python3 基础 廖雪峰教程笔记-3

https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0014316089557264a6b348958f449949df42a6d3a2e542c000/0014317568446245b3e1c8837414168bcd2d485e553779e000
在Python中,代码不是越多越好,而是越少越好。代码不是越复杂越好,而是越简单越好。
基于这一思想,我们来介绍Python中非常有用的高级特性,1行代码能实现的功能,
决不写5行代码。请始终牢记,代码越少,开发效率越高。
高级特性
1.切片
这种经常取指定索引范围的操作,用循环十分繁琐,因此,Python提供了切片(Slice)操作符,能大大简化这种操作。
>>> L = [\'Michael\', \'Sarah\', \'Tracy\', \'Bob\', \'Jack\']

>>> L[0:3]
[\'Michael\', \'Sarah\', \'Tracy\']

L[0:3]表示,从索引0开始取,直到索引3为止,但不包括索引3。即索引0,1,2,正好是3个元素。

如果第一个索引是0,还可以省略
>>> L[1:3]

L[-1]取倒数第一个元素,那么它同样支持倒数切片
>>> L[-2:]
[\'Bob\', \'Jack\']
>>> L[-2:-1]
[\'Bob\']

记住倒数第一个元素的索引是-1

通过切片轻松取出某一段数列。比如前10个数
>>> L = list(range(100))
>>> L[:10]
[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]

后10个数:
>>> L[-10:]

前11-20个数:
>>> L[10:20]

前10个数,每两个取一个
>>> L[:10:2]

所有数,每5个取一个:
>>> L[::5]


甚至什么都不写,只写[:]就可以原样复制一个list
>>> L[:]

tuple也是一种list,唯一区别是tuple不可变。因此,tuple也可以用切片操作,只是操作的结果仍是tuple

字符串\'xxx\'也可以看成是一种list,每个元素就是一个字符。因此,字符串也可以用切片操作,只是操作结果仍是字符串

>>> \'ABCDEFG\'[:3]
\'ABC\'
>>> \'ABCDEFG\'[::2]
\'ACEG\'

针对字符串提供了很多各种截取函数(例如,substring),其实目的就是对字符串切片。
Python没有针对字符串的截取函数,只需要切片一个操作就可以完成,非常简单。


2.迭代
给定一个list或tuple,我们可以通过for循环来遍历这个list或tuple,这种遍历我们称为迭代(Iteration)。
迭代是通过for ... in来完成的,而很多语言比如C或者Java,迭代list是通过下标完成的,比如Java代码:
for (i=0; i<list.length; i++) {
n = list[i];
}

因为dict的存储不是按照list的方式顺序排列,所以,迭代出的结果顺序很可能不一样。
默认情况下,dict迭代的是key。
如果要迭代value,可以用for value in d.values(),
如果要同时迭代key和value,可以用for k, v in d.items()。

由于字符串也是可迭代对象,因此,也可以作用于for循环:
>>> for ch in \'ABC\':
... print(ch)

所以,当我们使用for循环时,只要作用于一个可迭代对象,for循环就可以正常运行,
而我们不太关心该对象究竟是list还是其他数据类型。
那么,如何判断一个对象是可迭代对象呢?方法是通过collections模块的Iterable类型判断:
>>> from collections import Iterable
>>> isinstance(\'abc\', Iterable) # str是否可迭代
True
>>> isinstance([1,2,3], Iterable) # list是否可迭代
True
>>> isinstance(123, Iterable) # 整数是否可迭代
False
如果要对list实现类似Java那样的下标循环怎么办?Python内置的enumerate函数可以把一个list变成索引-元素对,
这样就可以在for循环中同时迭代索引和元素本身:
>>> for i, value in enumerate([\'A\', \'B\', \'C\']):
... print(i, value)
...
0 A
1 B
2 C
上面的for循环里,同时引用了两个变量,在Python里是很常见的,比如下面的代码:
>>> for x, y in [(1, 1), (2, 4), (3, 9)]:
... print(x, y)
...
1 1
2 4
3 9


小结:
任何可迭代对象都可以作用于for循环,包括我们自定义的数据类型,只要符合迭代条件,就可以使用for循环。

3.列表生成式
列表生成式即List Comprehensions,是Python内置的非常简单却强大的可以用来创建list的生成式。
举个例子:要生成list [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]可以用list(range(1, 11)):
>>> list(range(1, 11))
[1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10]


