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內置數據類型

? Wonder is the foundation of all philosophy, inquiry its progress, ignorance its end. ?
— Michel de Montaigne

 

深入

讓我們暫時將 第一份 Python 程序 拋在腦后,來聊一聊數據類型。在 Python 中, 每個值都有一種數據類型,但您并不需要聲明變量的數據類型。那該方式是如何運作的呢?Python 根據每個變量的初始賦值情況分析其類型,并在內部對其進行跟蹤。

Python 有多種內置數據類型。以下是比較重要的一些:

  1. Booleans[布爾型] 或為 True[真] 或為 False[假]。
  2. Numbers[數值型] 可以是 Integers[整數](1 和 2)、Floats[浮點數](1.1 和 1.2)、Fractions[分數](1/2 和 2/3);甚至是 Complex Number[復數]。
  3. Strings[字符串型] 是 Unicode 字符序列,例如: 一份 HTML 文檔。
  4. Bytes[字節] 和 Byte Arrays[字節數組], 例如: 一份 JPEG 圖像文件。
  5. Lists[列表] 是值的有序序列。
  6. Tuples[元組] 是有序而不可變的值序列。
  7. Sets[集合] 是裝滿無序值的包裹。
  8. Dictionaries[字典] 是鍵值對的無序包裹。

當然,還有更多的類型。在 Python 中一切均為對象,因此存在像 module[模塊]、 function[函數]、 class[類]、 method[方法]、 file[文件] 甚至 compiled code[已編譯代碼] 這樣的類型。您已經見過這樣一些例子:模塊的 name、 函數的 docstrings 等等。將學到的包括 《類 與 迭代器》 中的 Classes[類],以及 《文件》 中的 Files[文件]。

Strings[字符串]和 Bytes[字節串]比較重要,也相對復雜,足以開辟獨立章節予以講述。讓我們先看看其它類型。

?

布爾類型

布爾類型或為真或為假。Python 有兩個被巧妙地命名為 True 和 False 的常量,可用于對布爾類型的直接賦值。表達式也可以計算為布爾類型的值。在某些地方(如 if 語句),Python 所預期的就是一個可計算出布爾類型值的表達式。這些地方稱為 布爾類型上下文環境。事實上,可在布爾類型上下文環境中使用任何表達式,而 Python 將試圖判斷其真值。在布爾類型上下文環境中,不同的數據類型對于何值為真、何值為假有著不同的規則。(看過本章稍后的實例后,這一點將更好理解。)

例如,看看 humansize.py 中的這個片段:

if size < 0:
    raise ValueError('number must be non-negative')

size 是整數, 0 是整數,而 < 是數字運算符。size < 0 表達式的結果始終是布爾值。可在 Python 交互式 shell 中自行測試下結果:

>>> size = 1
>>> size < 0
False
>>> size = 0
>>> size < 0
False
>>> size = -1
>>> size < 0
True

由于 Python 2 的一些遺留問題,布爾值可以當做數值對待。True 為 1;False 為 0 。

>>> True + True
2
>>> True - False
1
>>> True * False
0
>>> True / False
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ZeroDivisionError: int division or modulo by zero

喔,喔,喔!別那么干。忘掉我剛才說的。

?

數值類型

數值類型是可畏的。有太多類型可選了。Python 同時支持 Integer[整型] 和 Floating Point[浮點型] 數值。無任何類型聲明可用于區分;Python 通過是否有 小數 點來分辨它們。

>>> type(1)                 ①
<class 'int'>
>>> isinstance(1, int)      ②
True
>>> 1 + 1                   ③
2
>>> 1 + 1.0                 ④
2.0
>>> type(2.0)
<class 'float'>
  1. 可以使用 type() 函數來檢測任何值或變量的類型。正如所料,1 為 int 類型。
  2. 同樣,還可使用 isinstance() 函數判斷某個值或變量是否為給定某個類型。
  3. 將一個 int 與一個 int 相加將得到一個 int 。
  4. 將一個 int 與一個 float 相加將得到一個 float 。Python 把 int 強制轉換為 float 以進行加法運算;然后返回一個 float 類型的結果。

將整數強制轉換為浮點數及反向轉換

正如剛才所看到的,一些運算符(如:加法)會根據需把整數強制轉換為浮點數。也可自行對其進行強制轉換。

>>> float(2)                ①
2.0
>>> int(2.0)                ②
2
>>> int(2.5)                ③
2
>>> int(-2.5)               ④
-2
>>> 1.12345678901234567890  ⑤
1.1234567890123457
>>> type(1000000000000000)  ⑥
<class 'int'>
  1. 通過調用float() 函數,可以顯示地將 int 強制轉換為 float。
  2. 毫不出奇,也可以通過調用 int() 將 float 強制轉換為 int 。
  3. int() 將進行取整,而不是四舍五入。
  4. 對于負數,int() 函數朝著 0 的方法進行取整。它是個真正的取整(截斷)函數,而不是 floor[地板]函數。
  5. 浮點數精確到小數點后 15 位。
  6. 整數可以任意大。

?Python 2 對于int[整型] 和 long[長整型] 采用不同的數據類型。int 數據類型受到 sys.maxint 的限制,因平臺該限制也會有所不同,但通常是 232-1 。Python 3 只有一種整數類型,其行為方式很有點像 Python 2 的舊 long[長整數] 類型。參閱 PEP 237 了解更多細節。

