Python 零基础到 Web 后端开发教程

项目作用

这是一个面向编程新手的 Python 教学项目。项目将从最基础的语法开始，通过讲解、示例、练习和阶段项目，逐步带领学习者掌握 Python 编程、面向对象、数据库开发、FastAPI、Django，以及后端项目常用的工程化知识。

本项目不是只供阅读的代码示例集合，而是一套可以逐课学习、亲手练习、逐步完成项目的课程。每个知识点都会说明它是什么、为什么需要它、如何使用它，以及使用时容易出现哪些错误。

适合人群

• 从未学习过编程的零基础学习者；
• 学过少量 Python，但基础不够系统的学习者；
• 希望从 Python 基础过渡到 Web 后端开发的学习者；
• 希望学习 Django 或 FastAPI，但不知道如何开始的学习者。

最终学习目标

完成全部课程后，你将能够：

1. 阅读和编写常见的 Python 程序；
2. 使用函数、模块、包和异常处理组织代码；
3. 使用面向对象思想设计类和业务模型；
4. 编写 SQL，并通过 Python 安全地操作数据库；
5. 理解 HTTP、JSON 和 RESTful API 的基本原理；
6. 使用 FastAPI 开发后端接口；
7. 使用 Django 开发完整的 Web 管理系统；
8. 为项目添加测试、日志、配置管理和基础部署能力；
9. 独立完成一个包含数据库、接口和用户认证的后端项目。

学习路线

第一阶段：Python 基础语法

• 安装 Python 和开发工具；
• 运行第一个 Python 程序；
• 变量与基本数据类型；
• 输入、输出和类型转换；
• 运算符；
• 条件判断；
• for 循环与 while 循环；
• 字符串；
• 列表、元组、字典和集合；
• 函数；
• 基础综合项目：命令行记账或通讯录程序。

第二阶段：Python 进阶

• 模块与包；
• 文件和目录操作；
• 异常处理；
• 列表推导式等常用简化写法；
• 迭代器与生成器；
• 装饰器；
• 类型注解；
• 虚拟环境与依赖管理；
• 进阶综合项目：多文件任务管理程序。

第三阶段：面向对象编程

• 类与对象；
• 属性和方法；
• 构造方法；
• 实例属性与类属性；
• 封装；
• 继承；
• 多态；
• 常用特殊方法；
• 面向对象综合项目：图书管理系统。

第四阶段：数据库编程

本阶段采用精简路线。学习者已经具备数据库、SQL 和 Java 数据库开发基础，因此不再单独讲解关系型数据库、增删改查、关联查询、索引和事务等通用知识，而是重点学习 Python 数据库编程方式以及它与 JDBC、MyBatis、MyBatis-Plus、JPA/Hibernate 的差异。

本阶段统一使用 PostgreSQL，不同时维护 MySQL 和 PostgreSQL 两套示例。涉及常见数据库差异时，通过补充说明对照 PostgreSQL 与 MySQL，不影响后续将知识迁移到 MySQL。

本阶段共五课：

1. 4_1_PostgreSQL与Psycopg入门：连接远程 PostgreSQL，认识 Python 数据库 API（Database API，DB-API），使用 Psycopg 3 执行参数化 SQL，并与 JDBC 的连接、语句和结果集进行对照；
2. 4_2_Python数据库事务与数据访问层：学习提交、回滚、异常处理、批量操作，以及数据访问对象（Data Access Object，DAO）和 Repository 分层；
3. 4_3_SQLAlchemy基础：学习 SQLAlchemy 2.x 的 Engine、Session、声明式模型和基本增删改查，并与 JPA/Hibernate、MyBatis-Plus 进行对照；
4. 4_4_SQLAlchemy关系映射与工程实践：学习一对多、多对多、级联操作、加载策略、N+1 查询问题和业务分层；
5. 4_5_数据库综合项目：使用 PostgreSQL 和 SQLAlchemy 2.x，把第三阶段的内存版图书管理系统升级为持久化版本。

本阶段采用两层数据库操作路线：

• Psycopg 3 对应 JDBC 驱动层，用于理解连接、游标、参数化 SQL、查询结果和事务；
• SQLAlchemy 2.x 提供 SQL 工具和对象关系映射（Object Relational Mapping，ORM）能力，其中 ORM 的定位更接近 JPA/Hibernate，并具备部分与 MyBatis-Plus 相似的常规增删改查体验。

数据库连接地址、用户名和密码通过本地 config.toml 提供，不写入环境变量。仓库只提交脱敏的 config.example.toml，真实配置文件必须由 .gitignore 排除。课程只使用专用练习数据库和受限账号，不连接生产数据库。

第五阶段：Web 开发基础

• 浏览器、客户端和服务器；
• HTTP 请求与响应；
• URL、请求方法和状态码；
• JSON 数据格式；
• RESTful API 设计；
• 使用接口调试工具发送请求；
• 前端与后端的基本交互过程。

第六阶段：FastAPI

• 创建 FastAPI 项目；
• 路由和请求方法；
• 路径参数、查询参数和请求体；
• 使用 Pydantic 校验数据；
• 统一响应和异常处理；
• 依赖注入；
• 集成 SQLAlchemy；
• 数据库迁移；
• 用户注册、登录和身份认证；
• 自动生成的接口文档；
• FastAPI 综合项目：任务管理 API。

