一個(gè)Python字典表達(dá)式謎題

讓我們探究一下下面這個(gè)晦澀的python字典表達(dá)式，以找出在python解釋器的中未知的內(nèi)部到底發(fā)生了什么。

# 一個(gè)python謎題：這是一個(gè)秘密

# 這個(gè)表達(dá)式計(jì)算以后會(huì)得到什么結(jié)果？

>>>{True: 'yes', 1: 'no', 1.0: 'maybe'}

有時(shí)候你會(huì)碰到一個(gè)很有深度的代碼示例 --- 哪怕僅僅是一行代碼，但是如果你能夠有足夠的思考，它可以教會(huì)你很多關(guān)于編程語言的知識。這樣一個(gè)代碼片段，就像是一個(gè)Zen kōan：一個(gè)在修行的過程中用來質(zhì)疑和考驗(yàn)學(xué)生進(jìn)步的問題或陳述。

譯者注：Zen kōan,大概就是修行的一種方式，詳情見wikipedia

我們將在本教程中討論的小代碼片段就是這樣一個(gè)例子。乍看之下，它可能看起來像一個(gè)簡單的詞典表達(dá)式，但是仔細(xì)考慮時(shí)，通過cpython解釋器，它會(huì)帶你進(jìn)行一次思維拓展的訓(xùn)練。

我從這個(gè)短短的一行代碼中得到了一個(gè)啟發(fā)，而且有一次在我參加的一個(gè)Python會(huì)議上，我還把作為我演講的內(nèi)容，并以此開始演講。這也激發(fā)了我的python郵件列表成員間進(jìn)行了一些積極的交流。

所以不用多說，就是這個(gè)代碼片。花點(diǎn)時(shí)間思考一下下面的字典表達(dá)式，以及它計(jì)算后將得到的內(nèi)容：

>>>{True: 'yes', 1: 'no', 1.0: 'maybe'}

在這里,我先等會(huì)兒，大家思考一下...

5...

4...

3...

2...

1...

OK, 好了嗎？

這是在cpython解釋器交互界面中計(jì)算上述字典表達(dá)式時(shí)得到的結(jié)果：

>>>{True: 'yes', 1: 'no', 1.0: 'maybe'}

{True: 'maybe'}

我承認(rèn)，當(dāng)我第一次看到這個(gè)結(jié)果時(shí)，我很驚訝。但是當(dāng)你逐步研究其中發(fā)生的過程時(shí)，這一切都是有道理的。所以，讓我們思考一下為什么我們得到這個(gè) -?我想說的是出乎意料?- 的結(jié)果。

這個(gè)子字典是從哪里來的

當(dāng)python處理我們的字典表達(dá)式時(shí)，它首先構(gòu)造一個(gè)新的空字典對象;然后按照字典表達(dá)式給出的順序賦鍵和值。

因此，當(dāng)我們把它分解開的時(shí)候，我們的字典表達(dá)就相當(dāng)于這個(gè)順序的語句：

>>>xs = dict()

>>>xs[True] = 'yes'

>>>xs[1] = 'no'

>>>xs[1.0] = 'maybe'

奇怪的是，Python認(rèn)為在這個(gè)例子中使用的所有字典鍵是相等的：

>>>True == 1 == 1.0

True

OK，但在這里等一下。我確定你能夠接受1.0 == 1，但實(shí)際情況是為什么True也會(huì)被認(rèn)為等于1呢？我第一次看到這個(gè)字典表達(dá)式真的讓我難住了。

在python文檔中進(jìn)行一些探索之后，我發(fā)現(xiàn)python將bool作為了int類型的一個(gè)子類。這是在Python 2和Python 3的片段：

“The Boolean type is a subtype of the integer type, and Boolean values behave like the values 0 and 1, respectively, in almost all contexts, the exception being that when converted to a string, the strings ‘False’ or ‘True’ are returned, respectively.”

“布爾類型是整數(shù)類型的一個(gè)子類型，在幾乎所有的上下文環(huán)境中布爾值的行為類似于值0和1，例外的是當(dāng)轉(zhuǎn)換為字符串時(shí)，會(huì)分別將字符串”False“或”True“返回。“(原文)

是的，這意味著你可以在編程時(shí)上使用bool值作為Python中的列表或元組的索引：

>>>['no', 'yes'][True]

'yes'

但為了代碼的可讀性起見，您不應(yīng)該類似這樣的來使用布爾變量。(也請建議你的同事別這樣做)

Anyway，讓我們回過來看我們的字典表達(dá)式。

就python而言，True，1和1.0都表示相同的字典鍵。當(dāng)解釋器計(jì)算字典表達(dá)式時(shí)，它會(huì)重復(fù)覆蓋鍵True的值。這就解釋了為什么最終產(chǎn)生的字典只包含一個(gè)鍵。

在我們繼續(xù)之前，讓我們再回顧一下原始字典表達(dá)式：

>>>{True: 'yes', 1: 'no', 1.0: 'maybe'}

{True: 'maybe'}

這里為什么最終得到的結(jié)果是以True作為鍵呢？由于重復(fù)的賦值，最后不應(yīng)該是把鍵也改為1.0了？經(jīng)過對cpython解釋器源代碼的一些模式研究，我知道了，當(dāng)一個(gè)新的值與字典的鍵關(guān)聯(lián)的時(shí)候，python的字典不會(huì)更新鍵對象本身：

>>>ys = {1.0: 'no'}

>>>ys[True] = 'yes'

>>>ys

{1.0: 'yes'}

當(dāng)然這個(gè)作為性能優(yōu)化來說是有意義的 --- 如果鍵被認(rèn)為是相同的，那么為什么要花時(shí)間更新原來的？在最開始的例子中，你也可以看到最初的True對象一直都沒有被替換。因此，字典的字符串表示仍然打印為以True為鍵(而不是1或1.0)。