常見數值運算

對數值可進行各種類型的運算。

>>> 11 / 2      ①
5.5
>>> 11 // 2     ②
5
>>> ?11 // 2    ③
?6
>>> 11.0 // 2   ④
5.0
>>> 11 ** 2     ⑤
121
>>> 11 % 2      ⑥
1
  1. / 運算符執行浮點除法。即便分子和分母都是 int,它也返回一個 float 浮點數。
  2. // 運算符執行古怪的整數除法。如果結果為正數,可將其視為朝向小數位取整(不是四舍五入),但是要小心這一點。
  3. 當整數除以負數, // 運算符將結果朝著最近的整數“向上”四舍五入。從數學角度來說,由于 ?6 比 ?5 要小,它是“向下”四舍五入,如果期望將結果取整為 ?5,它將會誤導你。
  4. // 運算符并非總是返回整數結果。如果分子或者分母是 float,它仍將朝著最近的整數進行四舍五入,但實際返回的值將會是 float 類型。
  5. ** 運算符的意思是“計算冪”,112 結果為 121 。
  6. % 運算符給出了進行整除之后的余數。11 除以 2 結果為 5 以及余數 1,因此此處的結果為 1。

?在 Python 2 中,運算符 / 通常表示整數除法,但是可以通過在代碼中加入特殊指令,使其看起來像浮點除法。在 Python 3 中,/ 運算符總是表示浮點除法。參閱 PEP 238 了解更多細節。

分數

Python 并不僅僅局限于整數和浮點數類型。它可以完成你在高中階段學過、但幾乎已經全部忘光的所有古怪數學運算。

>>> import fractions              ①
>>> x = fractions.Fraction(1, 3)  ②
>>> x
Fraction(1, 3)
>>> x * 2                         ③
Fraction(2, 3)
>>> fractions.Fraction(6, 4)      ④
Fraction(3, 2)
>>> fractions.Fraction(0, 0)      ⑤
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
  File "fractions.py", line 96, in __new__
    raise ZeroDivisionError('Fraction(%s, 0)' % numerator)
ZeroDivisionError: Fraction(0, 0)
  1. 為啟用 fractions 模塊,必先引入 fractions 模塊。
  2. 為定義一個分數,創建一個 Fraction 對象并傳入分子和分母。
  3. 可對分數進行所有的常規數學計算。運算返回一個新的 Fraction 對象。2 * (1/3) = (2/3)
  4. Fraction 對象將會自動進行約分。(6/4) = (3/2)
  5. 在杜絕創建以零為分母的分數方面,Python 有著良好的敏感性。

三角函數

還可在 Python 中進行基本的三角函數運算。

>>> import math
>>> math.pi                ①
3.1415926535897931
>>> math.sin(math.pi / 2)  ②
1.0
>>> math.tan(math.pi / 4)  ③
0.99999999999999989
  1. math 模塊中有一個代表 π 的常量,表示圓的周長與直徑之比率(圓周率)。
  2. math 模塊包括了所有的基本三角函數,包括:sin()、 cos()、tan() 及像 asin() 這樣的變體函數。
  3. 然而要注意的是 Python 并不支持無限精度。tan(π / 4) 將返回 1.0,而不是 0.99999999999999989。

布爾上下文環境中的數值

可以在 if 這樣的 布爾類型上下文環境中 使用數值。零值是 false[假],非零值是 true[真]。

>>> def is_it_true(anything):             ①
...   if anything:
...     print("yes, it's true")
...   else:
...     print("no, it's false")
...
>>> is_it_true(1)                         ②
yes, it's true
>>> is_it_true(-1)
yes, it's true
>>> is_it_true(0)
no, it's false
>>> is_it_true(0.1)                       ③
yes, it's true
>>> is_it_true(0.0)
no, it's false
>>> import fractions
>>> is_it_true(fractions.Fraction(1, 2))  ④
yes, it's true
>>> is_it_true(fractions.Fraction(0, 1))
no, it's false
  1. 您知道可以在 Python 交互式 Shell 中定義自己的函數嗎?只需在每行的結尾按 回車鍵 ,然后在某一空行按 回車鍵 結束。
  2. 在布爾類型上下文環境中,非零整數為真;零為假。
  3. 非零浮點數為真; 0.0 為假。請千萬小心這一點!如果有輕微的四舍五入偏差(正如在前面小節中看到的那樣,這并非不可能的事情),那么 Python 將測試 0.0000000000001 而不是 0 ,并將返回一個 True 值。
  4. 分數也可在布爾類型上下文環境中使用。無論 n 為何值,Fraction(0, n) 為假。所有其它分數為真。

?

列表

列表是 Python 的主力數據類型。當提到 “列表 ”時,您腦海中可能會閃現“必須進一步聲明大小的數組,只能包含同一類對象“ 等想法。千萬別這么想。列表比那要酷得多。

? Python 中的列表類似 Perl 5 中的數組。在 Perl 5 中,存儲數組的變量總是以字符 @ 開頭;在 Python 中,變量可隨意命名,Python 僅在內部對數據類型進行跟蹤。

? Python 中的列表更像 Java 中的數組(盡管可以把列表當做生命中所需要的一切來使用)。一個更好的比喻可能是 ArrayList 類,該類可以容納任何對象,并可在添加新元素時進行動態拓展。

創建列表

列表創建非常輕松:使用中括號包裹一系列以逗號分割的值即可。

>>> a_list = ['a', 'b', 'mpilgrim', 'z', 'example']  ①
>>> a_list
['a', 'b', 'mpilgrim', 'z', 'example']
>>> a_list[0]                                        ②
'a'
>>> a_list[4]                                        ③
'example'
>>> a_list[-1]                                       ④
'example'
>>> a_list[-3]                                       ⑤
'mpilgrim'
  1. 首先,創建一個包含 5 個元素的列表。要注意的是它們保持了最初的順序。這并不是偶然的。列表是元素的有序集合。
  2. 列表可當做以零為基點的數組使用。非空列表的首個元素始終是 a_list[0] 。
  3. 該 5 元素列表的最后一個元素是 a_list[4],因為列表(索引)總是以零為基點的。
  4. 使用負索引值可從列表的尾部向前計數訪問元素。任何非空列表的最后一個元素總是 a_list[-1] 。
  5. 如果負數令你混淆,可將其視為如下方式: a_list[-n] == a_list[len(a_list) - n] 。因此在此列表中, a_list[-3] == a_list[5 - 3] == a_list[2]。

