PYTHON A FONDO. Domine el lenguaje del Presente y del Futuro

CAPÍTULO 1
INTRODUCCIÓN AL LENGUAJE PYTHON……………………………………….. 1
1 Introducción…………………………………………………………………………………. 2
1.1 Evolución de las versiones de Python…………………………………… 2
1.2 Características principales de los lenguajes de programación…. 4
1.2.1 Generaciones y niveles de abstracción
de los lenguajes de programación……………………………… 4
1.2.2 Paradigmas……………………………………………………………….. 5
1.2.3 Clasificación de lenguajes según su tipado………………… 7
1.2.4 Características de Python………………………………………….. 7
1.3 Ámbitos de uso de Python……………………………………………………. 10
1.3.1 Programación a nivel de sistema operativo……………….. 10
1.3.2 Aplicaciones con interfaz de usuario…………………………. 10
1.3.3 Aplicaciones web e interacción con servicios web……….. 11
1.3.4 Interacción con servicios de Internet………………………… 12
1.3.5 Gestión de contenido………………………………………………… 13
1.3.6 Aplicaciones científicas y manejo de datos………………… 13
1.3.7 Inteligencia artificial y Python………………………………….. 15
1.4 Python Enhancement Proposals (PEP)…………………………………. 16
1.4.1 Proceso de creación de un PEP………………………………….. 17
1.5 PEP-8: Guía de estilos…………………………………………………………… 18
1.5.1 Indentación………………………………………………………………. 19
1.5.2 Longitud de líneas…………………………………………………….. 19
1.5.3 Espacios, saltos de línea y líneas en blanco……………….. 20
1.5.4 Otros consejos generales…………………………………………… 20
1.5.5 Comentarios y documentación de código………………….. 21
1.5.6 Convención de nombres……………………………………………. 22
1.5.7 Herramientas para cumplir con la PEP-8…………………… 24
1.6 PEP-20: Zen de Python…………………………………………………………. 24
1.7 Compañías que usan productos creados en Python………………. 26
1.8 Posición de Python entre los lenguajes de programación……… 28
1.9 Python 2 vs Python 3…………………………………………………………… 30
1.9.1 str, bytes y Unicode……………………………………………. 30
1.9.2 Comparaciones de tipos no ordenables……………………… 31
1.9.3 Operaciones numéricas diferentes…………………………….. 31
1.9.4 Iteradores por defecto……………………………………………….. 32
1.9.5 Función print…………………………………………………………. 32
1.9.6 Migrar de Python 2 a Python 3………………………………….. 33
1.10 Instalación de Python en diferentes sistemas operativos……… 35
1.10.1 Instalación en Linux…………………………………………………. 35
1.10.2 Instalación en Windows……………………………………………. 37
1.10.3 Instalación en Mac OS X……………………………………………. 38
1.11 Distribuciones de Python…………………………………………………….. 39
1.11.1 Anaconda………………………………………………………………….. 40
1.11.2 WinPython……………………………………………………………….. 41
1.11.3 Enthought Canopy……………………………………………………. 42
1.11.4 ActivePython…………………………………………………………….. 43
1.12 Instalación de librerías y módulos en Python……………………….. 43
1.13 Manejo de entornos virtuales……………………………………………….. 46
1.14 Intérpretes interactivos (REPL)…………………………………………….. 47
1.14.1 Python………………………………………………………………………. 48
1.14.2 IPython…………………………………………………………………….. 48
1.14.3 bpython…………………………………………………………………….. 49
1.14.4 ptpython…………………………………………………………………… 49
1.14.5 Intérpretes online……………………………………………………… 50
1.15 El intérprete de Python………………………………………………………… 50
1.15.1 Estructura del intérprete de Python………………………….. 51
1.16 Implementaciones de Python………………………………………………. 52
1.16.1 CPython……………………………………………………………………. 53
1.16.2 Jython……………………………………………………………………….. 53
1.16.3 PyPy………………………………………………………………………….. 53
1.16.4 IronPython……………………………………………………………….. 54
1.17 Desarrollar programas en Python (IDE)………………………………… 54
1.17.1 Entornos de desarrollo open source………………………….. 55
