《流畅的Python》Data Structures--第2章序列array

第二部分 Data Structure

• Chapter2 An Array of Sequences
• Chapter3 Dictionaries and Sets
• Chapter4 Text versus Bytes

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An Array of Sequences

本章讨所有的序列包括list，也讨论Python3特有的str和bytes。

也涉及，list， tuples, arrays, queues。

概览内建的序列

分类

Container swquences: 容器类型数据

• list, tuple
• collections.deque: 双向queue。

Flat sequences: 只存放单一类型数据

• str,
• bytes, bytearray, memoryview ： 二进制序列类型
• array.array:  array模块中的array类。一种数值数组。即只储存字符，整数，浮点数。

分类2:

Mutable sequences:

• list, bytearray, array.array
• collections.deque
• memoryview

Immutable sequences：tuple, str, bytes

⚠️，内置的序列类型，并非直接从Sequence和MutableSequence这两个抽象基类（Abstract Base Class ,ABC）继承的。

了解这些基类，有助于我们总结出那些完整的序列类型包括哪些功能。

List Comprehensions and Generator Expressions

可以简写表示:listcomps, genexps。

例子：使用list推导式。

#
>>> symbols = '$¢£¥€¤'
>>> codes = [ord(symbol) for symbol in symbols]
>>> codes
[36, 162, 163, 165, 8364, 164]

ord(c)是把字符转化为Uicode对应的数值.

列表推导式的好处：

• 比直接用for语句，更方便。也同样好理解。
• 类似函数, 会产生局部作用域，不会再有变量泄露的问题。

map()和filter组合

symbols = '$¢£¥€¤'
beyond_ascii = list(filter(lambda c: c > 127, map(ord, symbols)))
print(beyond_ascii)

map(func, iterable) -> iterator

速度上list comprehensions更快。

Generator Expressions

Listcomps只能产生一个list，而genexps可以产生其他类型的序列。

它遵守迭代器协议，逐个产生元素。

例子，利用genexps产生tuple和array.array

symbols = '$¢£¥€¤'
a = tuple(ord(symbol) for symbol in symbols)
print(a)
 
import array
arr = array.array("I", (ord(symbol) for symbol in symbols))
print(arr)
print(arr[0])

colors = ['black', 'white']
sizes = ['S', 'M', 'L']
a = ('%s %s' % (c, s) for c in colors for s in sizes)
print(a)
#产生一个生成器表达式<generator object <genexpr> at 0x10351b3c0>

⚠️函数生成器，要加yield关键字。

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Tuples are not just Immutable lists

tuple除了是不可变数组/列表。

另有一个功能体现： 储存从数据库提取的一条记录：record， 但这个record没有field name，只有value。

例如：

traveler_ids = [('USA', ''), ('BRA', 'CE342567'),
                ('ESP', 'XDA205856')]
for passport in sorted(traveler_ids):
    print('%s/%s' % passport)
 
for country, _ in traveler_ids:
    print(country)

#输出
BRA/CE342567
ESP/XDA205856
USA/31195855
USA
BRA
ESP

⚠️：_是一个占位符。

tuple unpacking

一个习惯用法产生的概念：

>>> lax_coordinates = (33.9425, -118.408056)
>>> latitude, longitude = lax_coordinates # tuple unpacking >>> latitude
33.9425
>>> longitude
-118.408056

下面的赋值代码省略了中间变量 ：

>>>b,a=a,b
#等同于
x = (a, b)
b, a = x

这个概念也可以用到其他的类型上，如list。range(), dict。

>>> a, b, *rest = range(3)
>>> a, b, rest
(0, 1, [2])

⚠️使用*号抓起过多的item

有拆包，就有打包：

>>> o = 1
>>> n = 2
>>> o, n
(1, 2)

Nested Tuple Unpacking  嵌套tuple的解包

只要表达式左边的结构，符合嵌套元祖的结构，嵌套tuple也可以解包

>>> x = ('Tokyo','JP',36.933,(35.689722,139.691667))
>>> name, cc, pop, (latitude, longitude) = x
>>> name
'Tokyo'
>>> longitude
139.691667

