Python列表与元组的思考

导论

首先，举一个例子：

a = [1, 2, 3]
b = (1, 2, 3)
print(id(a)) # To print the identity of a
print(id(b)) # To print the identity of b
a += [4, 5] # a = a + [4, 5]
# That is, a.extend([4, 5])
b += (4, 5) 
print(a)
print(b)
print(id(a)) # To print the identity of a
print(id(b)) # To print the identity of b

程序的运行结果如下所示（id取决与特定的运行环境）。

139996770046400
139996770056448
[1, 2, 3, 4, 5]
(1, 2, 3, 4, 5)
139996770046400
139996770061184

实际上我们只进行了一个十分简单的操作，对于列表而言，我们可以发现连接的操作是in-place的，因为操作前后a都是指向了该列表，严格来说，引用没有发生变化。

对于元组而言，我们发现操作前后引用是发生了变化的，因为元组是不可变的列表，对元组进行连接的过程，实际上创建了一个新的元组，这个操作不是in-place的。然后将b指向了这个新的元组，至于原先的元组(1, 2 ,3)的回收就交给垃圾回收机制。

从上述的讨论，我们可以得出一个重要的结论：

元组应保持其应有的特性，不应该尝试去更新元组，因为这样的更新往往是不高效的。对于列表而言，更新是in-place的。

元组里面的列表

问题的叙述

下面的讨论基于《Fluent Python》¹的第二章中的《Augmented assignment with sequences》。

我们看下面的例子：

t = (1, 2, [30, 40])
t[2] += [50, 60]

我们给出四个答案：

• t 变成 (1, 2, [30, 40, 50, 60])
• 会产生TypeError的异常
• 上述都不发生
• 上述都会发生

从经验上以及直观上，你或许认为会产生TypeError的异常，但实际上正确的答案应该是第四个：上述都会发生。

尝试在IDLE运行Python程序如下图所示：

产生了异常，但是t的值也发生了变化，我们借助一个工具分析²，对上述的Python代码可视化：

我们可以看到，t 指向了一个元组，而元组的第二个元素指向了一个列表。然后我们执行下一步操作：

我们可以看到，产生了异常，同时列表的值发生了变化。

问题的解释

问题出在哪个问题，在于+=这个运算符，从上述的讨论过程可以得知，+=的操作并不是原子式的，对于表达式t[2] += [50,60] 首先执行的是t[2] + [50, 60]，这一步是可以执行的，因为t[2]指向的是一个列表，列表是可变的，但是t[2]是元组的一个元素，是不允许改变的，也就是不可以进行赋值的。但是t[2]的值发生了变化。

问题的结论与反思

从上述的讨论中，我们可以得出一个十分重要的结论 += 并不是原子式的操作，产生了异常却修改了元组元素的值。但更重要的是，我们应该意识到：

元组不应该包含列表，元组应保持其不变的特性，否则会产生Bug。

后记

本思考基于对《Fluent Python》的学习，作者在此也只是抛砖引玉罢了，对问题的讨论或许也是不够深刻，若有不对的地方，及表达不清欠妥的地方，还请各位谅解。

参考

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1. Ramalho L. Fluent python: Clear, concise, and effective programming[M]. " O’Reilly Media, Inc.", 2015. ↩︎

2. Python代码执行可视化web工具 ↩︎