1.17.2 Entornos de desarrollo de código cerrado………………….. 64
1.17.3 Comentario general sobre IDE…………………………………… 67
1.18 Primeros programas en Python…………………………………………….. 67
1.18.1 Ejecutar programas en el REPL de Python…………………. 67
1.18.2 Usar Jupyter Notebook………………………………………………. 68
1.18.3 Primeros programas ejecutados desde ficheros………….. 71
CAPÍTULO 2
VARIABLES Y TIPOS DE DATOS……………………………………………………….. 75
1 Introducción a los tipos de datos………………………………………………….. 75
2 Literales, variables y datos en Python…………………………………………… 77
2.1 Literales……………………………………………………………………………….. 78
2.2 Variables e identificadores……………………………………………………. 79
2.3 Gestión de memoria en Python……………………………………………. 83
2.4 Mutabilidad de variables………………………………………………………. 85
3 Tipos booleanos……………………………………………………………………………. 86
3.1 Operaciones con booleanos………………………………………………….. 87
3.2 Cortocircuito lógico……………………………………………………………… 87
4 Comparaciones…………………………………………………………………………….. 88
5 Tipos numéricos…………………………………………………………………………… 89
5.1 Operaciones numéricas básicas……………………………………………. 89
5.2 Enteros………………………………………………………………………………… 90
5.3 Operaciones a nivel de bits con enteros……………………………….. 95
5.4 Números de coma flotante…………………………………………………… 95
5.5 Números complejos……………………………………………………………… 99
5.6 Utilizar distintos tipos numéricos………………………………………… 101
6 Secuencias……………………………………………………………………………………. 101
6.1 Listas……………………………………………………………………………………. 102
6.2 Tuplas…………………………………………………………………………………… 107
6.3 Rangos…………………………………………………………………………………. 109
6.4 Selección de subsecuencias basadas en índices (slices)………… 113
6.5 Operaciones predefinidas para secuencias……………………………. 114
7 Secuencias de caracteres………………………………………………………………. 115
7.1 Construir cadenas de caracteres…………………………………………… 120
7.2 Convertir caracteres a números y viceversa………………………….. 121
7.3 Operaciones de búsqueda de caracteres y conteo…………………… 122
7.4 Operaciones relacionadas con el tamaño de letra…………………… 123
7.5 Operaciones de identificación de cadenas……………………………… 125
7.6 Operaciones relacionadas con la codificación…………………………. 131
7.7 Traducciones, reemplazos y mapeos……………………………………… 133
7.8 Funciones de manipulación de cadenas: limpiado,
división y unión de cadenas…………………………………………………. 135
7.9 Funciones de justificado y alineación de cadenas
de caracteres………………………………………………………………………… 139
7.10 Formatear cadenas de caracteres………………………………………….. 141
7.11 Diferentes subtipos de cadenas…………………………………………….. 144
7.12 Cadenas f-string en profundidad………………………………………….. 146
7.13 Introducción al minilenguaje de formateado de strings………… 149
7.14 Función para imprimir caracteres (print)………………………….. 153
8 Secuencias binarias………………………………………………………………………. 155
8.1 Qué son los datos binarios……………………………………………………. 155
8.2 Tipos bytes y bytearray…………………………………………………. 156
8.3 Operaciones con bytes y bytearray……………………………………….. 159
8.4 Cadenas de literales de bytes (byte literals)……………………….. 161
9 Conjuntos (set y frozenset)……………………………………………………. 163
9.1 Funciones de actualización de conjuntos……………………………… 164
9.2 Funciones para operar conjuntos………………………………………….. 166
9.3 Operaciones condicionales para conjuntos…………………………… 167
10 Mapas (diccionarios)…………………………………………………………………….. 168
10.1 Explorar valores de diccionarios…………………………………………… 172
10.2 Actualizar valores en diccionarios………………………………………… 174
10.3 Objetos de tipo vista en diccionarios (view objects)……………… 177
