原標(biāo)題：動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的靈活性是把雙刃劍：以 Python 語(yǔ)言為例

本文有些零碎，總題來(lái)說(shuō)，包括兩個(gè)問(wèn)題：(1)可變對(duì)象(最常見(jiàn)的是list dict)被意外修改的問(wèn)題，(2)對(duì)參數(shù)(parameter)的檢查問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題，本質(zhì)都是因?yàn)閯?dòng)態(tài)語(yǔ)言(動(dòng)態(tài)類(lèi)型語(yǔ)言)的特性造成了，動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的好處就不細(xì)說(shuō)了，本文是要討論因?yàn)閯?dòng)態(tài)－－這種靈活性帶來(lái)的一些問(wèn)題。

什么是動(dòng)態(tài)語(yǔ)言(Dynamic Programming language)呢，是相對(duì)于靜態(tài)語(yǔ)言而言，將很多靜態(tài)語(yǔ)言編譯(compilation)時(shí)期所做的事情推遲到運(yùn)行時(shí)，在運(yùn)行時(shí)修改代碼的行為，比如添加新的對(duì)象和函數(shù)，修改既有代碼的功能，改變類(lèi)型。絕大多數(shù)動(dòng)態(tài)語(yǔ)言都是動(dòng)態(tài)類(lèi)型(Dynamic Typed)，所謂動(dòng)態(tài)類(lèi)型，是在運(yùn)行時(shí)確定數(shù)據(jù)類(lèi)型，變量使用之前不需要類(lèi)型聲明，通常變量的類(lèi)型是被賦值的那個(gè)值的類(lèi)型。Python就是屬于典型的動(dòng)態(tài)語(yǔ)言。

動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的魅力在于讓開(kāi)發(fā)人員更好的關(guān)注需要解決的問(wèn)題本身，而不是冗雜的語(yǔ)言規(guī)范，也不用干啥都得寫(xiě)個(gè)類(lèi)。運(yùn)行時(shí)改變代碼的行為也是非常有用，比如python的熱更新，可以做到不關(guān)服務(wù)器就替換代碼的邏輯，而靜態(tài)語(yǔ)言如C++就很難做到這一點(diǎn)。筆者使用得最多的就是C++和Python，C++中的一些復(fù)雜的點(diǎn)，比如模板(泛型編程)、設(shè)計(jì)模式(比如template method)，在Python中使用起來(lái)非常自然。我也看到過(guò)有一些文章指出，設(shè)計(jì)模式往往是特定靜態(tài)語(yǔ)言的補(bǔ)丁 — 為了彌補(bǔ)語(yǔ)言的缺陷或者限制。

以筆者的知識(shí)水平，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)語(yǔ)言與靜態(tài)語(yǔ)言的優(yōu)劣。本文也只是記錄在我使用Python這門(mén)動(dòng)態(tài)語(yǔ)言的時(shí)候，由于語(yǔ)言的靈活性，由于動(dòng)態(tài)類(lèi)型，踩過(guò)的坑，一點(diǎn)思考，以及困惑。

第一個(gè)問(wèn)題：Mutable對(duì)象被誤改

這個(gè)是在線(xiàn)上環(huán)境出現(xiàn)過(guò)的一個(gè)BUG

事后說(shuō)起來(lái)很簡(jiǎn)單，服務(wù)端數(shù)據(jù)(放在dict里面的)被意外修改了，但查證的時(shí)候也花了許多時(shí)間，偽代碼如下：

def routine(dct):

ifhigh_propability:

sub_routine_no_change_dct(dct)

else:

sub_routine_will_change_dct(dct)

上述的代碼很簡(jiǎn)單，dct是一個(gè)dict，極大概率會(huì)調(diào)用一個(gè)不用修改dct的子函數(shù)，極小概率出會(huì)調(diào)用到可能修改dct的子函數(shù)。問(wèn)題就在于，調(diào)用routine函數(shù)的參數(shù)是服務(wù)端全局變量，理論上是不能被修改的。當(dāng)然，上述的代碼簡(jiǎn)單到一眼就能看出問(wèn)題，但在實(shí)際環(huán)境中，調(diào)用鏈有七八層，而且，在routine這個(gè)函數(shù)的doc里面，聲明不會(huì)修改dct，該函數(shù)本身確實(shí)沒(méi)有修改dct，但調(diào)用的子函數(shù)或者子函數(shù)的子函數(shù)沒(méi)有遵守這個(gè)約定。

