本文假设读者熟悉 Python 开发,且计算机中已安装某个版本的 Python。该教程将使用 Python 3.6 版本,屏幕截图和 demo 均来自 macOS 系统。由于 PyCharm 可在所有主流平台上运行,读者在其他系统中会看到略微不同的 UI 元素,可能需要调整某些命令。微信搜索逆锋起笔
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1. PyCharm 的安装
本文将使用 PyCharm Community Edition 2019.1 版本,该版本免费且可在所有主流平台上使用。只有最后一部分「PyCharm Professional 功能」使用的是 PyCharm Professional Edition 2019.1 版本。推荐使用 JetBrains Toolbox App 安装 PyCharm。使用该 App,你可以安装不同的 JetBrains 产品或者同一产品的不同版本,并在必要的情况下更新、回滚和轻松删除任意工具。你还可以在恰当的 IDE 及版本中快速打开任意项目。Toolbox App 安装指南,参见 JetBrains 官方文档:https://www.jetbrains.com/help/pycharm/installation-guide.html#toolbox
该 App 会根据你的操作系统提供合适的安装说明。如果它无法无法准确识别系统,你可以在右上角的下拉列表中找到合适的系统。安装成功后,启动该 app 并接受用户协议。在 Tools 选项下,你可以看到一个可用产品列表。从中找到 PyCharm Community,并点击 Install。好啦,现在你的机器上已经安装 PyCharm 了。如果不想使用 Toolbox app,你可以单独安装 PyCharm。启动 PyCharm,你将看到导入设置弹窗。PyCharm 会自动检测出这是首次安装,并为你选择「Do not import settings」选项。点击 OK,之后 PyCharm 会让你选择键盘映射(keymap scheme)。保留默认设置,点击右下角的「Next: UI Themes」:PyCharm 将询问选择深色模式 Darcula 还是浅色模式。你可以选择自己喜欢的模式,并点击「Next: Launcher Script」:本教程将使用深色模式 Darcula。在下一个页面上,直接保留默认设置,并点击「Next: Featured plugins」,这时 PyCharm 将展示可用插件列表。点击「Start using PyCharm」,现在你可以写代码了!2. 编写代码
在 PyCharm 中,你可以在「项目」中执行任意操作。因此,首先你需要创建一个项目。安装和打开 PyCharm 后,你会看到欢迎页面。点击「Create New Project」,出现「New Project」弹窗:指定项目位置,打开 Project Interpreter 列表,选择创建新的项目解释器或者使用已有的解释器。选择「New environment using」,打开其右方的下拉列表,选择 Virtualenv、Pipenv 或 Conda。这些工具可以为不同项目单独创建 Python 环境,从而分别保存不同项目所需的依赖项。你可以选择其中任意一个,本教程使用的是 Virtualenv。选择后,指定环境位置,从 Python 解释器列表中选择要安装在系统中的 base interpreter。通常,保持默认设置即可。下面有两个可选框:在新环境中继承全局包环境、令当前环境可以用其它所有项目,两个都不要选。点击右下角的「Create」,创建新项目:屏幕上出现「Tip of the Day」弹窗,在每次启动时 PyCharm 通过该弹窗提供 trick。关掉该弹窗。现在我们可以开始新的 Python 程序了。如果你使用的是 Mac 系统,使用 Cmd+N 键;如果你使用的是 Windows 或 Linux 系统,使用 Alt+Ins 键。然后选择 Python File。你也可以在菜单中选择 File → New。将新文件命名为 guess_game.py 并点击 OK。你将看到如下 PyCharm 窗口:至于测试代码,我们来快速写一个简单的猜谜游戏,即程序选择一个数字让用户来猜,在每一次猜测时,程序将告诉用户他猜的数字比神秘数字大还是小,用户猜中数字时游戏结束。以下是该游戏的代码:直接键入上述代码,而不是复制粘贴。你会看到如下画面:如上图所示,PyCharm 提供 Intelligent Coding Assistance 功能,可以执行代码补全、代码检查、错误高亮显示和快速修复建议。比如键入 main 并点击 tab 键,PyCharm 会自动补全整个 main 从句。此外,如果你在条件句前忘记键入 if,在该句子最后增添.if 并点击 Tab 键,PyCharm 将修复该 if 条件句。该用法同样适用于 True.while。这即是 PyCharm 的 Postfix Completion 功能,它可以帮助用户减少退格键使用次数。3. 如何运行代码
现在你已经编码完成该游戏,可以运行了。该游戏程序有三种运行方式:-
在 Mac 系统中使用快捷键 Ctrl+Shift+R,在 Windows 或 Linux 系统中,使用快捷键 Ctrl+Shift+F10。
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右键单击背景,从菜单中选择「Run 『guess_game』」。
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由于该程序具备main__ 从句,你可以点击__main 从句左侧的绿色小箭头,选择「Run 『guess_game』」。
4. 进行代码的调试
找到神秘数字了吗?如果找到了,你可能会看到一些奇怪的东西:程序没有打印出祝贺信息和显示退出按钮,而是重新开始了。这就是 bug 所在。要想发现程序重新开始的原因,你需要 debug。首先,点击第 8 行代码左侧的空白区域,设置断点:断点即程序运行到这一行时会自动停止,你可以探索断点处之后的代码有什么错误。接下来,从以下三种方式中选择一种开始 debug:-
在 Mac 系统中使用 Ctrl+Shift+D 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Shift+Alt+F9 键。