列表切片

定義列表后,可從其中獲取任何部分作為新列表。該技術稱為對列表進行 切片 。

>>> a_list
['a', 'b', 'mpilgrim', 'z', 'example']
>>> a_list[1:3]            ①
['b', 'mpilgrim']
>>> a_list[1:-1]           ②
['b', 'mpilgrim', 'z']
>>> a_list[0:3]            ③
['a', 'b', 'mpilgrim']
>>> a_list[:3]             ④
['a', 'b', 'mpilgrim']
>>> a_list[3:]             ⑤
['z', 'example']
>>> a_list[:]              ⑥
['a', 'b', 'mpilgrim', 'z', 'example']
  1. 通過指定兩個索引值,可以從列表中獲取稱作“切片”的某個部分。返回值是一個新列表,它包含列表(??切片)中所有元素,按順序從第一個切片索引開始(本例中為 a_list[1]),截止但不包含第二個切片索引(本例中的 a_list[3])。
  2. 如果切片索引之一或兩者均為負數,切片操作仍可進行。如果有幫助的話,您可以這么思考:自左向右讀取列表,第一個切片索引指明了想要的第一個元素,第二個切片索引指明了第一個不想要的元素。返回值是兩者之間的任何值。 between.
  3. 列表是以零為起點的,因此 a_list[0:3] 返回列表的頭三個元素,從 a_list[0] 開始,截止到但不包括 a_list[3] 。
  4. 如果左切片索引為零,可以將其留空而將零隱去。因此 a_list[:3] 與 a_list[0:3] 是完全相同的,因為起點 0 被隱去了。
  5. 同樣,如果右切片索引為列表的長度,也可以將其留空。因此 a_list[3:] 與 a_list[3:5] 是完全相同的,因為該列表有五個元素。此處有個好玩的對稱現象。在這個五元素列表中, a_list[:3] 返回頭三個元素,而 a_list[3:] 返回最后兩個元素。事實上,無論列表的長度是多少, a_list[:n] 將返回頭 n 個元素,而 a_list[n:] 返回其余部分。
  6. 如果兩個切片索引都留空,那么將包括列表所有的元素。但該返回值與最初的 a_list 變量并不一樣。它是一個新列表,只不過恰好擁有完全相同的元素而已。a_list[:] 是對列表進行復制的一條捷徑。

向列表中新增項

有四種方法可用于向列表中增加元素。

>>> a_list = ['a']
>>> a_list = a_list + [2.0, 3]    ①
>>> a_list                        ②
['a', 2.0, 3]
>>> a_list.append(True)           ③
>>> a_list
['a', 2.0, 3, True]
>>> a_list.extend(['four', 'Ω'])  ④
>>> a_list
['a', 2.0, 3, True, 'four', 'Ω']
>>> a_list.insert(0, 'Ω')         ⑤
>>> a_list
['Ω', 'a', 2.0, 3, True, 'four', 'Ω']
  1. + 運算符連接列表以創建一個新列表。列表可包含任何數量的元素;沒有大小限制(除了可用內存的限制)。然而,如果內存是個問題,那就必須知道在進行連接操作時,將在內存中創建第二個列表。在該情況下,新列表將會立即被賦值給已有變量 a_list 。因此,實際上該行代碼包含兩個步驟 — 連接然后賦值 — 當處理大型列表時,該操作可能(暫時)消耗大量內存。
  2. 列表可包含任何數據類型的元素,單個列表中的元素無須全為同一類型。下面的列表中包含一個字符串、一個浮點數和一個整數。
  3. append() 方法向列表的尾部添加一個新的元素。(現在列表中有 四種 不同數據類型!)
  4. 列表是以類的形式實現的。“創建”列表實際上是將一個類實例化。因此,列表有多種方法可以操作。extend() 方法只接受一個列表作為參數,并將該參數的每個元素都添加到原有的列表中。
  5. insert() 方法將單個元素插入到列表中。第一個參數是列表中將被頂離原位的第一個元素的位置索引。列表中的元素并不一定要是唯一的;比如說:現有兩個各自獨立的元素,其值均為 'Ω':,第一個元素 a_list[0] 以及最后一個元素 a_list[6] 。

?a_list.insert(0, value) 就像是 Perl 中的 unshift() 函數。它將一個元素添加到列表的頭部,所有其它的元素都被頂理原先的位置以騰出空間。

讓我們進一步看看 append() 和 extend() 的區別。

>>> a_list = ['a', 'b', 'c']
>>> a_list.extend(['d', 'e', 'f'])  ①
>>> a_list
['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f']
>>> len(a_list)                     ②
6
>>> a_list[-1]
'f'
>>> a_list.append(['g', 'h', 'i'])  ③
>>> a_list
['a', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', ['g', 'h', 'i']]
>>> len(a_list)                     ④
7
>>> a_list[-1]
['g', 'h', 'i']
  1. extend() 方法只接受一個參數,而該參數總是一個列表,并將列表 a_list 中所有的元素都添加到該列表中。
  2. 如果開始有個 3 元素列表,然后將它與另一個 3 元素列表進行 extend 操作,結果是將獲得一個 6 元素列表。
  3. 另一方面, append() 方法只接受一個參數,但可以是任何數據類型。在此,對一個 3 元素列表調用 append() 方法。
  4. 如果開始的時候有個 6 元素列表,然后將一個列表 append[添加]上去,結果就會……得到一個 7 元素列表。為什么是 7 個?因為最后一個元素(剛剛 append[添加] 的元素) 本身是個列表 。列表可包含任何類型的數據,包括其它列表。這可能是你所需要的結果,也許不是。但如果這就是你想要的,那這就是你所得到的。

