来看看你对Python变量理解到位了没有

变量是编程的基础概念,Python 的变量也看似很简单,但是如果理解不当,生搬硬套,可能会遇到一些麻烦。

下面用 10 个代码示例展示 Python 的 变量 本质。

以下内容有对应的 视频 手把手详细讲解,更适合零基础小白。

1. 只是个名字

a 出现在赋值语句的左侧时,它仅仅代表一个 名字

a = 1024
a = 'davycloud'
a = ['点赞', '关注', '收藏']

赋值完成后,这个名字和右侧的对象就 绑定 在一起了。在这个过程中,

  • a 是否已经绑定了其它对象完全不用考虑,也就是说,不管前面 a 绑定了什么,或者什么也没有绑定,它都是个名字。
  • 只要名字是合法的,它可以绑定到任意的对象,完全不用考虑对象的类型

2. 对象的引用

绑定了对象的名字,也就是我们常说的 变量,当它出现在赋值语句的右侧时,它代表了 对象的引用:

a = []
b = a

当把 a 赋给 b 的时候,a 代表的是列表对象的引用,也就是说:

  • 列表对象本体不受影响
  • 并不会复制出一个新的列表
  • ab 在这之后都是这同一个列表的引用

因为列表是可变对象,所以可以通过 ab 任意一个变量改变对象,两者同时都会反映出对象的变化:

a.append(1)   # a = [1], b = [1]
b.append(2)   # a = [1, 2], b = [1, 2]

可变对象下面会再次讨论

3. 先右 后左

把多个赋值语句连在一起时,处理的顺序是从右往左:

a = b = []

这里 b 首先是充当名字,绑定到一个列表对象;然后又充当对象的引用,赋给另一个名字 a,也就是说,上面的语句等价于:

# 写法1
b = []
a = b

它和下面的赋值方式有着截然不同的后果:

# 写法2
b = []
a = []

在这里,两个变量分别绑定了两个不同的列表,它们之间互相并无关联。

但是这里有个有趣的地方,如果我们把 [] 换成一个整数 1 或者字符串,那么 写法 1 和 写法 2 两种赋值方式在结果上就并无不同。

4. 变化取决于对象

继续上面的例子,两个名字绑定到同一个列表,操作其中一个,另一个就受到影响:

b = []
a = b
a.append(1)

这是因为列表是一个 可变对象。而如果把列表换成数字或者字符串:

b = 'davy'
a = b
a += 'cloud'

a 的自增操作并不会影响到 b。先给出自增操作的等价形式:

a = a + 'cloud'

可见,这仍然是一次赋值而已。利用前面的结论:

  • 右边的 a 代表对象的引用,即 'davy',它和 'cloud' 加起来生成一个新的对象
  • 左边的 a 是一个名字,它再次和新对象,即 'davycloud' 绑定在一起

也就是说,这中间总共产生了 3 个字符串对象。

我们仔细观察不难看出,当我们想要 改变对象的时候,必须通过的是对象提供的接口(对于列表来说,就是 append 方法,或者下标操作,对于其它对象,可以是改变它的属性),而 不可能通过重新赋值改变对象

赋值只是名字的绑定,再次强调。

这里我们还能得到另外一个结论:

不可变对象被多次引用/绑定不会产生副作用。比如说:

# a, b 绑定到同一个对象
a = b = 'davy'

# a, b 分别绑定到一个对象
a = 'davy'
b = 'davy'

在上面的示例中,两种绑定的语法含义是不同的,但是,因为字符串是不可变的,也就是说,即使 ab 绑定到同一个字符串,它们也不会互相影响。既然这样,那么又何必在内存中重复创建两个一模一样的的 davy 字符串出来呢。不如直接复用好了,可以节省一点内存:

>>> a = 'davy'
>>> b = 'davy'
>>> a is b
True

再次但是,这种优化并不是全局的,也就是说,并不是只要是相同的字符串就一定是唯一的对象:

>>> a += 'cloud'
>>> b += 'cloud'
>>> a is b
False
>>> a
'davycloud'
>>> b
'davycloud'
>>> a == b
True

所以呢,大家知道有这种情况就好,对于不可变对象都要使用 == 去比较,而不要用 is,因为它可能会产生时而正确时而错误的诡异结果。

5. 瞬间交换的秘密

当一个赋值语句中右侧出现了多个对象,或者多个对象的引用,它们会自动打包成一个元组。

在赋值语句的左边,需要有相同数量的名字供解包:

a = [1024]
b = 'davycloud'
a, b = b, a

这个例子中,综合利用前 3 个规则:

  • 先右后左
  • 变量是对象的引用
  • 左侧是名字

不难得出一个结论,这里两个名字交换了对象的引用,对象本体并没有移动。

6. 都是名字的错

a 没有赋值,直接地运行结果:

>>> print(a)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'a' is not defined

这里看似很好解释,变量 a 没有定义嘛!加一行赋值语句不就行了。

但是:

  • 这里报的错误是 NameError: name 'a' is not defined,名字未定义错误,并不是变量未定义
  • 仔细想想,这个 a 到底是什么呢?数字?字符串?函数?类?模块?

