PythonI/O进阶学习笔记_4.自定义序列类(序列基类继承关系/可切片对象/推导式)

前言：

本文代码基于python3

Content：

1.python中的序列类分类

2. python序列中abc基类继承关系

3. 由list的extend等方法来看序列类的一些特定方法

4. list这种序列类的一大特点：切片。和如何实现可切片对象。到如何自定义一个序列类。

5. biset维护排序序列

6. 什么时候使用list

7.列表推导式、生成器表达式、字典推导式

1.python中的序列类分类

a.什么是python的序列类?

之前提到的魔法函数这种时候就很重要啦。满足序列类相关的协议就称为python里的序列类。python内置的序列类有dict、tuple、list等。

而我们自定义序列类的话，由于魔法函数的存在。序列的相关魔法方法允许我们自己创建的类拥有序列的特性，让其使用起来就像 python 的内置序列。

b.python按分类来看有哪些序列类？

-  容器序列：list，tuple，deque（可以放任意的类型的容器）

-  扁平序列：str，bytes，bytearray，array.array（可以使用 for循环遍历的）

-  可变序列：list，deque，bytearray，array

-  不可变：str，tuple，bytes

ps.这里推荐一本书 fluent python

Python标准库提供了大量使用C来实现的序列类型，

从序列中的元素类型是否一致作为标准，包括容器序列（Container sequences，包括list、tuple、collections.deque等）和固定序列（Flat sequences，包括str、bytes、bytearray、memoryview、array.array）等。

ps.容器序列中实际存放的元素是对其他任意对象的引用，而固定序列中存放是真正的是元素值，因此所有的元素必须是相同类型，并且只能是Python基本类型（字符、字节、数字等）的数据。

如果从序列中的元素是否能够被修改的标准来看，Python的序列类型又分为可变序列（Mutable sequences，包括list、bytearray、array.array、collections.deque、memoryview等）和不可变序列（Immutable sequences，包括tuple、str、bytes等）

c.序列常见操作

索引(index) 分片(slicing) 序列相加(拼接) 乘法(重复) 成员资格(in) 长度(len) max() min() 可以迭代
sorted enumerate zip filter map

2. python序列中的abc继承关系

在python的collection模块中，有abc模块，和容器相关的抽象基类和数据结构都在其中。

那么abc模块中，具体有哪些类呢？

其中，Sequence就是不可变序列的方法集合的抽象基类，MutableSequence是集合了可变序列的方法和协议的抽象基类。

这些抽象类之间的关系：

a.可变序列（MutableSequence）从不可变序列（Sequence）那里继承了一些方法.

b.Sequence继承了collection，collection又继承了Sized、Container、Iterable

c.python的内置序类型并没有直接继承这些基类，但是这些基类定义了某种特性序列的方法和协议，了解这些基类间的继承关系能很好的帮助我们了解python的内置序列类型。

综上可得图：

3. 由list的extend等方法来看序列类的一些特定方法调用

对list序列进行添加操作一般有几种方法？

+、+=、extend、append

这里有几个好玩的地方：

a.+和+=的区别

可以看到+=的对象可以是tuple，而+不可以。

实际上+=是调用了一个魔法函数 __iadd__实现的。使用+=的时候，实际上还是调用了extend方法。

extend传递的参数类型是可迭代类型，用for循环，它会遍历可迭代的类型，一个个加到列表里。

b.extend、append的区别

上面已经贴出了extend的实现，现在看append的实现：

很明显的一点，一个直接用insert把对象插入，一个遍历对象加入。

4. list这种序列类的一大特点：切片。和如何实现可切片对象。到如何自定义一个序列类。

a.python的切片的一些用法：

alist = [3,4,5,6,7,9,11,13,15,17]
print(alist[::]) # 返回包含原列表中所有元素的新列表
print(alist[::-1]) # 返回原列表的逆序排列
print(alist[::2]) # 返回原列表的偶数位数据
print(alist[1::2]) # 获取奇数位置的数据
print(alist[3:6]) # 指定切片的开始和结束位置
print(alist[0:100]) # 切片位置大于列表长度时,从列表尾部截断
print(alist[100:]) # 切片开始位置大于列表长度时,返回空列表
alist[len(alist):]=[9] # 在列表尾部增加元素
print(alist)
alist[:0] = [1,2] # 前面的0省略了,相当于是alist[0:0] = [1,2]
print(alist)      # 在列表的头部增加元素
alist[3:3] =[4] # 在列表中间插入元素
print(alist)
alist[:3] = [1,2] # 相当于是alist[0:3] = [1,2] 替换列表元素
alist[3:] = [4,5,6] # 替换元素,结果按照两边的最短元素来决定.
print(alist)
alist[:3] = []  # 删除列表中前三个元素
del alist[:3] # 切片元素连续
del alist[::2] # 隔一个删除一个,切片元素不连续

b.自己实现一个可切片的序列类（包括可切片、可添加等内置序列类型有的操作）

自定义序列的相关魔法方法允许我们自己创建的类拥有序列的特性，让其使用起来就像 python 的内置序列（dict,tuple,list,string等）。

如果要实现这个功能，就要遵循 python 的相关的协议。所谓的协议就是一些约定内容。例如，如果要将一个类要实现迭代，可以实现__iter__() 或者 __getitem__()其中一个方法。

例子：自定义一个可以被切片的Group类：

import numbers

class Group:
    # 支持切片操作
    def __init__(self, group_name, company_name, staffs):
        self.group_name = group_name
        self.company_name = company_name
        self.staffs = staffs

    def __reversed__(self):
        self.staffs.reverse()