就目前我們所知而言，似乎看起來像是，結(jié)果中字典的值一直被覆蓋，只是因?yàn)樗麄兊逆I比較后相等。然而，事實(shí)上，這個(gè)結(jié)果也不單單是由__eq__比較后相等就得出的。

等等，那哈希值呢？

python字典類型是由一個(gè)哈希表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)的。當(dāng)我第一次看到這個(gè)令人驚訝的字典表達(dá)式時(shí)，我的直覺是這個(gè)結(jié)果與散列沖突有關(guān)。

哈希表中鍵的存儲(chǔ)是根據(jù)每個(gè)鍵的哈希值的不同，包含在不同的“buckets”中。哈希值是指根據(jù)每個(gè)字典的鍵生成的一個(gè)固定長度的數(shù)字串，用來標(biāo)識每個(gè)不同的鍵。(哈希函數(shù)詳情)

這可以實(shí)現(xiàn)快速查找。在哈希表中搜索鍵對應(yīng)的哈希數(shù)字串會(huì)快很多，而不是將完整的鍵對象與所有其他鍵進(jìn)行比較，來檢查互異性。

然而，通常計(jì)算哈希值的方式并不完美。并且，實(shí)際上會(huì)出現(xiàn)不同的兩個(gè)或更多個(gè)鍵會(huì)生成相同的哈希值，并且它們最后會(huì)出現(xiàn)在相同的哈希表中。

如果兩個(gè)鍵具有相同的哈希值，那就稱為哈希沖突(hash collision)，這是在哈希表插入和查找元素時(shí)需要處理的特殊情況。

基于這個(gè)結(jié)論，哈希值與我們從字典表達(dá)中得到的令人意外的結(jié)果有很大關(guān)系。所以讓我們來看看鍵的哈希值是否也在這里起作用。

我定義了這樣一個(gè)類來作為我們的測試工具：

classAlwaysEquals:

def__eq__(self,other):

return True

def__hash__(self):

return id(self)

這個(gè)類有兩個(gè)特別之處。

第一，因?yàn)樗腳_eq__魔術(shù)方法(譯者注：雙下劃線開頭雙下劃線結(jié)尾的是一些Python的“魔術(shù)”對象)總是返回true，所以這個(gè)類的所有實(shí)例和其他任何對象都會(huì)恒等：

>>>AlwaysEquals() == AlwaysEquals()

True

>>>AlwaysEquals() == 42

True

>>>AlwaysEquals() == 'waaat?'

True

第二，每個(gè)Alwaysequals實(shí)例也將返回由內(nèi)置函數(shù)id()生成的唯一哈希值值：

>>>objects = [AlwaysEquals(),

AlwaysEquals(),

AlwaysEquals()]

>>>[hash(obj) for obj in objects]

[4574298968, 4574287912, 4574287072]

在CPython中，id()函數(shù)返回的是一個(gè)對象在內(nèi)存中的地址，并且是確定唯一的。

通過這個(gè)類，我們現(xiàn)在可以創(chuàng)建看上去與其他任何對象相同的對象，但它們都具有不同的哈希值。我們就可以通過這個(gè)來測試字典的鍵是否是基于它們的相等性比較結(jié)果來覆蓋。

正如你所看到的，下面的一個(gè)例子中的鍵不會(huì)被覆蓋，即使它們總是相等的：

>>>{AlwaysEquals(): 'yes', AlwaysEquals(): 'no'}

{ : 'yes',

: 'no' }

下面，我們可以換個(gè)思路，如果返回相同的哈希值是不是就會(huì)讓鍵被覆蓋呢？

classSameHash:

def__hash__(self):

return 1

這個(gè)SameHash類的實(shí)例將相互比較一定不相等，但它們會(huì)擁有相同的哈希值1：

>>>a = SameHash()

>>>b = SameHash()

>>>a == b

False

>>>hash(a), hash(b)

(1, 1)

一起來看看python的字典在我們試圖使用SameHash類的實(shí)例作為字典鍵時(shí)的結(jié)果：

>>>{a: 'a', b: 'b'}

{ : 'a',

: 'b' }

如本例所示，“鍵被覆蓋”的結(jié)果也并不是單獨(dú)由哈希沖突引起的。

Umm..好吧,可以得到什么結(jié)論呢?

檢查python字典對象中兩個(gè) key 是否相同的條件是：二者的相等性(__eq__)以及hash值對比(__hash__)是否相等。那我們就來總結(jié)一下上述討論的結(jié)果：

{true：'yes'，1：'no'，1.0：'maybe'}?字典表達(dá)式計(jì)算結(jié)果為?{true：'maybe'}，是因?yàn)殒I?true，1?和?1.0?都是相等的，并且它們都有相同的哈希值：

>>>True == 1 == 1.0

True

>>>(hash(True), hash(1), hash(1.0))

(1, 1, 1)

也許并不那么令人驚訝，這就是我們?yōu)楹蔚玫竭@個(gè)結(jié)果作為字典的最終結(jié)果的原因：

>>>{True: 'yes', 1: 'no', 1.0: 'maybe'}

{True: 'maybe'}

我們在這里涉及了很多方面內(nèi)容，而這個(gè)特殊的python技巧起初可能有點(diǎn)令人難以置信 --- 所以我一開始就把它比作是Zen kōan。

如果很難理解本文中的內(nèi)容，請嘗試在Python交互環(huán)境中逐個(gè)去檢驗(yàn)一下代碼示例。你會(huì)收獲一些關(guān)于python深處知識。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的python代数式的表达方式_关于python字典类型最疯狂的表达方式的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。