7. 我们都是变量

接上一个例子:

a = 1

def a():
    pass

class a():
    pass

import sys as a

不仅是赋值,定义函数,定义类,导入模块或模块中的对象,都是在绑定名字。

定义函数是把一个名字绑定到一个函数对象,定义类是把名字绑定到一个类对象,导入一个模块就是把一个名字绑定到一个模块对象。

Python 中一切皆对象,所以,它们都是变量。

8. 传参也不过是命名

既然说到了函数,那就继续来看函数的传参:

def func(x):
    return x

这个函数毫无用处,但是正好用来解释参数的传入和传出。

a = func(1024)
b = func(a)

函数中的参数 x 其实也是一个名字,只是它的 作用域 是限定在 func 函数的内部。

给函数传参就如同是赋值,给这个内部名字绑定一个对象,而出参就好似出现在赋值右侧的变量,就是传出来一个对象引用:

# 伪代码
func(1024):
    x = 1024
a = x

关于变量的作用域这里点到为止,有机会再详细讨论。

注意,上面的规则对所有的对象类型都是一样的,无论是可变对象还是不可变对象。

根据前面的分析,很容易得出结论:

  • 如果参数/返回是不可变对象,那么它是不会产生副作用的
  • 如果参数/返回是可变对象,那么函数内部对它的操作都会影响其它绑定到这个对象上的变量

因此,对于可变对象的传参需要格外谨慎。特别地,函数的默认参数不要使用可变对象。

因为默认参数的绑定是在函数定义阶段发生的:

def get_people(people=[]):
    return people

在调用 get_people 时,除非给 people 指定一个参数,否则它绑定的总是在函数定义时刻产生的那个列表。而我们的本意可能是,如果默认没有参数,就生成一个空列表。

一个常规的做法是,在函数内部新建对象:

def get_people(people=None):
    if people is None:
        people = []
    return people

9. 删不掉的对象

Python 提供了 del 关键字可以用来 删除 变量,然而实际上这个操作的后果只是把变量名字和对象解绑,然后删掉这个名字。删掉的名字如果再访问,会触发 NameError,就好像它从来没存在过一样。

而对象呢,它们只是减少了一个引用:

a = [1, 2, 3]
b = a
del a    # 完全不会影响到 b

一个对象有多个变量引用到的情况下不会被清理很好理解,其实即使当前没有任何名字绑定到这个对象,这个对象也不会立即删除掉:

>>> a = []
>>> id(a)
2292904305736

>>> del a
>>> a
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
NameError: name 'a' is not defined
>>> b = []
>>> id(b)
2292904305736

总而言之,del 的含义就是 解绑,别指望它删除对象。

对象的引用计数和销毁是 Python 内部维护的,一般情况下我们无需关心。有兴趣的可以查阅 Python 的垃圾回收相关内容。

10. 浅拷贝?零拷贝!

终极例子:

a = [[]] * 3
a[0].append(1)
print(a)     # [[1], [1], [1]]

这里迷惑性比较强,因为用到了列表的 * 操作。当对一个列表乘法操作时,一般的理解是对其中的元素进行 复制(copy)

看到 copy 很容易又会提起所谓的 浅拷贝深拷贝,这里显然不是深拷贝,那么想当然的很容易理解为是浅拷贝,错!

这里不过又是一次隐形的赋值,让我们把它展开:

x = []
y = [x]
a = [x, x, x]  # a = y * 3 的等价写法
a[0].append(1)
print(a)

最重要的就是第 3 行代码:

  • y * 3 是要把 y 中的元素复制 3
  • 现在这个元素就是 x
  • 那么就让 x 重复出现 3 次吧
  • 实际的效果就是 [x, x, x]

x 是对象的引用,所以我们只是把对象的引用复制了 3 份,对象本体完全没有触及。

那么如果要真正复制这个列表应该怎么做呢?利用到系统提供的浅拷贝函数,或者是利用 切片:

# 列表内置的 copy 方法
a = [x.copy() for i in range(3)]

# 利用切片
a = [x[:] for i in range(3)]

# 利用 copy 标准库
from copy import copy
a = [copy(x) for i in range(3)]

前面两种方法是列表对象自带的接口,而 copy 模块则更加通用。

小结

  • 变量指的是名字绑定了对象
  • 绑定时,变量就是名字
  • 使用时,变量代表对象的引用
  • 变量改变的只有绑定关系
  • 想要改变/复制对象,需要看对象有没有提供方法

除了以上内容,关于变量还有个重要的概念就是理解它的 作用域,这部分内容将另撰文讲解。


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posted @ 2020-02-23 12:11  DavyCloud  阅读(37)  评论(0编辑  收藏