తమ మొదటి Python ట్యుటోరియల్ను ప్రారంభించే చాలా మంది నేరుగా వేరియబుల్స్ (variables), లూప్స్ (loops) మరియు ఏదైనా ఉపయోగకరమైన దానిని నిర్మించడం వైపు వెళ్లాలని అనుకుంటారు. ఆ కోరిక అర్థం చేసుకోదగినదే. కానీ Python అసలు ఏమిటి మరియు అది దాని కింద ఉన్న మెషీన్తో ఎలా సంబంధం కలిగి ఉందో అర్థం చేసుకోవడానికి మీరు కొంచెం సమయం కేటాయిస్తే, భవిష్యత్తులో మీ కోడ్ను తక్కువ గందరగోళంతో డీబగ్ (debug) చేయగలరు. ప్రోగ్రామింగ్ భాషలన్నీ ఒకేలా ఉండవు. అవి వేర్వేరు అబ్స్ట్రాక్షన్ (abstraction) స్థాయిలలో ఉంటాయి, సౌలభ్యం కోసం నియంత్రణను (control) వేర్వేరు పద్ధతుల్లో వదులుకుంటాయి మరియు వేర్వేరు మార్గాల ద్వారా ప్రాసెసర్ను చేరుకుంటాయి. ఆ ఎకోసిస్టమ్లో Python ఒక ప్రత్యేకమైన స్థానంలో ఉంటుంది. ఆ స్థానాన్ని అర్థం చేసుకోవడమే ప్రోగ్రామింగ్ నేర్చుకోవడానికి మొదటి నిజమైన అడుగు.
భాషా క్రమానుగత శ్రేణి (Language Hierarchy): Python ఎక్కడ ఉంటుంది
హార్డ్వేర్కు వాటి సామీప్యత ఆధారంగా ప్రోగ్రామింగ్ భాషలు ప్రధానంగా మూడు వర్గాలుగా విభజించబడ్డాయి.
హై-లెవల్ లాంగ్వేజెస్ (High-level languages) సిలికాన్ నుండి అత్యంత దూరంగా ఉంటాయి. Python ఇక్కడే, Java మరియు JavaScript లతో కలిసి ఉంటుంది. ఈ భాషలు మానవ భాషను పోలి ఉండే సింటాక్స్ (syntax)ను ఉపయోగిస్తాయి. మీరు మెమరీ అడ్రస్లు మరియు బైనరీ సూచనలతో పోరాడటానికి బదులుగా user_count = 5 లేదా print("Hello") అని రాస్తారు. ఇవి CPU, మెమరీ మేనేజ్మెంట్ మరియు చిప్సెట్ తేడాల వివరాలను అబ్స్ట్రాక్ట్ (abstract) చేయడం వల్ల, అదే హై-లెవల్ కోడ్ స్వల్ప మార్పులతో లేదా మార్పులు లేకుండానే Mac, Windows PC లేదా Linux సర్వర్పై నడుస్తుంది.
ఆ పోర్టబిలిటీ (portability) ఒక మూల్యం చెల్లించి వస్తుంది. హై-లెవల్ భాషలకు ఒక ట్రాన్స్లేటర్ (translator) అవసరం. అవి ప్రాసెసర్పై నేరుగా నడవలేవు. మీ చదవగలిగే కోడ్ మరియు మెషీన్ యొక్క ఎలక్ట్రికల్ సిగ్నల్స్ మధ్య ఉన్న అంతరాన్ని పూరించడానికి మీకు కంపైలర్ (compiler) లేదా ఇంటర్ప్రెటర్ (interpreter) అవసరం. దీని వల్ల కలిగే ప్రయోజనం డెవలప్మెంట్ వేగం. మీరు మొదటి రోజే ఉపయోగకరమైన ప్రోగ్రామ్లను వ్రాయడానికి నేరుగా హార్డ్వేర్ నియంత్రణను వదులుకుంటారు.
లో-లెవల్ లాంగ్వేజెస్ (Low-level languages) పూర్తి వ్యతిరేక స్థితిలో ఉంటాయి. ఇవి ప్రాథమికంగా మెషీన్ కోడ్ — అంటే ప్రాసెసర్ నేరుగా అర్థం చేసుకునే సున్నాలు మరియు ఒకటిల (ones and zeros) క్రమాలు. మెషీన్ కోడ్ రాయడం అంటే చిప్లాగే ఆలోచించడం. ఏ మెమరీ అడ్రస్ యాక్సెస్ చేయబడాలి మరియు ఏ CPU రిజిస్టర్ ఒక నిర్దిష్ట విలువను కలిగి ఉండాలి అనేది మీరు నిర్ణయిస్తారు. హార్డ్వేర్ ఎటువంటి ట్రాన్స్లేషన్ ఓవర్హెడ్ లేకుండా తక్షణమే స్పందిస్తుంది.