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右键单击背景,选择「Debug 『guess_game』」。
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点击main从句左侧的绿色小箭头,选择「Debug 『guess_game』」。
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注意当前行被蓝色高亮显示。
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Debug 窗口显示 random_int 及其值。记录该数字。(上图中该数字为 85。)
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点击 F8 执行当前代码行,并执行到下一行代码。如有必要,你也可以使用 F7 跳转到当前行内的函数。随着你继续执行语句,变量的变化将自动呈现在 Debugger 窗口。
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注意 Debugger 标签右侧有一个 Console 标签。Console 标签和 Debugger 标签相互独立。你可以在 Console 中与程序进行交互,在 Debugger 中执行 debug 动作。
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转向 Console 标签,进入猜测过程。
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键入左侧 Debugger 标签中显示的数字,点击 Enter 键。
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转回 Debugger 标签。
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再次点击 F8,计算 if 语句。注意现在你在第 14 行。为什么不是第 11 行呢?因为第 10 行的 if 语句被计算为 False。那么为什么当你键入数字后它算出来为 False 了呢?
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仔细看第 10 行,注意我们在对比 user_guess 和一个错误的项。我们应该对比用户猜测的数字和 random_int,但此处我们对比的是 randint(从 random 包导入的函数)。
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将 randint 更改为 random_int,按照同样的步骤重新开始 debug。你会发现,这一次到达的是第 11 行,第 10 行算出来为 True:
5. 进行代码测试
不经单元测试的应用都不可靠。PyCharm 可以帮助你快速舒适地写单元测试并运行。默认情况下,unittest 被用作测试运行器,而 PyCharm 还支持其他测试框架,如 pytest、nose、doctest、tox 和 trial。例如,你可以按照以下步骤为项目选择 pytest 测试运行器:-
打开 Settings/Preferences → Tools → Python Integrated Tools 设置对话框。
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在默认测试运行器字段中选择 pytest。
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点击 OK 保存该设置。
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在 Mac 系统中使用 Shift+Cmd+T 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Ctrl+Shift+T。
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右键单击该类的背景,选择「Go To and Test」。
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在主菜单中吗,选择 Navigate → Test。
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在 Mac 系统中使用 Ctrl+R 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Shift+F10 键。
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右键单击背景,选择「Run 『Unittests for test_calculator.py』」。
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点击测试类名称左侧的绿色小箭头,选择「Run 『Unittests for test_calculator.py』」。
6. 编辑已有项目
单文件项目非常适合作为示例,但你通常需要处理较大的项目。这部分将介绍如何使用 PyCharm 处理较大项目。为了探索 PyCharm 以项目为中心的特征,你将使用 Alcazar web 框架(该框架用于学习目的)。在本地复制该 repo(地址:https://realpython.com/optins/view/alcazar-web-framework/)。
当你在本地已有项目时,使用以下方法中的任意一个在 PyCharm 中打开项目:-
在主菜单中点击 File → Open。
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在欢迎页面点击 Open。
7. 使用搜索和导航
在大项目中,我们很难记住每个事物的位置,因此快速导航和搜索非常重要。PyCharm 可以提供这些功能。接下来,我们使用上一节中打开的项目,实践以下快捷键:-
在当前文件中搜索代码段:在 Mac 系统中使用 Cmd+F 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Ctrl+F 键。
