一道Python題

最近有朋友“考”了我一個Python的題：使用+=和.extend()兩種方法擴展元組中的列表會發生什么。雖然我對Python中的可變數據類型、不可變數據類型的概念都有較深的理解，并且也對list的+、+=、.extend()、.append()做過性能分析，但是+=和.extend()兩者無論在表現(是否為原地址修改)以及性能上都非常近似，所以對兩者的區別還沒有明確的概念。為了解答這個問題，我我們先直接上代碼試驗一下：# 創建一個包含列表的元組：

>>> a_tuple = (1, 2, [])

>>> a_tuple[2] += ['a', 'b'] # (1)

Traceback (most recent call last):

File "", line 1, in

a_tuple[2] += ['a', 'b']

TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

>>> a_tuple[2].extend(['a', 'b']) # (2)

>>> a_tuple # (3)

(1, 2, ['a', 'b', 'a', 'b'])(1) 通過+=的方法擴展列表出現“元組不支持元素賦值”的報錯。

(2) 使用.extend()方法。

(3) 有趣的是，列表被擴展了兩次。雖然+=報錯，但是卻成功修改了列表。

Python中的可變數據類型和不可變數據類型

要解釋這個先從Python中的可變數據類型和不可變數據類型談起。可變數據類型可以在不改變內存地址的情況下對其進行修改。而不可變數據類型只能重新賦值綁定變量，這時變量的內存地址已經發生變化，而原地址的數據在沒有被其他變量引用后將被GC(garbage collector)回收：>>> a = 1

>>> id(a) # CPython通過id()查看變量a的內存地址

1942286128

>>> a += 1 # 對變量a進行修改

>>> id(a) # 這時內存地址已經發生變化

1942286160

>>> a_list = [1] # list為可變數據類型

>>> id(a_list)

2170470080648

>>> a_list.append(2)

>>> id(a_list) # 修改后內存地址沒有變化

2170470080648

元組不能修改？

學Python時教材里一般都會說元組不能修改，沒有.append()、.extend()、.insert()這些方法。沒錯，元組是不可變數據類型，確實不能修改。但是元組的元素可以是可變數據類型，而元組中保存的實際是可變數據類型的內存地址。所以通過對可變數據類型的修改，元組最終返回的數據是可以變化的。如果了解C語言中“指針”概念的話就很好懂了。

對于list這種可變數據類型，+=和.extend()有什么異同？

還是接上面那個例子：>>> id(a_list)

2170470080648

>>> a_list += [3]

>>> id(a_list) # 通過+=擴展list，內存地址沒有變化

2170470080648

>>> a_list.extend([4])

>>> id(a_list) # 通過.extend()擴展list，當然內存地址也不會變化

2170470080648

>>> a_list = a_list + [5] # 會這樣寫的真是個人才

>>> id(a_list) # 地址發生了變化

2170470080712

這樣來說+=和.extend()在修改list時都不會修改地址，那為什么題目中通過這兩種方法修改a_tuple中的list會有不同的結果呢？其實Python中兩者的行為確實不同：Python中的.extend()就是在原始內存地址上對list進行了擴展，沒有改變內存地址，也就不會報錯。

+= 在不可變對象中調用.__add__()(和+一致)；而在可變對象中調用的是.__iadd__()(原地址修改)。

.__iadd__()實際上已經成功在原地址修改了列表，但是它會對的a_tuple[2]進行重新賦值，而這一步引發了報錯，因為元組的元素不能修改。

怎么避免類似的坑？

我認為Tim Peters的《Zen of Python》(Python之禪)里有一句話很經典：There should be one-- and preferably only one --obvious way to do it.

——應當存在一種，而且更應該只有一種最好的解決方案。

所以我的回答是——你基本上不可能記住所有的特例，最簡單粗暴的方法就是意識到：當你遇到一個可能的坑，意味著這不是最好的解決方案，那就忘了它，然后記住最好的。在這里就是記住擴展列表用.extend()，忘記+=吧！

附：+、+=、.extend()、.append()的性能分析：import time

def cal_time(func):

def wrapper():

t1 = time.time()

func()

t2 = time.time()

print(t2-t1)

return wrapper

@cal_time

def func_a():

a = []

for x in range(100000):

a = a + [x]

@cal_time

def func_b():

a = []

for x in range(100000):

a += [x]

@cal_time

def func_c():

a = []

for x in range(100000):

a.extend([x])

@cal_time

def func_d():

a = []

for x in range(100000):

a.append(x)

func_a()

func_b()

func_c()

func_d()

Python 3.5.1測試結果：24.90237021446228 # a = a + [x]

0.01898360252380371 # a += [x]

0.02698493003845215 # a.extend([x])

0.013987541198730469 # a.append(x)

參考資料

在總結這篇文章的時候發現其實這個問題早已經在官方文檔的FAQ有非常明確的解答了，推薦閱讀：