దీని వల్ల కలిగే నష్టం తీవ్రమైన సంక్లిష్టత. ఒక సాధారణ సంకలనం (addition) కోసం కూడా అనేక రిజిస్టర్లను మాన్యువల్గా నిర్వహించాల్సి రావచ్చు. ఒక తప్పు బిట్ (bit) వల్ల ఎటువంటి ఉపయోగకరమైన ఎర్రర్ మెసేజ్ లేకుండా మొత్తం సిస్టమ్ క్రాష్ కావచ్చు. స్వచ్ఛమైన మెషీన్ కోడ్ను ఇప్పుడు దాదాపు ఎవరూ స్వయంగా రాయరు, కానీ ప్రతి ప్రోగ్రామ్ అర్థం చేసుకోవాల్సిన చివరి భాష ఇదే.
అసెంబ్లీ లాంగ్వేజెస్ (Assembly languages) మధ్యస్థంగా ఉంటాయి. ఇవి బైనరీ సూచనల స్థానంలో 'మెమోనిక్స్' (mnemonics) అని పిలిచే చిన్న మానవ-చదవగలిగే చిహ్నాలను ఉపయోగిస్తాయి. సున్నాలు మరియు ఒకటిల వరుసకు బదులుగా, డేటాను తరలించడానికి MOV లేదా సంకలనం చేయడానికి ADD అని మీరు వ్రాయవచ్చు. ఈ చిహ్నాలు ముడి బైనరీ కంటే గుర్తుంచుకోవడం సులభం, కానీ అవి ఒక నిర్దిష్ట ప్రాసెసర్ ఆర్కిటెక్చర్కు బలంగా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి. Intel x86 చిప్ కోసం వ్రాసిన అసెంబ్లీ ప్రోగ్రామ్ ARM ప్రాసెసర్పై నడవదు.
ఒక అసెంబ్లర్ (assembler) ఈ మెమోనిక్స్ను మెషీన్ కోడ్గా మారుస్తుంది. అసెంబ్లీ ప్రోగ్రామర్లకు Python కంటే చాలా ఎక్కువ నియంత్రణను ఇస్తుంది, కానీ దీనికి ప్రాసెసర్ యొక్క అంతర్గత పనితీరుపై లోతైన అవగాహన అవసరం. ఇది బైనరీ కంటే మానవ ఆలోచనకు దగ్గరగా ఉంటుంది, అయినప్పటికీ ప్రాసెసర్ యొక్క స్వంత భాషలోనే మాట్లాడుతుంది.
కోడ్ ఎలా పనిగా మారుతుంది
ప్రతి ప్రోగ్రామ్ చివరికి మెషీన్ సూచనలుగా మారాలి. సోర్స్ కోడ్ నుండి రన్ అయ్యే అప్లికేషన్ వరకు ఉన్న మార్గం రెండు వ్యూహాలలో ఒకదానిని అనుసరిస్తుంది.
ఒక కంపైలర్ (compiler) మీ మొత్తం కోడ్బేస్ను ఒకేసారి అనువదిస్తుంది. మీరు వంద లైన్ల ఫైల్ను ఇస్తే, అది దేనినీ రన్ చేయడానికి ప్రయత్నించే ముందు వంద లైన్లను చదివి విశ్లేషిస్తుంది. ఇది మొత్తం ప్రోగ్రామ్లో సింటాక్స్ లోపాలను వెతుకుతుంది. యాభైవవ లైన్లో టైపో (typo) దొరికితే? కంపైలర్ ఆగిపోతుంది, సమస్యను తెలియజేస్తుంది మరియు మీరు దానిని సరిచేసే వరకు రన్ చేయగల ప్రోగ్రామ్ను రూపొందించడానికి నిరాకరిస్తుంది.
