从0到to的数字"""

    for i in range(to):

        yield i

        await asyncio.sleep(delay)

▲新增“异步生成式”。在list、set、dict的生成式中，可以（通过async for）使用异步迭代器，也可以（通过await）调用协程。见PEP 530。

# 可以用async for语句使用异步迭代器

result = [i async for i in aiter() if i % 2]

# 也可以用await语句调用协程

result = {await fun() for fun in funcs}
# 同时使用await和async for语句
result = {fun: await fun() async for fun in funcs if await something}

▲新增secrets模块，生成强随机数。以前的random模块只能生成伪随机数，官方推荐在涉及安全问题时不再使用random模块。

▲hashlib模块新增SHA-3算法。这个算法包括4个hash函数：SHA3-224、SHA3-256、SHA3-384、SHA3-512，输出是末尾数字指定的比特数；还包括2个扩展hash函数：SHAKE128、SHAKE256，输出是不大于128或256的任意比特数。

▲新增变量注释（Variable Annotations）。和Type Hints类似，用于（IDE等工具）静态分析代码。见PEP 526。

# 声明primes是列表，其元素的类型为int。并给primes赋值一个空列表。

primes: List[int] = []

# 声明captain的类型是str，注意这里无初始值

captain: str

# 声明stats是类变量，类型是字典（key的类型为str、value的类型为int）。并给stats赋值一个空字典。

class Starship:

    stats: ClassVar[Dict[str, int]] = {}

▲更简便地自定义类的创建。有些情况下不必使用元类了，见PEP 487。

class Philosopher:

    # 增加__init_subclass__方法

    # 在创建子类时，会调用父类的__init_subclass__，cls参数是子类

    def __init_subclass__(cls, default_name, **kwargs):

        super().__init_subclass__(**kwargs)

        cls.default_name = default_name

class AustralianPhilosopher(Philosopher, default_name="Bruce"):

    pass

PEP 487另给descriptor增加__set_name__方法。在创建descriptor所属的类时被调用，让descriptor可以感知被赋予的变量名。

▲普通的字典现在能记住元素的添加顺序。

这不是Python的改动，仅是CPython的改动，因此官方并不鼓励用户依赖它的顺序。

▲得益于字典的顺序，3.6有两个改动：

1，函数的参数**kwargs可以保留顺序，见PEP 468。

def save(node, **kwargs):

    ....

# 现在能记住参数id、href、title出现的顺序了

save(mynode, id=i, href=url, title=s)

2，能记住“类属性”的定义顺序，见PEP 520。在以前，需要定义一个元类才能知道a、b、c的定义顺序。

class MyClass:

    a = 1

    b = 2

    c = 3

▲现在，global和nolocal语句必须出现在实际使用该变量之前。不这样的话，在以前仅会给一个SyntaxWarning。

▲新增（文件系统）路径协议：如果一个对象有.__fspath__(self)函数、并且返回值是str或bytes类型，则说明这个对象能表示路径。同时增加os.fspath函数，与__fspath__配套使用。

主要目的：(1)防止不相关的对象在str(obj)后被误当作路径使用，(2)统一各模块表示路径的接口。见PEP 519。

▲给datetime.time和datetime.datetime的对象增加.fold属性。用于区分两个相同（但UTC不同）的当地时间，常见于夏令时结束的那天。如图，横轴是UTC时间，纵轴是当地时间：

▲在Windows操作系统上，CPython与控制台的通讯使用Unicode编码（CPython <-> utf-8 <-> utf-16-le <-> Windows操作系统），而不再使用当前的Code Page。见PEP 528。

好处是可以print、input所有Unicode字符（前提是字体也支持）。

# 一段代码，print一个印度字符

print('ള')

# 在Python 3.5上，ള被encode成当前Code Page发往控制台，会出现异常：

Traceback (most recent call last):

  File "test.py", line 2, in <module>

    print('\u0d33')

UnicodeEncodeError: 'gbk' codec can't encode character '\u0d33' in position 0: illegal multibyte sequence

# 在Python 3.6上，会encode成unicode（先utf-8、再utf-16-le）发往控制台，可以打印。
# （由于控制台字体的原因，可能会显示成方块）：

ള

与此类似，CPython与Windows文件系统的通讯编码也从当前的Code Page改成Unicode了，见PEP 529。

▲用C语言实现asyncio.Future类和asyncio.Task类，asyncio程序的性能快了25%~30%。

▲glob模块的glob()函数和iglob()函数现在使用os.scandir()函数。快了3~6倍。

▲pathlib. Path 模块的glob()函数现在使用os.scandir()函数。快了1.5~4倍。

▲增加一个frame evaluation的C语言API，为第三方给CPython实现函数级JIT引擎提供了可能，IDE也可以用这个API实现性能更快的调试功能，见PEP 523。

▲更新Unicode数据到9.0。Unicode 9.0支持西夏文字。

Python 3.7   预计2018年6月15日发布

▲新增内置函数breakpoint()，进入（Python自带或IDE提供的）调试模式。
在环境变量设置PYTHONBREAKPOINT=0会忽略此函数。

foo()

breakpoint()  # 在执行foo()后、执行bar()前，进入调试模式

bar()

▲对Annotations延缓求值。于是Annotations可以向前引用了，见B类：

class C:
    def validate_b(self, obj: B) -> bool:

        ...

class B:

    ...

这项改动向后不兼容，需要以如下方法启用。在Python 4.0会成为默认行为。

from __future__ import annotations

▲新增dataclasses模块，见PEP 526。
Data Class可被视为：可有默认值的、元素可变的NamedTuple。
允许使用类语法：继承、元类、docstrings、定义方法，等等。

@dataclass

class Point:

    x: float       # 这里的float没有强制性，只是增加代码可读性

    y: float

    z: float = 0.0

p = Point(1.5, 2.5)

print(p)   # 输出 "Point(x=1.5, y=2.5, z=0.0)"

▲新增contextvars模块，针对异步任务提供上下文变量，见PEP 567。
decimal模块已使用此模块，在async/await代码中可以保持Context。

▲time模块新增6个可以访问纳秒的函数，如time.time_ns()、time.perf_counter_ns()等等。

▲新增-X dev选项，启用开发模式。在程序运行时进行一些开销昂贵的检测，见文档。

▲__main__中的代码会显示弃用警告（DeprecationWarning）。

▲新增UTF-8模式，见PEP 540。
在Linux/Unix系统，将忽略系统的locale，使用UTF-8作为默认编码。（还会把本进程、子进程的locale设置为UTF-8，以便C语言扩展与Python保持一致，见PEP 538）
在非Linux/Unix系统，需要使用-X utf8选项启用UTF-8模式。

▲允许模块定义__getattr__、__dir__函数，为弃用警告、延迟import子模块等提供便利，见PEP 562。

▲新的线程本地存储C语言API，见PEP 539。

▲更新Unicode数据到11.0。