如果要生成[1x1, 2x2, 3x3, ..., 10x10]怎么做?方法一是循环:
>>> L = []
>>> for x in range(1, 11):
... L.append(x * x)
...
>>> L
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]
但是循环太繁琐,而列表生成式则可以用一行语句代替循环生成上面的list:
>>> [x * x for x in range(1, 11)]
[1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81, 100]

写列表生成式时,把要生成的元素x * x放到前面,后面跟for循环,就可以把list创建出来,十分有用,多写几次,很快就可以熟悉这种语法。

for循环后面还可以加上if判断,这样我们就可以筛选出仅偶数的平方:
>>> [x * x for x in range(1, 11) if x % 2 == 0]
[4, 16, 36, 64, 100]

还可以使用两层循环,可以生成全排列:
>>> [m + n for m in \'ABC\' for n in \'XYZ\']
[\'AX\', \'AY\', \'AZ\', \'BX\', \'BY\', \'BZ\', \'CX\', \'CY\', \'CZ\']

运用列表生成式,可以写出非常简洁的代码。例如,列出当前目录下的所有文件和目录名,可以通过一行代码实现:
>>> import os # 导入os模块,模块的概念后面讲到
>>> [d for d in os.listdir(\'.\')] # os.listdir可以列出文件和目录
[\'.emacs.d\', \'.ssh\', \'.Trash\', \'Adlm\', \'Applications\', \'Desktop\', \'Documents\', \'Downloads\', \'Library\', \'Movies\', \'Music\', \'Pictures\', \'Public\', \'VirtualBox VMs\', \'Workspace\', \'XCode\']

for循环其实可以同时使用两个甚至多个变量,比如dict的items()可以同时迭代key和value:
>>> d = {\'x\': \'A\', \'y\': \'B\', \'z\': \'C\' }
>>> for k, v in d.items():
... print(k, \'=\', v)
...
y = B
x = A
z = C

列表生成式也可以使用两个变量来生成list
>>> d = {\'x\': \'A\', \'y\': \'B\', \'z\': \'C\' }
>>> [k + \'=\' + v for k, v in d.items()]
[\'y=B\', \'x=A\', \'z=C\']

把一个list中所有的字符串变成小写:
>>> L = [\'Hello\', \'World\', \'IBM\', \'Apple\']
>>> [s.lower() for s in L]
[\'hello\', \'world\', \'ibm\', \'apple\']


4.生成器
通过列表生成式,我们可以直接创建一个列表。但是,受到内存限制,列表容量肯定是有限的。
而且,创建一个包含100万个元素的列表,不仅占用很大的存储空间,如果我们仅仅需要访问前面几个元素,
那后面绝大多数元素占用的空间都白白浪费了。

如果列表元素可以按照某种算法推算出来,那我们是否可以在循环的过程中不断推算出后续的元素呢?
这样就不必创建完整的list,从而节省大量的空间。在Python中,这种一边循环一边计算的机制,称为生成器:generator。

要创建一个generator,有很多种方法。

第一种方法很简单,只要把一个列表生成式的[]改成(),就创建了一个generator:
>>> L = [x * x for x in range(10)]
>>> L
[0, 1, 4, 9, 16, 25, 36, 49, 64, 81]
>>> g = (x * x for x in range(10))
>>> g
<generator object <genexpr> at 0x1022ef630>

创建L和g的区别仅在于最外层的[]和(),L是一个list,而g是一个generator。
如果要一个一个打印出来,可以通过next()函数获得generator的下一个返回值
>>> next(g)
0
>>> next(g)
1
>>> next(g)
4
>>> next(g)
9
>>> next(g)
16
>>> next(g)
25
>>> next(g)
36
>>> next(g)
49
>>> next(g)
64
>>> next(g)
81
>>> next(g)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration

generator保存的是算法,每次调用next(g),就计算出g的下一个元素的值,直到计算到最后一个元素,
没有更多的元素时,抛出StopIteration的错误。

当然,上面这种不断调用next(g)实在是太变态了,正确的方法是使用for循环,因为generator也是可迭代对象:

>>> g = (x * x for x in range(10))
>>> for n in g:
... print(n)
...
0
1
4
9
16
25
36
49
64
8
我们创建了一个generator后,基本上永远不会调用next(),而是通过for循环来迭代它,并且不需要关心StopIteration的错误。