C మరియు C++ వంటి భాషలు ఈ విధానాన్ని ఉపయోగిస్తాయి. దీని ఫలితం సాధారణంగా వేగం కోసం ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన ఒక స్టాండ్అలోన్ ఎగ్జిక్యూటబుల్ (executable) ఫైల్. కంపైలర్ ముందుగానే మొత్తం కోడ్బేస్ను క్షుణ్ణంగా పరిశీలించడం వల్ల, ప్రోగ్రామ్ ప్రారంభం కావడానికి ముందే అనేక రకాల లోపాలను గుర్తిస్తుంది. అయితే దీని వల్ల కలిగే ఇబ్బంది ఏమిటంటే, ఎడిట్-కంపైల్-రన్ (edit-compile-run) చక్రానికి సమయం పడుతుంది. ఒకే ఒక లైన్ మార్చినా, మొత్తం ప్రాజెక్ట్ రీబిల్డ్ అయ్యే వరకు మీరు వేచి ఉండాల్సి రావచ్చు.
ఒక ఇంటర్ప్రెటర్ (interpreter) ప్రాథమికంగా భిన్నమైన విధానాన్ని అనుసరిస్తుంది. ఇది మీ కోడ్ను లైన్ బై లైన్ చదువుతుంది, ప్రతి స్టేట్మెంట్ను అనువదిస్తూ మరియు అమలు చేస్తూ వెళ్తుంది. ఇది మొత్తం ఫైల్ తనిఖీ పూర్తయ్యే వరకు వేచి ఉండదు. మీరు Python REPL లో ఒక కమాండ్ను టైప్ చేసి, Enter నొక్కితే, ఇంటర్ప్రెటర్ ఆ ఒక్క లైన్ను ప్రాసెస్ చేసి, దానిని సూచనలుగా మార్చి, వెంటనే అమలు చేస్తుంది.
ఇది డీబగ్గింగ్ విధానాన్ని మారుస్తుంది. ఇంటర్ప్రెటర్ ద్వారా, లోపాలు (errors) ఇంటర్ప్రెటర్ ఆ సమస్య ఉన్న లైన్కు చేరుకున్నప్పుడు మాత్రమే బయటపడతాయి, అంతకంటే ముందే కాదు. మీ ప్రోగ్రామ్ ఎనభై లైన్ల వరకు ఖచ్చితంగా నడిచి, ఎనభై ఒక్కవ లైన్ వద్ద క్రాష్ కావచ్చు. ఆ తక్షణ స్పందన ఇంటర్ప్రెటర్లను నేర్చుకోవడానికి మరింత సులభతరం చేస్తుంది. మీరు ప్రయోగాలు చేయవచ్చు, ఫలితాలను చూడవచ్చు మరియు రియల్ టైమ్లో మార్పులు చేయవచ్చు. Python యొక్క ప్రామాణిక ఇంప్లిమెంటేషన్, CPython, నిజానికి ఒక హైబ్రిడ్ మోడల్ను ఉపయోగిస్తుంది: ఇది మీ సోర్స్ కోడ్ను బైట్కోడ్గా (bytecode) కంపైల్ చేస్తుంది, ఆపై వర్చువల్ మెషీన్ ద్వారా ఆ బైట్కోడ్ను ఎగ్జిక్యూట్ చేస్తుంది. లోపల ట్రాన్స్లేషన్ ప్రక్రియ ఉన్నప్పటికీ, ఇది ఇంటరాక్టివ్గా మరియు లైన్-బై-లైన్గా అనిపిస్తుంది.
Python ను స్క్రిప్టింగ్ లాంగ్వేజ్ అని ఎందుకు అంటారు
Python తరచుగా ఒక స్క్రిప్టింగ్ లాంగ్వేజ్ అని వర్ణించబడుతుంది. ఈ పేరు దాని మూలాలను మరియు సాధారణ వినియోగ సందర్భాలను ప్రతిబింబిస్తుంది. మీరు ఒక చిన్న ఫైల్ను — ఒక స్క్రిప్ట్ను — రాస్తారు, ఇది ఒక పనిని ఆటోమేట్ చేస్తుంది, టెక్స్ట్ను మారుస్తుంది లేదా వేర్వేరు ప్రోగ్రామ్లను అనుసంధానిస్తుంది, మరియు మీరు దానిని నేరుగా రన్ చేయవచ్చు. ఇంటర్ప్రెటర్ ఆ సమయంలోనే (on the fly) ట్రాన్స్లేషన్ను నిర్వహిస్తుంది. నిర్వహించడానికి ప్రత్యేకమైన కంపైలేషన్ దశ ఉండదు, ట్రాక్ చేయడానికి బిల్డ్ ఆర్టిఫాక్ట్స్ (build artifacts) ఉండవు.