11 Iterables e iteradores…………………………………………………………………….. 179
11.1 Operadores para trabajar con iterables…………………………………. 182
12 Expresiones generadoras………………………………………………………………. 188
12.1 Inicializar tipos por comprensión…………………………………………. 190
12.2 Inicializar objetos con expresiones generadoras…………………… 194
CAPÍTULO 3
FUNDAMENTOS DEL LENGUAJE……………………………………………………… 195
1 Asignaciones simples y múltiples…………………………………………………. 195
1.1 Asignaciones simples…………………………………………………………… 196
1.2 Asignaciones de múltiples variables……………………………………… 196
1.3 Asignaciones múltiples………………………………………………………… 198
1.4 Asignaciones slicing con *……………………………………………………. 199
2 Control de flujo de ejecución………………………………………………………… 200
2.1 Control de flujo condicional con las sentencias
if, elif y else………………………………………………………………….. 201
2.2 Implementaciones de switch case en Python……………………….. 201
2.3 Sentencia if ternaria…………………………………………………………….. 202
3 Flujo de ejecución con bucles……………………………………………………….. 202
3.1 Analizando bucles while…………………………………………………….. 202
3.2 Usar bucles con sentencia for…………………………………………….. 204
3.3 Control de flujo dentro de bucles: break y continue………… 207
4 Operador walrus para asignar……………………………………………………….. 208
5 Funciones en Python…………………………………………………………………….. 209
5.1 Ejemplo de modularización de código…………………………………… 212
5.2 Parámetros y argumentos en funciones………………………………… 213
5.3 Uso de args y kwargs……………………………………………………….. 217
5.4 Anotaciones y tipado en las funciones…………………………………. 219
5.5 Funciones recursivas……………………………………………………………. 221
5.6 Funciones anónimas: expresiones lambda……………………………. 226
5.7 Funciones de orden superior………………………………………………… 229
5.8 Funciones dentro de funciones…………………………………………….. 230
5.9 Espacio de nombres y contextos…………………………………………… 232
5.10 Memoización……………………………………………………………………….. 235
5.11 Decoradores…………………………………………………………………………. 236
5.12 Documentación de funciones……………………………………………….. 240
5.13 Funciones generadoras…………………………………………………………. 241
5.14 Corrutinas……………………………………………………………………………. 242
5.15 Funciones asíncronas…………………………………………………………… 248
6 Excepciones………………………………………………………………………………….. 251
6.1 Controlar el flujo de ejecución con excepciones…………………… 252
6.2 Utilizar las trazas de error…………………………………………………….. 253
6.3 Excepciones conocidas…………………………………………………………. 255
6.4 Elevar excepciones de forma manual……………………………………. 267
6.5 Definición de excepciones propias……………………………………….. 268
CAPÍTULO 4
PROGRAMACIÓN ORIENTADA A OBJETOS…………………………………….. 271
1 Definición de clase……………………………………………………………………….. 272
2 Atributos………………………………………………………………………………………. 272
2.1 Inicializar clases…………………………………………………………………… 273
2.2 Operar con los atributos……………………………………………………….. 274
2.3 Atributos de clases……………………………………………………………….. 275
3 Nombres y privacidad en clases…………………………………………………….. 278
4 Construcción de clases personalizadas………………………………………….. 280
5 Propiedades en clases…………………………………………………………………… 281
6 Métodos……………………………………………………………………………………….. 287
6.1 Métodos de instancia…………………………………………………………… 287
6.2 Métodos de clase………………………………………………………………….. 288
6.3 Métodos estáticos………………………………………………………………… 290
7 Métodos mágicos………………………………………………………………………….. 291
7.1 Métodos para usar operaciones matemáticas……………………….. 295
7.2 Emular contenedores……………………………………………………………. 300
7.3 Personalizar el acceso a los atributos……………………………………. 305
7.4 Información sobre funciones definidas por el usuario………….. 308