第七阶段：Django

• 创建 Django 项目和应用；
• Django 的项目结构；
• URL、视图和模板；
• Model 与 ORM；
• 数据库迁移；
• 表单和数据校验；
• Admin 管理后台；
• 静态文件和媒体文件；
• 用户、权限和身份认证；
• Django REST Framework；
• Django 综合项目：内容或业务管理系统。

第八阶段：工程化与部署

• Git 基础和版本管理；
• 单元测试与接口测试；
• 日志记录；
• 环境变量和多环境配置；
• 代码格式与质量检查；
• Docker 基础；
• Web 服务部署入门；
• 最终项目整理与复盘。

建议的学习方式

1. 按目录编号依次学习，不要跳过基础章节。
2. 阅读讲解后，亲手输入示例代码，不要只复制粘贴。
3. 先独立完成练习，再查看提示或参考答案。
4. 遇到错误时，先阅读错误信息，并记录自己尝试过的解决办法。
5. 每学习一小节就运行代码，避免积累大量问题后再统一调试。
6. 每完成一个阶段，都要完成阶段测试和综合项目。

每课的基本结构

本课目标
前置知识
概念讲解
完整示例
运行方法与预期结果
关键代码解析
常见错误
课堂练习
练习提示与参考答案
本课小结
验收标准

目录命名规范

课程采用“阶段目录 → 课程目录”的两级结构，并统一遵守以下规则：

• 阶段目录使用 两位阶段编号_阶段名称，例如 01_python基础。
• 课程目录使用 阶段号_课程序号_课程主题，例如 1_1_hello_world。
• 目录名统一使用下划线 _ 连接，不使用空格或连字符。
• 课程主题优先使用中文，例如 1_2_变量与数据类型。
• Python、Web、HTTP、JSON、SQL、FastAPI、Django、Git、Docker、hello_world 等通用技术名或教学惯例保留规范英文名称。
• 普通英文目录名统一使用小写，避免出现不同大小写或多套命名方式。

计划中的项目目录

Python/
├── README.md
├── AGENTS.md
├── 01_python基础/
│   ├── 1_1_hello_world/
│   ├── 1_2_变量与数据类型/
│   └── 1_3_输入与输出/
├── 02_python进阶/
│   ├── 2_1_模块与包/
│   ├── 2_2_文件与目录操作/
│   ├── 2_3_异常处理/
│   ├── 2_4_推导式与简化写法/
│   ├── 2_5_迭代器与生成器/
│   ├── 2_6_装饰器/
│   ├── 2_7_类型注解/
│   ├── 2_8_虚拟环境与依赖管理/
│   └── 2_9_python进阶综合项目/
├── 03_面向对象/
│   ├── 3_1_Python与Java的类和对象/
│   ├── 3_2_Python与Java的封装差异/
│   ├── 3_3_Python与Java的继承和多态差异/
│   ├── 3_4_Python特殊方法与数据类/
│   └── 3_5_面向对象综合项目/
├── 04_数据库/
│   ├── 4_1_PostgreSQL与Psycopg入门/
│   ├── 4_2_Python数据库事务与数据访问层/
│   ├── 4_3_SQLAlchemy基础/
│   ├── 4_4_SQLAlchemy关系映射与工程实践/
│   └── 4_5_数据库综合项目/
├── 05_web基础/
├── 06_fastapi/
├── 07_django/
└── 08_工程化与部署/

这只是目录规划示意，不会提前创建全部目录。正式开始某一课时，才会创建对应的阶段目录、课程目录、中文讲义、示例代码和练习；完成当前课程并确认继续后，再创建下一课。

当前学习进度

• 当前阶段：第四阶段——数据库编程。
• 当前课程：4_2_Python数据库事务与数据访问层。
• 当前状态：第四阶段前两课已完成，并通过 PostgreSQL 连接、成功提交和异常回滚验证。
• 已完成课程：第一阶段 1_1_hello_world 至 1_14_python基础综合项目、第二阶段 2_1_模块与包 至 2_9_python进阶综合项目、第三阶段 3_1 至 3_5，以及第四阶段 4_1、4_2。
• 学习中的课程：无。
• 已创建课程目录：第一阶段全部课程、第二阶段全部课程、第三阶段 3_1 至 3_5，以及第四阶段 4_1、4_2。
• 下一步：进入 4_3_SQLAlchemy基础，学习 Engine、Session、声明式模型和 ORM 增删改查。

建议环境

• 操作系统：Windows 10 或 Windows 11；
• Python：学习开始时选择当前稳定版本；
• 编辑器：PyCharm 或 Visual Studio Code；
• 命令行：PowerShell；
• 数据库：第四阶段统一使用专用的远程 PostgreSQL 练习数据库；
• Python 数据库驱动：Psycopg 3；
• 对象关系映射工具：SQLAlchemy 2.x；
• 浏览器：Chrome、Edge 或其他现代浏览器。

具体版本和安装步骤将在第一课中核对并讲解，避免因为版本变化使用过时的安装方式。

下一步

第三阶段已完成，已经掌握：

1. 使用 dataclass 建模图书和会员；
2. 使用普通业务类协调借书与还书；
3. 通过组合管理对象关系；
4. 使用自定义异常表达业务失败；
5. 使用鸭子类型接入通知器；
6. 验证正常流程和主要异常流程。

第四阶段前两课已经完成，能够使用本地 TOML 配置、Psycopg 3 和参数化 SQL 安全访问远程 PostgreSQL，并通过转账场景掌握事务提交、异常回滚、批量操作以及 Repository/Service 分层。下一步进入 SQLAlchemy 2.x 基础。