స్క్రిప్టింగ్ లాంగ్వేజ్లు మరియు జనరల్-పర్పస్ ప్రోగ్రామింగ్ లాంగ్వేజ్ల మధ్య ఉన్న వ్యత్యాసం గణనీయంగా తగ్గిపోయింది. Python ఇప్పుడు భారీ వెబ్ అప్లికేషన్లు, డేటా సైన్స్ పైప్లైన్లు మరియు మెషిన్ లెర్నింగ్ సిస్టమ్లకు శక్తిని అందిస్తోంది. అయినప్పటికీ, దాని ప్రాథమిక భావన అలాగే ఉంది. మీరు బిల్డ్ సిస్టమ్ను నిర్వహించడం కంటే సమస్యను పరిష్కరించడంపై దృష్టి పెడతారు. మీరు అడిగిన వెంటనే మీ సూచనలను అమలు చేయడానికి ఇంటర్ప్రెటర్ సిద్ధంగా ఉంటుంది.
శాశ్వతమైన పునాదిని నిర్మించుకోవడం
ఈ తేడాలు కేవలం విద్యాపరమైన విషయాలు మాత్రమే కాదు. మీరు Python రాయడం ప్రారంభించిన మొదటి వారంలో ఎదుర్కొనే ప్రవర్తనను ఇవి వివరిస్తాయి. ఎగ్జిక్యూషన్ సమయంలో Python SyntaxErrorని చూపిస్తే, ఇంటర్ప్రెటర్ తాను ట్రాన్స్లేట్ చేయలేని లైన్కు చేరుకుందని మీకు ఇప్పుడు అర్థమవుతుంది. కొన్ని పనుల కోసం Python, C కంటే నెమ్మదిగా ఉంటుందని మీరు చదివినప్పుడు, ఇంటర్ప్రెటేషన్ మరియు హై-లెవల్ అబ్స్ట్రాక్షన్ వల్ల కలిగే ఓవర్హెడ్ను మీరు అర్థం చేసుకుంటారు. మీ స్క్రిప్ట్లతో పాటు .pyc ఫైల్లు కనిపిస్తున్నాయని మీరు గమనించినప్పుడు, ప్రతిసారీ మీ టెక్స్ట్ ఫైల్ను మళ్ళీ ఇంటర్ప్రెట్ చేయాల్సిన అవసరం లేకుండా ఉండటానికి Python కంపైల్ చేసిన బైట్కోడ్ను క్యాషింగ్ (caching) చేస్తోందని మీరు గుర్తిస్తారు.
లాంగ్వేజ్ హైరార్కీలో Python ఎక్కడ ఉందో తెలుసుకోవడం, తర్వాత సరైన సాధనాన్ని ఎంచుకోవడానికి కూడా మీకు సహాయపడుతుంది. ప్రతి CPU సైకిల్ ముఖ్యం అయ్యేలా ఒక డివైస్ డ్రైవర్ను రాయాలా? అప్పుడు మీరు బహుశా C లేదా assemblyని ఎంచుకుంటారు. ఒక మధ్యాహ్నంలో CSV ఫైల్ను ప్రాసెస్ చేయాలా లేదా వెబ్ APIని నిర్మించాలా? Python ఇంటర్ప్రెటర్ మరియు సులభంగా అర్థమయ్యే సింటాక్స్ సరిగ్గా ఇందుకే రూపొందించబడ్డాయి.
అసలైన సారాంశం
Python యొక్క శక్తి దాని స్థానం నుండి వస్తుంది. ఇది హార్డ్వేర్ కంటే చాలా పైన ఉంటుంది, మెషిన్ వేగం కంటే ప్రోగ్రామర్ వేగానికి ప్రాధాన్యతనిచ్చే ఇంటర్ప్రెటర్ ద్వారా ఇది అనువదించబడుతుంది. ఈ నేపథ్యం తెలియకపోయినా మీరు సింటాక్స్ను నేర్చుకోవచ్చు, కానీ లోపల ఉన్న యంత్రాంగాన్ని అర్థం చేసుకునే వరకు మీరు తెలివిగా డీబగ్ చేయలేరు లేదా సహజంగా ఆప్టిమైజ్ చేయలేరు. ఈ ప్రాథమిక అంశాలతో ప్రారంభించండి. మీరు మీ మొదటి నిజమైన ప్రోగ్రామ్ను రాసినప్పుడు, మీరు కేవలం కమాండ్లను టైప్ చేయడం మాత్రమే కాదు, అవి యంత్రానికి (machine) ఎలా చేరుతాయో మీకు ఖచ్చితంగా తెలుస్తుంది.