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在整个项目中搜索代码段:在 Mac 系统中使用 Cmd+Shift+F 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Ctrl+Shift+F 键。
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搜索类:在 Mac 系统中使用 Cmd+O 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Ctrl+N 键。
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搜索文件:在 Mac 系统中使用 Cmd+Shift+O 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Ctrl+Shift+N 键。
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如果你不知道要搜索的是文件、类还是代码段,则搜索全部:按两次 Shift 键。
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前往变量的声明:在 Mac 系统中使用 Cmd 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Ctrl 键,然后单击变量。
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寻找类、方法或文件的用法:使用 Alt+F7 键。
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查看近期更改:使用 Shift+Alt+C 键,或者在主菜单中点击 View → Recent Changes。
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查看近期文件:在 Mac 系统中使用 Cmd+E 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Ctrl+E 键,或者在主菜单中点击 View → Recent Files。
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多次跳转后在导航历史中前进和后退:在 Mac 系统中使用 Cmd+[ / Cmd+] 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Ctrl+Alt+Left / Ctrl+Alt+Right 键。
更多细节,参见官方文档:https://www.jetbrains.com/help/pycharm/tutorial-exploring-navigation-and-search.html
PyCharm 中的版本控制版本控制系统(如 Git 和 Mercurial)是现代软件开发世界中最重要的工具之一。因此,IDE 必须支持版本控制。PyCharm 在这方面做得很好,它集成了大量流行的版本控制系统,如 Git(和 Github (https://github.com/))、Mercurial、Perforce 和 Subversion。注:以下示例中使用的版本控制系统为 Git。8. 配置版本控制系统(VCS)
要想实现 VCS 集成,你需要在顶部菜单点击 VCS → VCS Operations Popup…,或者在 Mac 系统中使用 Ctrl+V 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Alt+` 键。选择 Enable Version Control Integration…,你将看到以下窗口:从下拉列表中选择 Git,点击 OK,这样你就为项目设置好了 VCS。(注意,如果你打开的已有项目已经具备版本控制系统,PyCharm 将会发现并自动使用该版本控制系统。)这时如果你前往 VCS Operations Popup…,你会发现一个不同的弹窗,它具备选项 git add、git stash、git branch、git commit、git push 等等:如果你找不到所需要的选项,你可以在顶部菜单中点击 VCS,选择 Git,在这里你可以创建和查看 pull request。提交和冲突处理
这是 PyCharm 中 VCS 集成的两大特征,我个人经常使用并且非常喜欢。假如你完成了工作,打算提交,前往 VCS → VCS Operations Popup… → Commit…,或者在 Mac 系统中使用 Cmd+K 键,在 Windows 或 Linux 系统中使用 Ctrl+K 键。你将看到如下窗口:在该窗口中,你可以:-
选择要提交的文件
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写下提交信息
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在提交前执行各项检查
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查看更改
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点击右下角 Commit 按钮旁边的箭头,选择 Commit and Push…,从而一次性完成提交和 push。
使用 PyCharm 中的 VCS 集成还可以执行很多操作。详情参见 https://www.jetbrains.com/help/pycharm/version-control-integration.html
9. 使用插件和外部工具
在 PyCharm 中你可以找到开发所需的几乎所有功能。如果没找到,那么很可能存在一个插件,向 PyCharm 提供你需要的功能。例如,它们可以:-
添加多语言和多框架支持
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使用快捷键提示(shortcut hint)、文件监视器(file watcher)等提升你的生产效率
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利用代码练习,帮助你学习新的编程语言