在列表中檢索值

>>> a_list = ['a', 'b', 'new', 'mpilgrim', 'new']
>>> a_list.count('new')       ①
2
>>> 'new' in a_list           ②
True
>>> 'c' in a_list
False
>>> a_list.index('mpilgrim')  ③
3
>>> a_list.index('new')       ④
2
>>> a_list.index('c')         ⑤
Traceback (innermost last):
  File "<interactive input>", line 1, in ?ValueError: list.index(x): x not in list
  1. 如你所期望, count() 方法返回了列表中某個特定值出現的次數。
  2. 如果你想知道的是某個值是否出現在列表中, in 運算符將會比使用 count() 方法要略快一些。in 運算符總是返回 True 或 False;它不會告訴你該值出現在什么位置。
  3. 如果想知道某個值在列表中的精確位置,可調用 index() 方法。盡管可以通過第二個參數(以 0 為基點的)索引值來指定起點,通過第三個參數(以 0 基點的)索引來指定搜索終點,但缺省情況下它將搜索整個列表,
  4. index() 方法將查找某值在列表中的第一次出現。在該情況下,'new' 在列表中出現了兩次,分別為 a_list[2] 和 a_list[4],但 index() 方法將只返回第一次出現的位置索引值。
  5. 可能 出乎 您的預期,如果在列表中沒有找到該值,index() 方法將會引發一個例外。

等等,什么?是這樣的:如果沒有在列表中找到該值, index() 方法將會引發一個例外。這是 Python 語言最顯著不同之處,其它多數語言將會返回一些無效的索引值(像是 -1)。當然,一開始這一點看起來比較討厭,但我想您會逐漸欣賞它。這意味著您的程序將會在問題的源頭處崩潰,而不是之后奇怪地、默默地崩潰。請記住, -1 是合法的列表索引值。如果 index() 方法返回 -1,可能會導致調整過程變得不那么有趣!

從列表中刪除元素

列表可以自動拓展或者收縮。您已經看到了拓展部分。也有幾種方法可從列表中刪除元素。

>>> a_list = ['a', 'b', 'new', 'mpilgrim', 'new']
>>> a_list[1]
'b'
>>> del a_list[1]         ①
>>> a_list
['a', 'new', 'mpilgrim', 'new']
>>> a_list[1]             ②
'new'
  1. 可使用 del 語句從列表中刪除某個特定元素。
  2. 刪除索引 1 之后再訪問索引 1 將 不會 導致錯誤。被刪除元素之后的所有元素將移動它們的位置以“填補”被刪除元素所產生的“縫隙”。

不知道位置索引?這不成問題,您可以通過值而不是索引刪除元素。

>>> a_list.remove('new')  ①
>>> a_list
['a', 'mpilgrim', 'new']
>>> a_list.remove('new')  ②
>>> a_list
['a', 'mpilgrim']
>>> a_list.remove('new')
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
ValueError: list.remove(x): x not in list
  1. 還可以通過 remove() 方法從列表中刪除某個元素。remove() 方法接受一個 value 參數,并刪除列表中該值的第一次出現。同樣,被刪除元素之后的所有元素將會將索引位置下移,以“填補縫隙”。列表永遠不會有“縫隙”。
  2. 您可以盡情地調用 remove() 方法,但如果試圖刪除列表中不存在的元素,它將引發一個例外。

Removing Items From A List: Bonus Round

另一有趣的列表方法是 pop() 。pop() 方法是從列表刪除元素的另一方法,但有點變化。

>>> a_list = ['a', 'b', 'new', 'mpilgrim']
>>> a_list.pop()   ①
'mpilgrim'
>>> a_list
['a', 'b', 'new']
>>> a_list.pop(1)  ②
'b'
>>> a_list
['a', 'new']
>>> a_list.pop()
'new'
>>> a_list.pop()
'a'
>>> a_list.pop()   ③
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
IndexError: pop from empty list
  1. 如果不帶參數調用, pop() 列表方法將刪除列表中最后的元素,并返回所刪除的值。
  2. 可以從列表中 pop[彈出]任何元素。只需傳給 pop() 方法一個位置索引值。它將刪除該元素,將其后所有元素移位以“填補縫隙”,然后返回它刪除的值。
  3. 對空列表調用 pop() 將會引發一個例外。

?不帶參數調用的 pop() 列表方法就像 Perl 中的 pop() 函數。它從列表中刪除最后一個元素并返回所刪除元素的值。Perl 還有另一個函數 shift(),可用于刪除第一個元素并返回其值;在 Python 中,該函數相當于 a_list.pop(0) 。

布爾上下文環境中的列表

可以在 if 這樣的 布爾類型上下文環境中 使用列表。

>>> def is_it_true(anything):
...   if anything:
...     print("yes, it's true")
...   else:
...     print("no, it's false")
...
>>> is_it_true([])             ①
no, it's false
>>> is_it_true(['a'])          ②
yes, it's true
>>> is_it_true([False])        ③
yes, it's true
  1. 在布爾類型上下文環境中,空列表為假值。
  2. 任何至少包含一個上元素的列表為真值。
  3. 任何至少包含一個上元素的列表為真值。元素的值無關緊要。

?