從python語(yǔ)言特性看這個(gè)問(wèn)題

本小節(jié)解釋上面的代碼為什么會(huì)出問(wèn)題，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)兩點(diǎn)：dict是mutable對(duì)象； dict實(shí)例作為參數(shù)傳入函數(shù)，然后被函數(shù)修改了。

Python中一切都是對(duì)象(evething is object)，不管是int str dict 還是類(lèi)。比如 a =5， 5是一個(gè)整數(shù)類(lèi)型的對(duì)象(實(shí)例)；那么a是什么，a是5這個(gè)對(duì)象嗎? 不是的，a只是一個(gè)名字，這個(gè)名字暫時(shí)指向(綁定、映射)到5這個(gè)對(duì)象。b = a 是什么意思呢， 是b指向a指向的對(duì)象，即a， b都指向整數(shù)5這個(gè)對(duì)象

那么什么是mutable 什么是immutable呢，mutable是說(shuō)這個(gè)對(duì)象是可以修改的，immutable是說(shuō)這個(gè)對(duì)象是不可修改的(廢話(huà))。還是看Python官方怎么說(shuō)的吧

Mutable objects can change their value but keep their id().

Immutable：An object with a fixed value. Immutable objects include numbers, strings and tuples. Such an object cannot be altered. A new object has to be created if a different value has to be stored. They play an important role in places where a constant hash value is needed, for example as a key in a dictionary.

承接上面的例子(a = 5)，int類(lèi)型就是immutable，你可能說(shuō)不對(duì)啊，比如對(duì)a賦值， a=6， 現(xiàn)在a不是變成6了嗎？是的，a現(xiàn)在”變成”6了，但本質(zhì)是a指向了6這個(gè)對(duì)象 — a不再指向5了

檢驗(yàn)對(duì)象的唯一標(biāo)準(zhǔn)是id，id函數(shù)返回對(duì)象的地址，每個(gè)對(duì)象在都有唯一的地址。看下面兩個(gè)例子就知道了

>>>a=5;id(a)

35170056

>>>a=6;id(a)

35170044

>>>lst=[1,2,3];id(lst)

39117168

>>>lst.append(4);id(lst)

39117168

或者這么說(shuō)，對(duì)于非可變對(duì)象，在對(duì)象的生命周期內(nèi)，沒(méi)有辦法改變對(duì)象所在內(nèi)存地址上的值。

python中，不可變對(duì)象包括：int, long, float, bool, str, tuple, frozenset；而其他的dict list 自定義的對(duì)象等屬于可變對(duì)象。注意： str也是不可變對(duì)象，這也是為什么在多個(gè)字符串連接操作的時(shí)候，推薦使用join而不是+

而且python沒(méi)有機(jī)制，讓一個(gè)可變對(duì)象不可被修改(此處類(lèi)比的是C++中的const)

dict是可變對(duì)象！

那在python中，調(diào)用函數(shù)時(shí)的參數(shù)傳遞是什么意思呢，是傳值、傳引用？事實(shí)上都不正確，我不清楚有沒(méi)有專(zhuān)業(yè)而統(tǒng)一的說(shuō)法，但簡(jiǎn)單理解，就是形參(parameter)和實(shí)參(argument)都指向同一個(gè)對(duì)象，僅此而已。來(lái)看一下面的代碼：

defdouble(v):

print'argument before',id(v)

v *=2

print'argument after',id(v)

returnv

def test_double(a):

print'parameter bdfore',id(a),a

double(a)

print'parameter after',id(a),a

if__name__=='__main__':

print'test_double with int'

test_double(1)

print'test_double with list'

test_double([1])

運(yùn)行結(jié)果：

test_doublewithint

parameterbdfore305169361

argumentbefore30516936

argumentafter30516924

parameterafter305169361

test_doublewithlist

parameterbdfore37758256[1]

argumentbefore37758256

argumentafter37758256

parameterafter37758256[1,1]

可以看到，剛進(jìn)入子函數(shù)double的時(shí)候，a，v指向的同一個(gè)對(duì)象(相同的id)。對(duì)于test int的例子，v因?yàn)関*=2，指向了另外一個(gè)對(duì)象，但對(duì)實(shí)參a是沒(méi)有任何影響的。對(duì)于testlst的時(shí)候，v*=2是通過(guò)v修改了v指向的對(duì)象(也是a指向的對(duì)象)，因此函數(shù)調(diào)用完之后，a指向的對(duì)象內(nèi)容發(fā)生了變化。

如何防止mutable對(duì)象被函數(shù)誤改：

為了防止傳入到子函數(shù)中的可變對(duì)象被修改，最簡(jiǎn)單的就是使用copy模塊拷貝一份數(shù)據(jù)。具體來(lái)說(shuō)，包括copy.copy, copy.deepcopy, 前者是淺拷貝，后者是深拷貝。二者的區(qū)別在于：

The difference between shallow and deep copying is only relevant for compound objects (objects that contain other objects, like lists or class instances):

A shallow copy constructs a new compound object and then (to the extent possible) inserts references into it to the objects found in the original.