定义generator的另一种方法。
如果一个函数定义中包含yield关键字,那么这个函数就不再是一个普通函数,而是一个generator:
def fib(max):
n, a, b = 0, 0, 1
while n < max:
yield b
a, b = b, a + b
n = n + 1
return \'done\'

这里,最难理解的就是generator和函数的执行流程不一样。
函数是顺序执行,遇到return语句或者最后一行函数语句就返回。而变成generator的函数,
在每次调用next()的时候执行,遇到yield语句返回,再次执行时从上次返回的yield语句处继续执行。
举个简单的例子,定义一个generator,依次返回数字1,3,5:
def odd():
print(\'step 1\')
yield 1
print(\'step 2\')
yield(3)
print(\'step 3\')
yield(5)
调用该generator时,首先要生成一个generator对象,然后用next()函数不断获得下一个返回值:
>>> o = odd()
>>> next(o)
step 1
1
>>> next(o)
step 2
3
>>> next(o)
step 3
5
>>> next(o)
Traceback (most recent call last):
File "<stdin>", line 1, in <module>
StopIteration


小结
generator是非常强大的工具,在Python中,可以简单地把列表生成式改成generator,也可以通过函数实现复杂逻辑的generator。

要理解generator的工作原理,它是在for循环的过程中不断计算出下一个元素,并在适当的条件结束for循环。对于函数改成的generator来说,遇到return语句或者执行到函数体最后一行语句,就是结束generator的指令,for循环随之结束。

请注意区分普通函数和generator函数,普通函数调用直接返回结果:

>>> r = abs(6)
>>> r
6
generator函数的“调用”实际返回一个generator对象:

>>> g = fib(6)
>>> g
<generator object fib at 0x1022ef948>

5.迭代器
我们已经知道,可以直接作用于for循环的数据类型有以下几种:
一类是集合数据类型,如list、tuple、dict、set、str等;
一类是generator,包括生成器和带yield的generator function。

这些可以直接作用于for循环的对象统称为可迭代对象:Iterable。

可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterable对象:
>>> from collections import Iterable
>>> isinstance([], Iterable)
True
>>> isinstance({}, Iterable)
True
>>> isinstance(\'abc\', Iterable)
True
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterable)
True
>>> isinstance(100, Iterable)
False

而生成器不但可以作用于for循环,还可以被next()函数不断调用并返回下一个值,直到最后抛出StopIteration错误表示无法继续返回下一个值了。

可以被next()函数调用并不断返回下一个值的对象称为迭代器:Iterator。

可以使用isinstance()判断一个对象是否是Iterator对象:

>>> from collections import Iterator
>>> isinstance((x for x in range(10)), Iterator)
True
>>> isinstance([], Iterator)
False
>>> isinstance({}, Iterator)
False
>>> isinstance(\'abc\', Iterator)
False

生成器都是Iterator对象,但list、dict、str虽然是Iterable,却不是Iterator。
把list、dict、str等Iterable变成Iterator可以使用iter()函数:
>>> isinstance(iter([]), Iterator)
True
>>> isinstance(iter(\'abc\'), Iterator)
True

你可能会问,为什么list、dict、str等数据类型不是Iterator?
这是因为Python的Iterator对象表示的是一个数据流,Iterator对象可以被next()函数调用并不断返回下一个数据,
直到没有数据时抛出StopIteration错误。可以把这个数据流看做是一个有序序列,但我们却不能提前知道序列的长
度,只能不断通过next()函数实现按需计算下一个数据,所以Iterator的计算是惰性的,只有在需要返回下一个数据
时它才会计算。

Iterator甚至可以表示一个无限大的数据流,例如全体自然数。而使用list是永远不可能存储全体自然数的。

小结
凡是可作用于for循环的对象都是Iterable类型;
凡是可作用于next()函数的对象都是Iterator类型,它们表示一个惰性计算的序列;
集合数据类型如list、dict、str等是Iterable但不是Iterator,不过可以通过iter()函数获得一个Iterator对象。
Python的for循环本质上就是通过不断调用next()函数实现的,例如:
for x in [1, 2, 3, 4, 5]:
pass
实际上完全等价于:

# 首先获得Iterator对象:
it = iter([1, 2, 3, 4, 5])
# 循环:
while True:
try:
# 获得下一个值:
x = next(it)
except StopIteration:
# 遇到StopIteration就退出循环
break


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