元組

元素 是不可變的列表。一旦創建之后,用任何方法都不可以修改元素。

>>> a_tuple = ("a", "b", "mpilgrim", "z", "example")  ①
>>> a_tuple
('a', 'b', 'mpilgrim', 'z', 'example')
>>> a_tuple[0]                                        ②
'a'
>>> a_tuple[-1]                                       ③
'example'
>>> a_tuple[1:3]                                      ④
('b', 'mpilgrim')
  1. 元組的定義方式和列表相同,除了整個元素的集合都用圓括號,而不是方括號閉合。
  2. 和列表一樣,元組的元素都有確定的順序。元組的索引也是以零為基點的,和列表一樣,因此非空元組的第一個元素總是 a_tuple[0] 。
  3. 負的索引從元組的尾部開始計數,這和列表也是一樣的。
  4. 和列表一樣,元組也可以進行切片操作。對列表切片可以得到新的列表;對元組切片可以得到新的元組。

元組和列表的主要區別是元組不能進行修改。用技術術語來說,元組是 不可變更 的。從實踐的角度來說,沒有可用于修改元組的方法。列表有像 append()、 extend()、 insert()、remove() 和 pop() 這樣的方法。這些方法,元組都沒有。可以對元組進行切片操作(因為該方法創建一個新的元組),可以檢查元組是否包含了特定的值(因為該操作不修改元組),還可以……就那么多了。

# continued from the previous example
>>> a_tuple
('a', 'b', 'mpilgrim', 'z', 'example')
>>> a_tuple.append("new")               ①
Traceback (innermost last):
  File "<interactive input>", line 1, in ?AttributeError: 'tuple' object has no attribute 'append'
>>> a_tuple.remove("z")                 ②
Traceback (innermost last):
  File "<interactive input>", line 1, in ?AttributeError: 'tuple' object has no attribute 'remove'
>>> a_tuple.index("example")            ③
4
>>> "z" in a_tuple                      ④
True
  1. 無法向元組添加元素。元組沒有 append() 或 extend() 方法。
  2. 不能從元組中刪除元素。元組沒有 remove() 或 pop() 方法。
  3. 可以 在元組中查找元素,由于該操作不改變元組。
  4. 還可以使用 in 運算符檢查某元素是否存在于元組中。

那么元組有什么好處呢?

?元組可轉換成列表,反之亦然。內建的 tuple() 函數接受一個列表參數,并返回一個包含同樣元素的元組,而 list() 函數接受一個元組參數并返回一個列表。從效果上看, tuple() 凍結列表,而 list() 融化元組。

布爾上下文環境中的元組

可以在 if 這樣的 布爾類型上下文環境中 使用元組。

>>> def is_it_true(anything):
...   if anything:
...     print("yes, it's true")
...   else:
...     print("no, it's false")
...
>>> is_it_true(())             ①
no, it's false
>>> is_it_true(('a', 'b'))     ②
yes, it's true
>>> is_it_true((False,))       ③
yes, it's true
>>> type((False))              ④
<class 'bool'>
>>> type((False,))
<class 'tuple'>
  1. 在布爾類型上下文環境中,空元組為假值。
  2. 任何至少包含一個上元素的元組為真值。
  3. 任何至少包含一個上元素的元組為真值。元素的值無關緊要。不過此處的逗號起什么作用呢?
  4. 為創建單元素元組,需要在值之后加上一個逗號。沒有逗號,Python 會假定這只是一對額外的圓括號,雖然沒有害處,但并不創建元組。

同時賦多個值

以下是一種很酷的編程捷徑:在 Python 中,可使用元組來一次賦多值。

>>> v = ('a', 2, True)
>>> (x, y, z) = v       ①
>>> x
'a'
>>> y
2
>>> z
True
  1. v 是一個三元素的元組,而 (x, y, z) 是包含三個變量的元組。將其中一個賦值給另一個將會把 v 中的每個值按順序賦值給每一個變量。

該特性有多種用途。假設需要將某個名稱指定某個特定范圍的值。可以使用內建的 range() 函數進行多變量賦值以快速地進行連續變量賦值。

>>> (MONDAY, TUESDAY, WEDNESDAY, THURSDAY, FRIDAY, SATURDAY, SUNDAY) = range(7)  ①
>>> MONDAY                                                                       ②
0
>>> TUESDAY
1
>>> SUNDAY
6
  1. 內建的 range() 函數構造了一個整數序列。(從技術上來說, range() 函數返回的既不是列表也不是元組,而是一個 迭代器,但稍后您將學到它們的區別。) MONDAY、 TUESDAY、 WEDNESDAY、 THURSDAY、 FRIDAY、 SATURDAY 和 SUNDAY 是您所定義的變量。(本例來自于 calendar 模塊,該短小而有趣的模塊打印日歷,有點像 UNIX 程序 cal 。該 calendar 模塊為星期數定義了整數常量。
  2. 現在,每個變量都有其值了: MONDAY 為 0, TUESDAY 為 1,如此類推。

還可以使用多變量賦值創建返回多值的函數,只需返回一個包含所有值的元組。調用者可將返回值視為一個簡單的元組,或將其賦值給不同的變量。許多標準 Python 類庫這么干,包括在下一章將學到的 os 模塊。

?