A deep copy constructs a new compound object and then, recursively, inserts copies into it of the objects found in the original.

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，深拷貝會(huì)遞歸拷貝，遍歷任何compound object然后拷貝，例如：

>>>lst=[1,[2]]

>>>importcopy

>>>lst1=copy.copy(lst)

>>>lst2=copy.deepcopy(lst)

>>>printid(lst[1]),id(lst1[1]),id(lst2[1])

440282526444028252644402988816

>>>lst[1].append(3)

>>>printlst,lst1,lst2

[1,[2,3]][1,[2,3]][1,[2]]

從例子可以看出淺拷貝的局限性，Python中，對(duì)象的基本構(gòu)造也是淺拷貝，例如

dct = {1： [1]}; dct1 = dict(dct)

正是由于淺拷貝與深拷貝本質(zhì)上的區(qū)別，二者性能代價(jià)差異非常之大，即使對(duì)于被拷貝的對(duì)象來(lái)說(shuō)毫無(wú)差異：

import copy

def test_copy(inv):

returncopy.copy(inv)

def test_deepcopy(inv):

returncopy.deepcopy(inv)

dct={str(i):iforiinxrange(100)}

def timeit_copy():

import timeit

printtimeit.Timer('test_copy(dct)','from __main__ import test_copy, dct').timeit(100000)

printtimeit.Timer('test_deepcopy(dct)','from __main__ import test_deepcopy, dct').timeit(100000)

if__name__=='__main__':

timeit_copy()

運(yùn)行結(jié)果：

1.19009837668

113.11954377

在上面的示例中，dct這個(gè)dict的values都是int類(lèi)型，immutable對(duì)象，因?yàn)闊o(wú)論淺拷貝 深拷貝效果都是一樣的，但是耗時(shí)差異巨大。如果在dct中存在自定義的對(duì)象，差異會(huì)更大

那么為了安全起見(jiàn)，應(yīng)該使用深拷貝；為了性能，應(yīng)該使用淺拷貝。如果compound object包含的元素都是immutable，那么淺拷貝既安全又高效，but，對(duì)于python這種靈活性極強(qiáng)的語(yǔ)言，很可能某天某人就加入了一個(gè)mutable元素。

好的API

好的API應(yīng)該是easy to use right; hard to use wrong。API應(yīng)該提供一種契約，約定如果使用者按照特定的方式調(diào)用，那么API就能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的效果。

在靜態(tài)語(yǔ)言如C++中，函數(shù)簽名就是最好的契約。

在C++中，參數(shù)傳遞大約有三種形式，傳值、傳指針、傳引用(這里不考慮右值引用)。指針和引用雖然表現(xiàn)形式上差異，但效果上是差不多的，因此這里主要考慮傳值和傳引用。比如下面四個(gè)函數(shù)簽名：

intfunc(inta)

intfunc(const inta)

intfunc(int&a)

intfunc(const int&a)

對(duì)于第1、2個(gè)函數(shù)，對(duì)于調(diào)用者來(lái)說(shuō)都是一樣的，因?yàn)槎紩?huì)進(jìn)行拷貝(深拷貝)，無(wú)論func函數(shù)內(nèi)部怎么操作，都不會(huì)影響到實(shí)參。二者的區(qū)別在于函數(shù)中能否對(duì)a進(jìn)行修改，比如能否寫(xiě) a *＝ 2。

第3個(gè)函數(shù)，非const引用，任何對(duì)a的修改都會(huì)影響到實(shí)參。調(diào)用者看到這個(gè)API就知道預(yù)期的行為：函數(shù)會(huì)改變實(shí)參的值。

第4個(gè)函數(shù)，const引用，函數(shù)承諾絕對(duì)不會(huì)修改實(shí)參，因此調(diào)用者可以放心大膽的傳引用，無(wú)需拷貝。

從上面幾個(gè)API，可以看到，通過(guò)函數(shù)簽名，調(diào)用者就能知道函數(shù)調(diào)用對(duì)傳入的參數(shù)有沒(méi)有影響。

python是動(dòng)態(tài)類(lèi)型檢查，除了運(yùn)行時(shí)，沒(méi)法做參數(shù)做任何檢查。有人說(shuō)，那就通過(guò)python doc或者變量名來(lái)實(shí)現(xiàn)契約吧，比如：

deffunc(dct_only_read):