    # 因为object[] 和 object[::]都会调动这个方法
    def __getitem__(self, item):
        # 取到class
        cls = type(self)
        #判断传递进来的是slice类型还是int类型，返回不同的类型和操作，
        if isinstance(item, slice):
            return cls(group_name=self.group_name, company_name=self.company_name,
                       staffs=self.staffs[item])
        if isinstance(item, numbers.Integral):
            return self.staffs[item]

    def __iter__(self):
        return iter(self.staffs)

    def __len__(self):
        return len(self.staffs)

    def __str__(self):
        return '组员有:{}'.format(self.staffs)

    def __contains__(self, item):
        if item in self.staffs:
            return True
        else:
            return False

staffs = ['tangrong1', '', '', '']
group = Group('A', 'TR', staffs=staffs)
sub_group = group[:2]
print(group)
print(sub_group)

if 'A' in group:  # 这里会调用__contains__魔法函数
    print('yes')

for item in group:
    print(item)

reversed(group) # 实际上是调用了__reversed__魔法函数
print(group)

输出正常。

一些相关的魔法函数：

• __len__(self)  返回容器的长度。可变和不可变容器都要实现它，这是协议的一部分。

• __getitem__(self, key)   定义当某一项被访问时，使用self[key]所产生的行为。这也是可变容器和不可变容器协议的一部分。如果键的类型错误将产生TypeError；如果key没有合适的值则产生KeyError。

• __setitem__(self, key, value)  定义当一个条目被赋值时，使用self[key] = value所产生的行为。这也是可变容器协议的一部分。而且，在相应的情形下也会产生KeyError和TypeError。

• __delitem__(self, key)  定义当某一项被删除时所产生的行为。（例如del self[key]）。这是可变容器协议的一部分。当你使用一个无效的键时必须抛出适当的异常。

• __iter__(self)  返回一个迭代器，尤其是当内置的iter()方法被调用的时候，以及当使用for x in container:方式进行循环的时候。  迭代器要求实现next方法（python3.x中改为__next__）,并且每次调用这个next方法的时候都能获得下一个元素，元素用尽时触发 StopIteration 异常。          而其实 for 循环的本质就是先调用对象的__iter__方法，再不断重复调用__iter__方法返回的对象的 next 方法，触发 StopIteration 异常时停止，并内部处理了这个异常，所以我们看不到异常的抛出。    这种关系就好像接口一样。

ps:

可迭代对象：对象实现了一个__iter__方法，这个方法负责返回一个迭代器。

迭代器：内部实现了next（python3.x为__next__）方法，真正负责迭代的实现。当迭代器内的元素用尽之后，任何的进一步调用都之后触发 StopIteration 异常，所以迭代器需要一个__iter__方法来返回自身。
所以大多数的迭代器本身就是可迭代对象。这使两者的差距进一步减少。

但是两者还是不同的，如果一个函数要求一个可迭代对象（iterable），而你传的迭代器（iterator）并没有实现__iter__方法，那么可能会出现错误。

不过一般会在一个类里同时实现这两种方法（即是可迭代对象又是迭代器），此时__iter__方法只要返回self就足够的了。当然也可以返回其它迭代器。

• __reversed__(self)  实现当reversed()被调用时的行为。应该返回序列反转后的版本。仅当序列是有序的时候实现它，例如列表或者元组。

• __contains__(self, item)  定义了调用in和not in来测试成员是否存在的时候所产生的行为。这个不是协议要求的内容，但是你可以根据自己的要求实现它。当__contains__没有被定义的时候，Python会迭代这个序列，并且当找到需要的值时会返回True。

• __missing__(self, key)  其在dict的子类中被使用。它定义了当一个不存在字典中的键被访问时所产生的行为。（例如，如果我有一个字典d，当"george"不是字典中的key时，使用了d["george"]，此时d.__missing__("george")将会被调用）。

5. biset维护排序序列

a.biset模块干嘛的。模块里的insort干嘛的

bisect是针对序列类型来的，维持一个升序的序列，用二分查找来维持一个可排序的序列。

insort： 插入 bisect right是默认方式

 

b.用法：

6. 什么时候不应该使用list而用array

list和array的区别：

list是一个容器，装任何类型的数据。而array只能装指定类型的数据。

list内存空间不连续，array连续。

例子：用布隆过滤器的时候 就用了array。这时候array性能高list很多

 

7.列表推导式、生成器表达式、字典推导式

# 列表推导式
# 1.提取出1-20之间的奇数
odd_list = []
for i in range(21):
    if i % 2 == 1:
        odd_list.append(i)
print(odd_list)

# 使用列表推导式
odd_list = [x for x in range(21) if x % 2 == 1]
print(odd_list)

# 列表推导式的格式
# [on True for x in iteralbe 条件表达式(过滤)]

# 逻辑复杂的情况
def handle_item(item):
    return item * item

odd_list = [handle_item(x) for x in range(21) if x % 2 == 1]
print(odd_list)
# 列表表达式的前面可以是一个函数,也可以是一个函数,但是不能是匿名函数

# 生成器表达式,将列表推导式的[]改成(),就变成了生成器表达式
gen = (x for x in range(21) if x % 2 == 1)
print(gen)  # <generator object <genexpr> at 0x000001CF1B01C8E0>
print(type(gen))  # <class 'generator'>
for item in gen:
    print(item)

# 字典推导式,颠倒key和value
my_dict = {'bob1': 22, 'bob3': 23, 'bob4': 5}

reversed_dict = {value: key for key, value in my_dict.items()}
print(reversed_dict)

# 集合推导式 set
# 如何将一个字典的key全部放到一个集合当中.
my_set = {key for key in my_dict.keys()}
# 也可以使用
my_set = set(my_dict.keys())
print(type(my_set))
print(my_set)