8 Controlar el espacio de atributos con slots………………………………… 311
9 Duck typing o polimorfismo…………………………………………………………. 312
10 namedtuple……………………………………………………………………………….. 314
11 dataclasses……………………………………………………………………………… 317
12 Herencia………………………………………………………………………………………. 321
12.1 Herencia simple y el uso de super………………………………………… 324
12.2 Herencia múltiple………………………………………………………………… 327
12.3 Clases Mixin………………………………………………………………………… 333
13 Metaclases y type……………………………………………………………………….. 336
13.1 Creación de metaclases propias……………………………………………. 339
14 Entonces, ¿cuándo se deben usar clases?………………………………………. 341
CAPÍTULO 5
ESTRUCTURA DE CÓDIGO EN PYTHON…………………………………………. 343
1 Diferentes componentes de un módulo………………………………………… 344
2 Estructura básica de los paquetes………………………………………………….. 345
2.1 Importación de código Python……………………………………………… 346
2.2 Potenciales problemas de usar import *……………………………….. 349
2.3 Evitar problemas al importar con importaciones cíclicas………. 351
2.4 Importar contenido en __init__.py………………………………… 355
3 Repositorios de paquetes……………………………………………………………… 357
3.1 Estructura de un paquete de Python…………………………………….. 357
4 Paquetes disponibles en la librería estándar…………………………………. 358
CAPÍTULO 6
PERSISTENCIA DE DATOS EN FICHEROS………………………………………… 379
1 Ficheros de texto plano………………………………………………………………… 379
1.1 Trabajar con ficheros sin estructura……………………………………… 380
1.2 Trabajar con ficheros de anchura definida…………………………….. 388
1.3 Trabajar con ficheros en formato CSV y TSV………………………….. 392
1.4 XML……………………………………………………………………………………… 400
1.5 HTML…………………………………………………………………………………… 405
1.6 JSON…………………………………………………………………………………….. 415
1.7 YAML…………………………………………………………………………………… 422
1.8 Librerías con todo incluido – tablib y pandas………………….. 424
2 Ficheros binarios………………………………………………………………………….. 427
2.1 Serialización de objetos Python – pickle……………………………. 428
2.2 Persistiendo diccionarios – shelve……………………………………… 431
3 Compresión y archivación de ficheros………………………………………….. 433
3.1 Comprimir ficheros en archivos ZIP – zipfile……………………… 434
3.2 Archivación y compresión de ficheros – tarfile………………….. 438
CAPÍTULO 7
PERSISTENCIA EN BASES DE DATOS………………………………………………. 443
1 Interfaz para trabajar con bases de datos DB-API………………………….. 444
1.1 Funciones básicas para todos los conectores………………………… 444
1.2 Capa de abstracción de bases de datos en Python
– pydal……………………………………………………………………………….. 446
1.3 Librería para consultas SQL en crudo – records…………………. 449
2 Bases de datos relacionales o SQL…………………………………………………. 451
2.1 Conceptos básicos de las bases de datos relacionales……………. 453
2.2 Sentencias básicas en SQL……………………………………………………. 455
2.3 SQLite y Python……………………………………………………………………. 458
2.4 Diferentes bases de datos profesionales……………………………….. 464
3 Mapeo de objetos relacionales – ORM…………………………………………… 470
3.1 SQLAlchemy ORM……………………………………………………………….. 471
3.2 Peewee ORM………………………………………………………………………… 473
3.3 Pony ORM……………………………………………………………………………. 475
3.4 Django models……………………………………………………………………… 475
3.5 ORM asíncrono GINO…………………………………………………………… 477
4 Bases de datos NoSQL…………………………………………………………………… 477
4.1 Bases de datos clave-valor…………………………………………………….. 478
4.2 Bases de datos orientadas a documentos………………………………. 478
4.3 Bases de datos en tiempo real………………………………………………. 480
4.4 Bases de datos para series temporales………………………………….. 480