“”“param:dct_only_read will be onlyread,neverupate”“”

但是人是靠不住的，也是不可靠的，也許在這個(gè)函數(shù)的子函數(shù)(子函數(shù)的子函數(shù)，。。。)就會(huì)修改這個(gè)dict。怎么辦，對(duì)可變類(lèi)型強(qiáng)制copy(deepcopy)，但拷貝又非常耗時(shí)。。。

第二個(gè)問(wèn)題：參數(shù)檢查

上一節(jié)說(shuō)明沒(méi)有簽名 對(duì) 函數(shù)調(diào)用者是多么不爽，而本章節(jié)則說(shuō)明沒(méi)有簽名對(duì)函數(shù)提供者有多么不爽。沒(méi)有類(lèi)型檢查真的蛋疼，我也遇到過(guò)有人為了方便，給一個(gè)約定是int類(lèi)型的形參傳入了一個(gè)int的list，而可怕的是代碼不報(bào)錯(cuò)，只是表現(xiàn)不正常。

來(lái)看一個(gè)例子：

def func(arg):

ifarg:

print'do lots of things here'

else:

print'do anothers'

上述的代碼很糟糕，根本沒(méi)法“望名知意”，也看不出有關(guān)形參 arg的任何信息。但事實(shí)上這樣的代碼是存在的，而且還有比這更嚴(yán)重的，比如掛羊頭賣(mài)狗肉。

這里有一個(gè)問(wèn)題，函數(shù)期望arg是某種類(lèi)型，是否應(yīng)該寫(xiě)代碼判斷呢，比如：isinstance(arg, str)。因?yàn)闆](méi)有編譯器靜態(tài)來(lái)做參數(shù)檢查，那么要不要檢查，如何檢查就完全是函數(shù)提供者的事情。如果檢查，那么影響性能，也容易違背python的靈活性 — duck typing； 不檢查，又容易被誤用。

但在這里，考慮的是另一個(gè)問(wèn)題，看代碼的第二行： if arg。python中，幾乎是一切對(duì)象都可以當(dāng)作布爾表達(dá)式求值，即這里的arg可以是一切python對(duì)象，可以是bool、int、dict、list以及任何自定義對(duì)象。不同的類(lèi)型為“真”的條件不一樣，比如數(shù)值類(lèi)型(int float)非0即為真；序列類(lèi)型(str、list、dict)非空即為真；而對(duì)于自定義對(duì)象，在python2.7種則是看是否定義了__nonzero__ 、__len__，如果這兩個(gè)函數(shù)都沒(méi)有定義，那么實(shí)例的布爾求值一定返回真。

在PEP8，由以下關(guān)于對(duì)序列布爾求值的規(guī)范：

Forsequences,(strings,lists,tuples),use the fact that empty sequences arefalse.

Yes:ifnotseq:

ifseq:

No:iflen(seq):

ifnotlen(seq):

在google python styleguide中也有一節(jié)專(zhuān)門(mén)關(guān)于bool表達(dá)式，指出“盡可能使用隱式的false”。 對(duì)于序列，推薦的判斷方法與pep8相同，另外還由兩點(diǎn)比較有意思：

如果你需要區(qū)分false和None, 你應(yīng)該用像 if not x and x is not None: 這樣的語(yǔ)句.

處理整數(shù)時(shí), 使用隱式false可能會(huì)得不償失(即不小心將None當(dāng)做0來(lái)處理). 你可以將一個(gè)已知是整型(且不是len()的返回結(jié)果)的值與0比較.

第二點(diǎn)我個(gè)人很贊同；但第一點(diǎn)就覺(jué)得很別扭，因?yàn)檫@樣的語(yǔ)句一點(diǎn)不直觀，難以表達(dá)其真實(shí)目的。

在pep20 the zen of python中，指出：

Explicit is better than implicit.