Named Tuples --一个tuple的子类

具有tuple的方法，同时也有自己的方法和属性。

因为tuple具有拆包封包的特性，用起来很方便。

⚠️list拆包后，再封包，得到的是tuple类型。

>>> a = list(range(2))
>>> a
[0, 1]
>>> x,y = a
>>> x
0
>>> y
1
>>> x, y
(0, 1)
>>> z = x ,y
>>> z
(0, 1)

但是，如果把tuple类型用在一条数据库记录上：因为缺少fields字段。就很不方便，因此出现了Tuples类的子类named tuples。

使用工厂函数：collections.namedtuple(typename, field_names, *)

• field_names可以是['x', 'y']也可以是"x, y, z"或"x y z"

下例子：创建一个子类City, 它的父类是tuple。即Ciyt.__bases__返回(<class 'tuple'>,)

from collections import namedtuple
 
Card = namedtuple("Card", ['rank', 'suit'])
 
City = namedtuple('City', 'name country population coordinates')
tokyo = City('Tokyo', 'JP', 36.933, (35.689722, 139.691667))
print(tokyo)
#City(name='Tokyo', country='JP', population=36.933, coordinates=(35.689722, 139.691667))

⚠️内存一样

namedtuple和tuple的实例，占用的内存是一样的。因为namedtuple实例把字段名储存在了对应的类中。

因为结构固定，所以可以像dict一样显示key=value；

Tu = ('Tokyo', 'JP', 36.933, (35.689722, 139.691667))
import sys
print(sys.getsizeof(tokyo))
print(sys.getsizeof(Tu))
#
#

类方法

_fields: 返回类的所有的field的名字。

>>> City._fields
('name', 'country', 'population', 'coordinates')

_asdict:返回一个对应field字段的dict:

print(tokyo._asdict())
 
#返回一个dict  {'name': 'Tokyo', 'country': 'JP', 'population': 36.933, 'coordinates': (35.689722, 139.691667)}

_make()： 接受一个可迭代对象来生成这个类的一个实例。等同于City(*tokyo)。

小结：

因为namedtuple的功能扩展，这个类就支持从数据库读取一条记录。但是因为是tuple的子类，不能对记录进行修改。

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Slicing  --切片的高级用法

list, tuple, str这些sequences类都支持slicing。

Why Slices and Range Exclude the last Item?

就是习惯。真要找原因：

•  my_list[:x] and my_list[x:]合起来就是my_list
• a[:3], 直接清楚的表示这个切片包括3个item。
• a[2:6], 6-2等于4。表示这个切片包括四个item。

Slice Objects

切片对象的用途：

一个有固定格式纯文本文件，需要对这个文件的每一行都进行相同的切片操作，那么使用Slice对象保存这种切片的起始位置和step。

之后无需反复重写切片了。

例子：

#invoice.txt
0.....6.................................40........52...55........
1909 Pimoroni PiBrella                      $17.50    3    $17.50
1489 6mm Tactile Switch x20                  $4.95    2     $9.90
1510 Panavise Jr. - PV-201                  $28.00    1    $28.00

#首先，读取文本文件的内容
with open('invoice.txt', 'r') as invoice:
    line_items = invoice.read()
#然后，按照文本内的格式，创建3个切片对象，
sku = slice(0, 6)
description = slice(6, 40)
unit_price = slice(40, 52)
#最后，逐行打印切片的结果
for item in line_items.split('\n')[1:]:
    print(item[unit_price], item[description])

直接使用切片对象的好处，方便代码的管理和维护。用自然语言描述要切片的字符串。

class slice(start=None, stop[, step=None])

返回一个slice对象。start,step默认为None。

slice对象有三个只读的数据属性（就是instance variable）start, stop, step

>>> a
slice(0, 6, None)
>>> type(a).__dict__.keys()
dict_keys(['__repr__', '__hash__', '__getattribute__', '__lt__', '__le__', 
'__eq__', '__ne__', '__gt__', '__ge__', '__new__', 'indices', '__reduce__', 'start', 'stop', 'step', '__doc__'])
>>> a.start
0
>>> a.stop
6