集合

集合set 是裝有獨特值的無序“袋子”。一個簡單的集合可以包含任何數據類型的值。如果有兩個集合,則可以執行像聯合、交集以及集合求差等標準集合運算。

創建集合

重中之重。創建集合非常簡單。

>>> a_set = {1}     ①
>>> a_set
{1}
>>> type(a_set)     ②
<class 'set'>
>>> a_set = {1, 2}  ③
>>> a_set
{1, 2}
  1. 要創建只包含一個值的集合,僅需將該值放置于花括號之間。({})。
  2. 實際上,集合以 類 的形式實現,但目前還無須考慮這一點。
  3. 要創建多值集合,請將值用逗號分開,并用花括號將所有值包裹起來。

還可以 列表 為基礎創建集合。

>>> a_list = ['a', 'b', 'mpilgrim', True, False, 42]
>>> a_set = set(a_list)                           ①
>>> a_set                                         ②
{'a', False, 'b', True, 'mpilgrim', 42}
>>> a_list                                        ③
['a', 'b', 'mpilgrim', True, False, 42]
  1. 要從列表創建集合,可使用 set() 函數。(懂得如何實現集合的學究可能指出這實際上并不是調用某個函數,而是對某個類進行實例化。我保證在本書稍后的地方將會學到其中的區別。目前而言,僅需知道 set() 行為與函數類似,以及它返回一個集合。)
  2. 正如我之前提到的,簡單的集合可以包括任何數據類型的值。而且,如我之前所提到的,集合是 無序的。該集合并不記得用于創建它的列表中元素的最初順序。如果向集合中添加元素,它也不會記得添加的順序。
  3. 初始的列表并不會發生變化。

還沒有任何值?沒有問題。可以創建一個空的集合。

>>> a_set = set()    ①
>>> a_set            ②
set()
>>> type(a_set)      ③
<class 'set'>
>>> len(a_set)       ④
0
>>> not_sure = {}    ⑤
>>> type(not_sure)
<class 'dict'>
  1. 要創建空集合,可不帶參數調用 set() 。
  2. 打印出來的空集合表現形式看起來有點兒怪。也許,您期望看到一個 {} 吧 ?該符號表示一個空的字典,而不是一個空的集合。本章稍后您將學到關于字典的內容。
  3. 盡管打印出的形式奇怪,這 確實是 一個集合……
  4. …… 同時該集合沒有任何成員。
  5. 由于從 Python 2 沿襲而來歷史的古怪規定,不能使用兩個花括號來創建空集合。該操作實際創建一個空字典,而不是一個空集合。

修改集合

有兩種方法可向現有集合中添加值: add() 方法和 update() 方法。

>>> a_set = {1, 2}
>>> a_set.add(4)  ①
>>> a_set
{1, 2, 4}
>>> len(a_set)    ②
3
>>> a_set.add(1)  ③
>>> a_set
{1, 2, 4}
>>> len(a_set)    ④
3
  1. add() 方法接受單個可以是任何數據類型的參數,并將該值添加到集合之中。
  2. 該集合現在有三個成員了。
  3. 集合是裝 唯一值 的袋子。如果試圖添加一個集合中已有的值,將不會發生任何事情。將不會引發一個錯誤;只是一條空操作。
  4. 該集合 仍然 只有三個成員。
>>> a_set = {1, 2, 3}
>>> a_set
{1, 2, 3}
>>> a_set.update({2, 4, 6})                       ①
>>> a_set                                         ②
{1, 2, 3, 4, 6}
>>> a_set.update({3, 6, 9}, {1, 2, 3, 5, 8, 13})  ③
>>> a_set
{1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 13}
>>> a_set.update([10, 20, 30])                    ④
>>> a_set
{1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 13, 20, 30}
  1. update() 方法僅接受一個集合作為參數,并將其所有成員添加到初始列表中。其行為方式就像是對參數集合中的每個成員調用 add() 方法。
  2. 由于集合不能包含重復的值,因此重復的值將會被忽略。
  3. 實際上,可以帶任何數量的參數調用 update() 方法。如果調用時傳遞了兩個集合, update() 將會被每個集合中的每個成員添加到初始的集合當中(丟棄重復值)。
  4. update() 方法還可接受一些其它數據類型的對象作為參數,包括列表。如果調用時傳入列表,update() 將會把列表中所有的元素添加到初始集合中。

從集合中刪除元素

有三種方法可以用來從集合中刪除某個值。前兩種,discard() 和 remove() 有細微的差異。

>>> a_set = {1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45}
>>> a_set
{1, 3, 36, 6, 10, 45, 15, 21, 28}
>>> a_set.discard(10)                        ①
>>> a_set
{1, 3, 36, 6, 45, 15, 21, 28}
>>> a_set.discard(10)                        ②
>>> a_set
{1, 3, 36, 6, 45, 15, 21, 28}
>>> a_set.remove(21)                         ③
>>> a_set
{1, 3, 36, 6, 45, 15, 28}
>>> a_set.remove(21)                         ④
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 21
  1. discard() 接受一個單值作為參數,并從集合中刪除該值。
  2. 如果針對一個集合中不存在的值調用 discard() 方法,它不進行任何操作。不產生錯誤;只是一條空指令。
  3. remove() 方法也接受一個單值作為參數,也從集合中將其刪除。
  4. 區別在這里:如果該值不在集合中,remove() 方法引發一個 KeyError 例外。

就像列表,集合也有個 pop() 方法。

>>> a_set = {1, 3, 6, 10, 15, 21, 28, 36, 45}
>>> a_set.pop()                                ①
1
>>> a_set.pop()
3
>>> a_set.pop()
36
>>> a_set
{6, 10, 45, 15, 21, 28}
>>> a_set.clear()                              ②
>>> a_set
set()
>>> a_set.pop()                                ③
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'pop from an empty set'
  1. pop() 方法從集合中刪除某個值,并返回該值。然而,由于集合是無序的,并沒有“最后一個”值的概念,因此無法控制刪除的是哪一個值。它基本上是隨機的。
  2. clear() 方法刪除集合中 所有 的值,留下一個空集合。它等價于 a_set = set(),該語句創建一個新的空集合,并用之覆蓋 a_set 變量的之前的值。
  3. 試圖從空集合中彈出某值將會引發 KeyError 例外。