4.5 Bases de datos orientadas a grafos de datos………………………….. 481
4.6 Bases de datos columnares…………………………………………………… 483
4.7 Bases de datos para búsquedas de texto – Full-text
databases……………………………………………………………………………… 484
5 Sistemas de clave-valor y cachés en Python – dbm, Memcached
y Redis………………………………………………………………………………………….. 485
5.1 Usar dbm en Python…………………………………………………………….. 486
5.2 Memcached en Python…………………………………………………………. 488
5.3 Usar Redis como base de datos y caché en Python……………….. 490
6 Bases de datos en la nube……………………………………………………………… 494
6.1 Servicios de bases de datos en la nube………………………………….. 494
CAPÍTULO 8
PARALELISMO Y CONCURRENCIA…………………………………………………. 499
1 Procesos en Python………………………………………………………………………. 503
1.1 Lanzar procesos externos – subprocess…………………………….. 503
1.2 Múltiples procesos en Python – multiprocessing…………… 507
2 Hilos en Python……………………………………………………………………………. 515
2.1 GIL en CPython……………………………………………………………………. 516
2.2 Hilos en Python – threading…………………………………………….. 517
3 Ejecuciones de hilos y de procesos – concurrent futures……………….. 524
4 Asincronía de entrada/salida – Asynchronous I/O………………………… 526
4.1 AsyncIO en Python………………………………………………………………. 527
CAPÍTULO 9
INTERFACES DE USUARIO………………………………………………………………. 537
1 Interfaz con consola de comandos en Python – CUI……………………… 538
1.1 input y print – E/S estándar……………………………………………. 538
1.2 CLI estándar – argsparse………………………………………………….. 539
1.3 Interfaces de usuario basadas en texto…………………………………. 542
2 Interfaces gráficas de usuario – GUI………………………………………………. 545
3 Tkinter a fondo…………………………………………………………………………….. 547
3.1 Componentes principales de una aplicación tkinter………… 548
3.2 Componentes disponibles……………………………………………………. 549
3.3 Disposición y propiedades de elementos en tkinter…………. 550
3.4 Manejo de eventos en tkinter………………………………………….. 551
3.5 Organización de la aplicación……………………………………………….. 552
4 Ejemplos de aplicaciones creadas con tkinter…………………………… 556
4.1 Calculadora de porcentajes creada con tkinter…………………… 556
4.2 Analizador de ficheros de texto creado con tkinter…………… 561
CAPÍTULO 10
SERVICIOS DE RED Y APLICACIONES WEB…………………………………….. 569
1 Protocolos de Internet y Python……………………………………………………. 569
1.1 Transferencia de hipertexto – HTTP y HTTPS………………………… 571
1.2 Transmisión de ficheros – FTP……………………………………………… 574
1.3 Conexiones entre servidores – Telnet…………………………………… 578
1.4 Conexiones seguras entre servidores – SSH y SFTP………………. 581
1.5 Correo electrónico – SMTP…………………………………………………… 585
2 Desarrollo web……………………………………………………………………………… 591
2.1 Participantes en la web………………………………………………………… 591
2.2 Trabajando con protocolo HTTP (request-response)…………….. 593
2.3 Estructura de las aplicaciones web en Python………………………. 597
2.4 Servidor simple utilizando http.server…………………………… 600
2.5 Frameworks web en Python…………………………………………………. 601
3 Desarrollando un blog con Django………………………………………………… 605
3.1 Planteamiento de la aplicación a realizar……………………………… 605
3.2 Primeros pasos con Django…………………………………………………… 607
3.3 Primera aplicación con Django……………………………………………… 609
3.4 Modelos con Django…………………………………………………………….. 611
3.5 Panel de administración de Django………………………………………. 616
3.6 Añadiendo contenido por defecto………………………………………… 620
3.7 Desarrollando la lógica de la aplicación………………………………… 623
3.8 Renderizado basado en plantillas…………………………………………. 624
ANEXO A
TESTEO Y COBERTURA DE APLICACIONES EN PYTHON……………….. 627