10. PyCharm Professional 功能
PyCharm Professional 是 PyCharm 的付费版本,具备更多开箱即用的功能和集成。这部分将概览其主要功能,以及官方文档链接(其中详细介绍了每一项功能)。记住,以下功能在 PyCharm Community 版本中均不可用。Django 支持Django 是最流行和最受喜爱的 Python web 框架,PyCharm 对 Django 提供广泛的支持。要确保对 Django 的支持,需要执行以下步骤:-
在 Mac 系统中打开 Preferences,在 Windows 或 Linux 系统中打开 Settings。
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选择 Languages and Frameworks。
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选择 Django。
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检查复选框 Enable Django support。
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应用更改。
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语法和错误高亮显示
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代码补全
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导航
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block 名称补全
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自定义标签和过滤器补全
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标签和过滤器的快速文档
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模板 debug 能力
更多细节,参见官方文档:https://www.jetbrains.com/help/pycharm/django-support7.html
11. 数据库支持
现代数据库开发是一个复杂的任务,需要多个支持系统和工作流。这也是 JetBrains 开发独立 IDE DataGrip 的原因。DataGrip 是独立于 PyCharm 的产品,二者的应用场景和授权都不相同。但幸运的是,通过 Database tools and SQL 插件(该插件默认开启),PyCharm 可以支持 DataGrip 中的所有特性。在该插件的帮助下,你可以查询、创建和管理数据库,不管数据库在本地、服务器,还是在云端。该插件支持 MySQL、PostgreSQL、Microsoft SQL Server、SQLite、MariaDB、Oracle、Apache Cassandra 等。关于该插件的更多用途,请查看文档:https://www.jetbrains.com/help/pycharm/relational-databases.html
程并发可视化(Thread Concurrency Visualization)Django Channels、asyncio 和近期框架(如 Starlette (https://www.starlette.io/))表明异步 Python 编程正逐渐成为趋势。异步编程具备很多好处,但很难写,也很难 debug。在此类案例中,Thread Concurrency Visualization 就是医生,帮助你全面管理多线程应用并进行优化。
更多细节,参见文档:https://www.jetbrains.com/help/pycharm/thread-concurrency-visualization.html
12. Profiler 性能分析
说到优化,profiling 是另一种代码优化方法。profiling 可以帮助你查看代码的哪一部分占用了最多的执行时间。profiler 运行的优先级如下:-
vmprof
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yappi
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cProfil
如果你没有安装 vmprof 或 yappi,则运行标准 cProfile。更多细节,参见:https://www.jetbrains.com/help/pycharm/profiler.html
13. 科学模式
Python 不仅是通用和 web 编程语言,由于 NumPy、SciPy、scikit-learn、Matplotlib、Jupyter 等库和工具的加持,Python 成为数据科学和机器学习领域的最优工具。有了这些强大工具,你还需要一个强大的 IDE 来支持这些库所具备的绘图、分析等所有功能。关于科学模式的更多详情,参见 https://www.jetbrains.com/help/pycharm/matplotlib-support.html
14. 远程开发
很多应用出现 bug 的一个常见原因是,开发环境和生产环境不同。尽管在大多数情况下,开发时完美复制生产环境并不现实,但力求实现完美复刻是值得追寻的目标。在 PyCharm 的帮助下,你可以使用另一台计算机(如 Linux VM)上的解释器对应用进行 debug。这样,你就可以拥有与生产环境一样的解释器了,从而避免很多因开发环境和生产环境差异导致的 bug。详情参见:https://www.jetbrains.com/help/pycharm/remote-debugging-with-product.html
15. 写在最后
PyCharm 是最好的 Python 开发 IDE 之一。它提供大量优势,帮助执行例行任务,从而节约大量时间。学完本教程,现在你知道如何利用 PyCharm 提高生产效率了吗?
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