常見集合操作

Python 的 集合 類型支持幾種常見的運算。

>>> a_set = {2, 4, 5, 9, 12, 21, 30, 51, 76, 127, 195}
>>> 30 in a_set                                                     ①
True
>>> 31 in a_set
False
>>> b_set = {1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 12, 15, 17, 18, 21}
>>> a_set.union(b_set)                                              ②
{1, 2, 195, 4, 5, 6, 8, 12, 76, 15, 17, 18, 3, 21, 30, 51, 9, 127}
>>> a_set.intersection(b_set)                                       ③
{9, 2, 12, 5, 21}
>>> a_set.difference(b_set)                                         ④
{195, 4, 76, 51, 30, 127}
>>> a_set.symmetric_difference(b_set)                               ⑤
{1, 3, 4, 6, 8, 76, 15, 17, 18, 195, 127, 30, 51}
  1. 要檢測某值是否是集合的成員,可使用 in 運算符。其工作原理和列表的一樣。
  2. union() 方法返回一個新集合,其中裝著 在兩個 集合中出現的元素。
  3. intersection() 方法返回一個新集合,其中裝著 同時 在兩個集合中出現的所有元素。
  4. difference() 方法返回的新集合中,裝著所有在 a_set 出現但未在 b_set 中的元素。
  5. symmetric_difference() 方法返回一個新集合,其中裝著所有 只在其中一個 集合中出現的元素。

這三種方法是對稱的。

# continued from the previous example
>>> b_set.symmetric_difference(a_set)                                       ①
{3, 1, 195, 4, 6, 8, 76, 15, 17, 18, 51, 30, 127}
>>> b_set.symmetric_difference(a_set) == a_set.symmetric_difference(b_set)  ②
True
>>> b_set.union(a_set) == a_set.union(b_set)                                ③
True
>>> b_set.intersection(a_set) == a_set.intersection(b_set)                  ④
True
>>> b_set.difference(a_set) == a_set.difference(b_set)                      ⑤
False
  1. a_set 與 b_set 的對稱差分 看起來 和b_set 與 a_set 的對稱差分不同,但請記住:集合是無序的。任何兩個包含所有同樣值(無一遺漏)的集合可認為是相等的。
  2. 而這正是這里發生的事情。不要被 Python Shell 對這些集合的輸出形式所愚弄了。它們包含相同的值,因此是相等的。
  3. 對兩個集合的 Union[并集]操作也是對稱的。
  4. 對兩個集合的 Intersection[交集]操作也是對稱的。
  5. 對兩個集合的 Difference[求差]操作不是對稱的。這是有意義的;它類似于從一個數中減去另一個數。操作數的順序會導致結果不同。

最后,有幾個您可能會問到的問題。

>>> a_set = {1, 2, 3}
>>> b_set = {1, 2, 3, 4}
>>> a_set.issubset(b_set)    ①
True
>>> b_set.issuperset(a_set)  ②
True
>>> a_set.add(5)             ③
>>> a_set.issubset(b_set)
False
>>> b_set.issuperset(a_set)
False
  1. a_set 是 b_set 的 子集 — 所有 a_set 的成員均為 b_set 的成員。
  2. 同樣的問題反過來說, b_set 是 a_set 的 超集,因為 a_set 的所有成員均為 b_set 的成員。
  3. 一旦向 a_set 添加一個未在 b_set 中出現的值,兩項測試均返回 False 。

布爾上下文環境中的集合

可在 if 這樣的 布爾類型上下文環境中 使用集合。

>>> def is_it_true(anything):
...   if anything:
...     print("yes, it's true")
...   else:
...     print("no, it's false")
...
>>> is_it_true(set())          ①
no, it's false
>>> is_it_true({'a'})          ②
yes, it's true
>>> is_it_true({False})        ③
yes, it's true
  1. 在布爾類型上下文環境中,空集合為假值。
  2. 任何至少包含一個上元素的集合為真值。
  3. 任何至少包含一個上元素的集合為真值。元素的值無關緊要。

?

字典

字典 是鍵值對的無序集合。向字典添加一個鍵的同時,必須為該鍵增添一個值。(之后可隨時修改該值。) Python 的字典為通過鍵獲取值進行了優化,而不是反過來。

?Python 中的字典與 Perl 5 中的 hash [散列]類似。在 Perl 5 中,散列存儲的變量總是以一個 % 符開頭。在 Python 中,變量可以隨意命名,而 Python 內部跟蹤其數據類型。

創建字典

創建字典非常簡單。其語法與 集合 的類似,但應當指定鍵值對而不是值。有了字典后,可以通過鍵來查找值。

>>> a_dict = {'server': 'db.diveintopython3.org', 'database': 'mysql'}  ①
>>> a_dict
{'server': 'db.diveintopython3.org', 'database': 'mysql'}
>>> a_dict['server']                                                    ②
'db.diveintopython3.org'
>>> a_dict['database']                                                  ③
'mysql'
>>> a_dict['db.diveintopython3.org']                                    ④
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
KeyError: 'db.diveintopython3.org'
  1. 首先,通過將兩個字典項指定給 a_dict 變量創建了一個新字典。每個字典項都是一組鍵值對,整個字典項集合都被大括號包裹在內。
  2. 'server' 為鍵,通過 a_dict['server'] 引用的關聯值為 'db.diveintopython3.org' 。
  3. 'database' 為鍵,通過 a_dict['database'] 引用的關聯值為 'mysql' 。
  4. 可以通過鍵獲取值,但不能通過值獲取鍵。因此 a_dict['server'] 為 'db.diveintopython3.org',而 a_dict['db.diveintopython3.org'] 會引發例外,因為 'db.diveintopython3.org' 并不是鍵。