這句話(huà)簡(jiǎn)單但實(shí)用！代碼是寫(xiě)給人讀的，清晰的表達(dá)代碼的意圖比什么都重要。也許有的人覺(jué)得代碼寫(xiě)得復(fù)雜隱晦就顯得牛逼，比如python中嵌套幾層的list comprehension，且不知這樣害人又害己。

回到布爾表達(dá)式求值這個(gè)問(wèn)題，我覺(jué)得很多時(shí)候直接使用if arg：這種形式都不是好主意，因?yàn)椴恢庇^而且容易出錯(cuò)。比如參數(shù)是int類(lèi)型的情況，

def handle_age(age):

ifnotage:

return

# do lots with age

很難說(shuō)當(dāng)age=0時(shí)是不是一個(gè)合理的輸入，上面的代碼對(duì)None、0一視同仁，看代碼的人也搞不清傳入0是否正確。

另外一個(gè)具有爭(zhēng)議性的例子就是對(duì)序列進(jìn)行布爾求值，推薦的都是直接使用if seq: 的形式，但這種形式違背了”Explicit is better than implicit.“，因?yàn)檫@樣寫(xiě)根本無(wú)法區(qū)分None和空序列，而這二者往往是由區(qū)別的，很多時(shí)候，空序列是一個(gè)合理的輸入，而None不是。這個(gè)問(wèn)題，stackoverflow上也有相關(guān)的討論“如何檢查列表為空”，誠(chéng)然，如果寫(xiě)成 seq == [] 是不那么好的代碼， 因?yàn)椴荒敲挫`活 — 如果seq是tuple類(lèi)型代碼就不能工作了。python語(yǔ)言是典型的duck typing，不管你傳入什么類(lèi)型，只要具備相應(yīng)的函數(shù)，那么代碼就可以工作，但是否正確地工作就完完全全取決于使用者。個(gè)人覺(jué)得存在寬泛的約束比較好，比如Python中的ABC(abstract base class), 既滿(mǎn)足了靈活性需求，后能做一些規(guī)范檢查。

總結(jié)

以上兩個(gè)問(wèn)題，是我使用Python語(yǔ)言以來(lái)遇到的諸多問(wèn)題之二，也是我在同一個(gè)地方跌倒過(guò)兩次的問(wèn)題。Python語(yǔ)言以開(kāi)發(fā)效率見(jiàn)長(zhǎng)，但是我覺(jué)得需要良好的規(guī)范才能保證在大型線(xiàn)上項(xiàng)目中使用。而且，我也傾向于假設(shè)：人是不可靠的，不會(huì)永遠(yuǎn)遵守?cái)M定的規(guī)范，不會(huì)每次修改代碼之后更新docstring …

因此，為了保證代碼的可持續(xù)發(fā)展，需要做到以下幾點(diǎn)

第一：擬定并遵守代碼規(guī)范

代碼規(guī)范最好在項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)就應(yīng)該擬定好，可以參照PEP8和google python styleguild。很多時(shí)候風(fēng)格沒(méi)有優(yōu)劣之說(shuō)，但是保證項(xiàng)目?jī)?nèi)的一致性很重要。并保持定期review、對(duì)新人review！

第二：靜態(tài)代碼分析

只要能靜態(tài)發(fā)現(xiàn)的bug不要放到線(xiàn)上，比如對(duì)參數(shù)、返回值的檢查，在python3.x中可以使用注解(Function Annotations)，python2.x也可以自行封裝decorator來(lái)做檢查。對(duì)代碼行為，既可以使用Coverity這種高大上的商業(yè)軟件，或者王垠大神的Pysonar2，也可以使用ast編寫(xiě)簡(jiǎn)單的檢查代碼。

第三：單元測(cè)試

單元測(cè)試的重要性想必大家都知道，在python中出了官方自帶的doctest、unittest，還有許多更強(qiáng)大的框架，比如nose、mock。

第四：100%的覆蓋率測(cè)試

對(duì)于python這種動(dòng)態(tài)語(yǔ)言，出了執(zhí)行代碼，幾乎沒(méi)有其他比較好的檢查代碼錯(cuò)誤的手段，所以覆蓋率測(cè)試是非常重要的。可以使用python原生的sys.settrace、sys.gettrace，也可以使用coverage等跟更高級(jí)的工具。

雖然我已經(jīng)寫(xiě)了幾年P(guān)ython了，但是在Python使用規(guī)范上還是很欠缺。我也不知道在其他公司、項(xiàng)目中，是如何使用好Python的，如何揚(yáng)長(zhǎng)避短的。歡迎pythoner留言指導(dǎo)！

references:

Dynamic Programming language

instagram-pycon-2017

https://www.python.org/dev/peps/pep-0008/

google python styleguide

the zen of python

best-way-to-check-if-a-list-is-empty

來(lái)自：xybaby

www.cnblogs.com/xybaby/p/7208496.html

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的python动态语言双刃性_动态语言的灵活性是把双刃剑：以 Python 语言为例的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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