Python 2 与 Python 3 的主要区别详解

随着 Python 2 于 2020 年正式停止维护，开发者应全面转向 Python 3。尽管两者核心语法相似，但在性能、编码、语法特性及标准库等方面存在显著差异。本文详细梳理了主要区别，帮助开发者快速理解并迁移。

1. 性能

Python 3 在早期版本（如 Py3.0）运行 pystone benchmark 的速度比 Py2.5 慢约 30%。Guido van Rossum 认为 Py3.0 有极大的优化空间，特别是在字符串和整数操作上。后续版本（如 Py3.1）性能提升至比 Py2.5 慢 15% 左右。现代 Python 3 版本经过大量优化，性能已大幅提升，甚至在某些场景下优于旧版 Python 2。

2. 编码

Python 2：源码文件默认使用 ASCII 编码，处理非 ASCII 字符需显式声明 # -*- coding: utf-8 -*-。
Python 3：源码文件默认使用 UTF-8 编码，无需额外声明即可直接处理中文等 Unicode 字符。

3. 语法差异

3.1 运算符与关键字

比较运算符：去除了 <>，全部改用 !=。
字符串表示：去除了反引号 `，统一改用 repr() 函数。
关键字：加入了 as 和 with；True、False、None 变为关键字而非变量。
整型除法：
- Py2：1 / 2 结果为 0（整除）。
- Py3：1 / 2 结果为 0.5（浮点）。若需整除，请使用 //。
Nonlocal 语句：新增 nonlocal 语句，用于指派外围（非全局）变量。
Print 与 Exec：
- Py2：print 是语句，exec 是语句。
- Py3：print() 是函数，exec() 是函数。
顺序操作符：例如 x < y，当 x 和 y 类型不匹配时抛出 TypeError，而不是返回随机布尔值。

输入函数：

Py2：使用 raw_input() 读取键盘输入。
Py3：使用 input() 代替 raw_input()。

# Py2
guess = int(raw_input('Enter an integer : '))

# Py3
guess = int(input('Enter an integer : '))

元组参数解包：Py3 中不能像 Py2 那样定义函数 def(a, (b, c)): pass，需使用更明确的解包方式。
字面量：
- 新式的 8 进制字面量，修改了 oct() 函数行为。
- 增加了 2 进制字面量和 bin() 函数。
可迭代解包：支持扩展的可迭代解包，如 a, b, *rest = seq 和 *rest, a = seq，要求 rest 是列表且对象可迭代。
Super()：新的 super() 可以不再传参数，简化继承调用。

Metaclass 语法：

class Meta(type):
    pass

class Foo(metaclass=Meta):
    pass

Class Decorator：支持类装饰器，用法与函数装饰器类似。

4. 字符串和字节串

字符串类型：现在只有 str 一种类型，对应 Py2 的 unicode。
字节串：新增了 bytes 类型，对应 Py2 的八位串。
- 定义方法：b = b'hello'
- 转换：str 对象和 bytes 对象可以使用 .encode() (str -> bytes) 或 .decode() (bytes -> str) 相互转化。

5. 数据类型

整型：Py3 去除了 long 类型，现在只有一种整型 int，其行为类似于 Py2 的 long。
字典视图：.keys()、.items() 和 .values() 方法返回迭代器，之前的 iterkeys() 等函数被废弃。同时去掉了 dict.has_key()，改用 in 替代。
```
if 'key' in my_dict:
    print(my_dict['key'])
```

6. 面向对象

抽象基类 (ABCs)：引入抽象基类，容器类和迭代器类被 ABCs 化。
迭代器协议：迭代器的 next() 方法改名为 __next__()，并增加内置函数 next() 用以调用。
装饰器：增加了 @abstractmethod 和 @abstractproperty 两个装饰器，编写抽象方法更方便。

7. 异常处理

继承关系：所有异常都从 BaseException 继承，删除了 StandardError。
属性移除：去除了异常类的序列行为和 .message 属性。
Raise 语法：用 raise Exception(args) 代替 raise Exception, args 语法。

捕获语法：引入了 as 关键字来标识异常实例。

try:
    x = 1 / 0
except ZeroDivisionError as e:
    print(e)

异常链：支持异常链，通过 __context__ 追踪上下文。

8. 模块变动

Pickle：移除了 cPickle 模块，直接使用 pickle 模块。
移除模块：移除了 imageop, audiodev, bsddb185, exceptions, linuxaudiodev, md5, MimeWriter, mimify, popen2, rexec, sets, sha, stringold, strop, sunaudiodev, timing, xmllib 等模块。
Bsddb：移除了 bsddb 模块（单独发布）。
New 模块：移除了 new 模块。
临时文件：os.tmpnam() 和 os.tmpfile() 函数被移动到 tempfile 模块下。
Tokenize：tokenize 模块现在使用 bytes 工作，入口点改为 tokenize.tokenize()。

9. 其他重要变更

Range：xrange() 改名为 range()。若要获得列表，需显式调用 list()。
```
>>> list(range(10))
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]
```
Bytes 对象：bytes 对象不能 hash，也不支持 b.lower()、b.strip() 和 b.split() 方法，但可通过指定字节参数实现类似功能。
函数移除：zip()、map() 和 filter() 都返回迭代器。而 apply()、callable()、coerce()、execfile()、reduce() 和 reload() 函数被去除。可使用 hasattr() 替换 callable()。
String 常量：string.letters 及相关 .lowercase 和 .uppercase 被去除，请改用 string.ascii_letters 等。
比较行为：如果 x < y 不能比较，抛出 TypeError 异常。Py2 版本是返回伪随机布尔值的。
切片成员：__getslice__ 系列成员被废弃。a[i:j] 根据上下文转换为 a.__getitem__(slice(i, j)) 或 __setitem__ 和 __delitem__ 调用。
File 类：file 类被废弃，统一使用 open() 返回的文件对象。

10. 迁移建议

由于 Python 2 已停止官方支持，新项目应强制使用 Python 3。对于遗留项目，建议使用 2to3 工具进行自动转换，并手动修复兼容性问题。重点检查以下方面：

字符串与字节串的混合使用。
除法运算的预期结果。
异常捕获语法的更新。
第三方库的 Python 3 兼容性。

通过遵循上述指南，开发者可以更平稳地完成从 Python 2 到 Python 3 的过渡，享受新版本带来的安全性与性能提升。