修改字典

字典沒有預定義的大小限制。可以隨時向字典中添加新的鍵值對,或者修改現有鍵所關聯的值。繼續前面的例子:

>>> a_dict
{'server': 'db.diveintopython3.org', 'database': 'mysql'}
>>> a_dict['database'] = 'blog'  ①
>>> a_dict
{'server': 'db.diveintopython3.org', 'database': 'blog'}
>>> a_dict['user'] = 'mark'      ②
>>> a_dict                       ③
{'server': 'db.diveintopython3.org', 'user': 'mark', 'database': 'blog'}
>>> a_dict['user'] = 'dora'      ④
>>> a_dict
{'server': 'db.diveintopython3.org', 'user': 'dora', 'database': 'blog'}
>>> a_dict['User'] = 'mark'      ⑤
>>> a_dict
{'User': 'mark', 'server': 'db.diveintopython3.org', 'user': 'dora', 'database': 'blog'}
  1. 在字典中不允許有重復的鍵。對現有的鍵賦值將會覆蓋舊值。
  2. 可隨時添加新的鍵值對。該語法與修改現有值相同。
  3. 新字典項(鍵為 'user',值為 'mark')出現在中間。事實上,在第一個例子中字典項按順序出現是個巧合;現在它們不按順序出現同樣也是個巧合。
  4. 對既有字典鍵進行賦值只會用新值替代舊值。
  5. 該操作會將 user 鍵的值改回 "mark" 嗎?不會!仔細看看該鍵——有個大寫的 U 出現在 "User" 中。字典鍵是區分大小寫的,因此該語句創建了一組新的鍵值對,而不是覆蓋既有的字典項。對你來說它們可能是一樣的,但對于 Python 而言它們是完全不同的。

混合值字典

字典并非只能用于字符串。字典的值可以是任何數據類型,包括整數、布爾值、任何對象,甚至是其它的字典。而且就算在同一字典中,所有的值也無須是同一類型,您可根據需要混合匹配。字典的鍵要嚴格得多,可以是字符串、整數和其它一些類型。在同一字典中也可混合、匹配使用不同數據類型的鍵。

實際上,您已經在 your first Python program 見過一個將非字符串用作鍵的字典了。

SUFFIXES = {1000: ['KB', 'MB', 'GB', 'TB', 'PB', 'EB', 'ZB', 'YB'],
            1024: ['KiB', 'MiB', 'GiB', 'TiB', 'PiB', 'EiB', 'ZiB', 'YiB']}

讓我們在交互式 shell 中剖析一下:

>>> SUFFIXES = {1000: ['KB', 'MB', 'GB', 'TB', 'PB', 'EB', 'ZB', 'YB'],
...             1024: ['KiB', 'MiB', 'GiB', 'TiB', 'PiB', 'EiB', 'ZiB', 'YiB']}
>>> len(SUFFIXES)      ①
2
>>> 1000 in SUFFIXES   ②
True
>>> SUFFIXES[1000]     ③
['KB', 'MB', 'GB', 'TB', 'PB', 'EB', 'ZB', 'YB']
>>> SUFFIXES[1024]     ④
['KiB', 'MiB', 'GiB', 'TiB', 'PiB', 'EiB', 'ZiB', 'YiB']
>>> SUFFIXES[1000][3]  ⑤
'TB'
  1. 類似 列表 和 集合 ,len() 函數將返回字典中鍵的數量。
  2. 而且像列表和集合一樣,可使用 in 運算符以測試某個特定的鍵是否在字典中。
  3. 1000 是 字典 SUFFIXES 的一個鍵;其值為一個 8 元素列表(確切地說,是 8 個字符串)。
  4. 同樣, 1024 是字典 SUFFIXES 的鍵;其值也是一個 8 元素列表。
  5. 由于 SUFFIXES[1000] 是列表,可以通過它們的 0 基點索引來獲取列表中的單個元素。

布爾上下文環境中的字典

可以在 if 這樣的 布爾類型上下文環境中 使用字典。

>>> def is_it_true(anything):
...   if anything:
...     print("yes, it's true")
...   else:
...     print("no, it's false")
...
>>> is_it_true({})             ①
no, it's false
>>> is_it_true({'a': 1})       ②
yes, it's true
  1. 在布爾類型上下文環境中,空字典為假值。
  2. 至少包含一個鍵值對的字典為真值。

?

None

None 是 Python 的一個特殊常量。它是一個 空 值。None 與 False 不同。None 不是 0 。None 不是空字符串。將 None 與任何非 None 的東西進行比較將總是返回 False 。

None 是唯一的空值。它有著自己的數據類型(NoneType)。可將 None 賦值給任何變量,但不能創建其它 NoneType 對象。所有值為 None 變量是相等的。

>>> type(None)
<class 'NoneType'>
>>> None == False
False
>>> None == 0
False
>>> None == ''
False
>>> None == None
True
>>> x = None
>>> x == None
True
>>> y = None
>>> x == y
True

布爾上下文環境中的 None

在 布爾類型上下文環境中, None 為假值,而 not None 為真值。

>>> def is_it_true(anything):
...   if anything:
...     print("yes, it's true")
...   else:
...     print("no, it's false")
...
>>> is_it_true(None)
no, it's false
>>> is_it_true(not None)
yes, it's true

?

深入閱讀

? 2001–9 Mark Pilgrim

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