给切片赋值

• 可以给切片赋值，值必须是可迭代对象。替换原list中的元素。

• 但如果切片start等于stop，则相当于插入了。

⚠️可参考源码(c写的)或这篇文章https://www.the5fire.com/python-slice-assignment-analyse-souce-code.html

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Pythong, Ruby都支持对序列类型进行+和*操作

需要注意*操作对嵌套list：

>>> d = [[""]*3]*3
>>> d
[['', '', ''], ['', '', ''], ['', '', '']]
>>> d[1][1] = 's'
>>> d
[['', 's', ''], ['', 's', ''], ['', 's', '']] 

相当于：

>>> a = ['']*3
>>> a
['', '', '']
>>> b = [a]*3
>>> b
[['', '', ''], ['', '', ''], ['', '', '']]
>>> b[1][1] = "x"
>>> b
[['', 'x', ''], ['', 'x', ''], ['', 'x', '']]

⬆️例子，列表b，使用了3次a。b相当于[a, a, a]。

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Augmented Assignment with Sequences  序列的增量赋值操作符 *=, +=

+=的背后是__iadd__方法，即（in-place addition，翻译过来就是，在当场进行加法运算，简单称为就地运算。）

这是因为a.+= b中的a 的内存地址不发生变化，所以称为就地运算。

⚠️但是，是否执行就地运算，要看type(a)是否包括__iadd__这个方法了。如果没有，则只相当于a = a + b, 新的a是一个新的对象。

• 可变序列支持__iadd__
• 不可变序列当然不支持了。比如tuple就不支持。
• ⚠️str作为不可变序列，支持__iadd__，这是因为在循环内对str做+=太普遍了。因此对它做了优化，str实例初始化内存时预留了足够的空间，因此不会复制原有的字符串到新内存位置，

>>> l = list(range(3))
>>> l
[0, 1, 2]
>>> id(l)
4421232256
>>> l *= 2
>>> id(l)
4421232256

同样 *=及其他增量赋值操作符 都是这样。

关于+=的 Puzzler

>>> t = (1, 2, [30, 40])
>>> t[2] += [50,60]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
>>> t
(1, 2, [30, 40, 50, 60])

这个例子，完成了操作之后报告了❌。原因分析：

需要前置知识点：字节码，dis模块。 code object等知识。

模块dis：https://docs.python.org/zh-cn/3/library/dis.html  字节码反汇编器

什么是字节码？

字节码就是把可读的源码通过编译转化为bytecode，字节码还需要解释器才能转换为机器代码，所以字节码是一种中间代码。

操作系统都支持字节码转化，因此字节码可以用到不同系统中，通过转化为机器码直接在硬件上运行。

而且字节码也可以逐条执行。有了解释型语言的特点。

Python源代码会被编译成bytecode, 即Cpython解释器中表示Python程序的内部代码。它会缓存在.pyc文件(在文件夹__pycache__)内，这样第二次执行同一文件时速度更快。

具体见博文：https://www.cnblogs.com/chentianwei/p/12002967.html

再说上面的例子: dis.dis(x)：反汇编x对象。

>>> dis.dis('s[a] += b')
  1           0 LOAD_NAME                0 (s)     #把s推入计算栈
              2 LOAD_NAME                1 (a)      #把a推入计算栈
              4 DUP_TOP_TWO                         # 复制顶部的两个引用，无需从栈取出item
              6 BINARY_SUBSCR                      #执行计算: TOS = TOS1[TOS], 即把s[a]的值推入计算栈（TOS代表栈的顶部）, 现在栈里有3个item.
              8 LOAD_NAME                2 (b)     #把b推入栈
             10 INPLACE_ADD                         #Tos = tos1+ tos, 即先从栈取出前2个item, 然后s[a] + b的结果推入栈。
             12 ROT_THREE　　　　　　　　　　　　　　　　# 将第2个，第三个栈项向上提升一个位置，栈顶部的项移动到第3个位置。
             14 STORE_SUBSCR　　　　　　　　　　　　　　#  tos1[tos] = tos3
             16 LOAD_CONST               0 (None)
             18 RETURN_VALUE
    

 t[2] += [50,60]

当进行到上面