一道Python题

最近有朋友“考”了我一个Python的题：使用+=和.extend()两种方法扩展元组中的列表会发生什么。虽然我对Python中的可变数据类型、不可变数据类型的概念都有较深的理解，并且也对list的+、+=、.extend()、.append()做过性能分析，但是+=和.extend()两者无论在表现(是否为原地址修改)以及性能上都非常近似，所以对两者的区别还没有明确的概念。为了解答这个问题，我我们先直接上代码试验一下：# 创建一个包含列表的元组：

>>> a_tuple = (1, 2, [])

>>> a_tuple[2] += ['a', 'b'] # (1)

Traceback (most recent call last):

File "", line 1, in

a_tuple[2] += ['a', 'b']

TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

>>> a_tuple[2].extend(['a', 'b']) # (2)

>>> a_tuple # (3)

(1, 2, ['a', 'b', 'a', 'b'])(1) 通过+=的方法扩展列表出现“元组不支持元素赋值”的报错。

(2) 使用.extend()方法。

(3) 有趣的是，列表被扩展了两次。虽然+=报错，但是却成功修改了列表。

Python中的可变数据类型和不可变数据类型

要解释这个先从Python中的可变数据类型和不可变数据类型谈起。可变数据类型可以在不改变内存地址的情况下对其进行修改。而不可变数据类型只能重新赋值绑定变量，这时变量的内存地址已经发生变化，而原地址的数据在没有被其他变量引用后将被GC(garbage collector)回收：>>> a = 1

>>> id(a) # CPython通过id()查看变量a的内存地址

1942286128

>>> a += 1 # 对变量a进行修改

>>> id(a) # 这时内存地址已经发生变化

1942286160

>>> a_list = [1] # list为可变数据类型

>>> id(a_list)

2170470080648

>>> a_list.append(2)

>>> id(a_list) # 修改后内存地址没有变化

2170470080648

元组不能修改？

学Python时教材里一般都会说元组不能修改，没有.append()、.extend()、.insert()这些方法。没错，元组是不可变数据类型，确实不能修改。但是元组的元素可以是可变数据类型，而元组中保存的实际是可变数据类型的内存地址。所以通过对可变数据类型的修改，元组最终返回的数据是可以变化的。如果了解C语言中“指针”概念的话就很好懂了。

对于list这种可变数据类型，+=和.extend()有什么异同？

还是接上面那个例子：>>> id(a_list)

2170470080648

>>> a_list += [3]

>>> id(a_list) # 通过+=扩展list，内存地址没有变化

2170470080648

>>> a_list.extend([4])

>>> id(a_list) # 通过.extend()扩展list，当然内存地址也不会变化

2170470080648

>>> a_list = a_list + [5] # 会这样写的真是个人才

>>> id(a_list) # 地址发生了变化

2170470080712

这样来说+=和.extend()在修改list时都不会修改地址，那为什么题目中通过这两种方法修改a_tuple中的list会有不同的结果呢？其实Python中两者的行为确实不同：Python中的.extend()就是在原始内存地址上对list进行了扩展，没有改变内存地址，也就不会报错。

+= 在不可变对象中调用.__add__()(和+一致)；而在可变对象中调用的是.__iadd__()(原地址修改)。

.__iadd__()实际上已经成功在原地址修改了列表，但是它会对的a_tuple[2]进行重新赋值，而这一步引发了报错，因为元组的元素不能修改。

怎么避免类似的坑？

我认为Tim Peters的《Zen of Python》(Python之禅)里有一句话很经典：There should be one-- and preferably only one --obvious way to do it.

——应当存在一种，而且更应该只有一种最好的解决方案。

所以我的回答是——你基本上不可能记住所有的特例，最简单粗暴的方法就是意识到：当你遇到一个可能的坑，意味着这不是最好的解决方案，那就忘了它，然后记住最好的。在这里就是记住扩展列表用.extend()，忘记+=吧！

附：+、+=、.extend()、.append()的性能分析：import time

def cal_time(func):

def wrapper():

t1 = time.time()

func()

t2 = time.time()

print(t2-t1)

return wrapper

@cal_time

def func_a():

a = []

for x in range(100000):

a = a + [x]

@cal_time

def func_b():

a = []

for x in range(100000):

a += [x]

@cal_time

def func_c():

a = []

for x in range(100000):

a.extend([x])

@cal_time

def func_d():

a = []

for x in range(100000):

a.append(x)

func_a()

func_b()

func_c()

func_d()

Python 3.5.1测试结果：24.90237021446228 # a = a + [x]

0.01898360252380371 # a += [x]

0.02698493003845215 # a.extend([x])

0.013987541198730469 # a.append(x)

参考资料

在总结这篇文章的时候发现其实这个问题早已经在官方文档的FAQ有非常明确的解答了，推荐阅读：