Python 序列构成的数组(元组不仅仅是不可变的列表)

元组不仅仅是不可变的列表

有些 Python 入门教程把元组称为“不可变列表”，然而这并没有完全概括
元组的特点。除了用作不可变的列表，它还可以用于没有字段名的记
录。鉴于后者常常被忽略，我们先来看看元组作为记录的功用。

元组和记录

元组其实是对数据的记录：元组中的每个元素都存放了记录中一个字段
的数据，外加这个字段的位置。正是这个位置信息给数据赋予了意义。

如果只把元组理解为不可变的列表，那其他信息——它所含有的元素的
总数和它们的位置——似乎就变得可有可无。但是如果把元组当作一些
字段的集合，那么数量和位置信息就变得非常重要了。

示例 2-7 中的元组就被当作记录加以利用。如果在任何的表达式里我们
在元组内对元素排序，这些元素所携带的信息就会丢失，因为这些信息
是跟它们的位置有关的。
示例 2-7　把元组用作记录

>>> lax_coordinates = (33.9425, -118.408056) ➊
>>> city, year, pop, chg, area = ('Tokyo', 2003, 32450, 0.66, 8014) ➋
>>> traveler_ids = [('USA', '31195855'), ('BRA', 'CE342567'), ➌
... ('ESP', 'XDA205856')]
>>> for passport in sorted(traveler_ids): ➍
... print('%s/%s' % passport) ➎
...
BRA/CE342567
ESP/XDA205856
USA/31195855
>>> for country, _ in traveler_ids: ➏
... print(country)
...
USA
BRA
ESP

❶ 洛杉矶国际机场的经纬度。
❷ 东京市的一些信息：市名、年份、人口（单位：百万）、人口变化
（单位：百分比）和面积（单位：平方千米）。
❸ 一个元组列表，元组的形式为 (country_code,
passport_number)。
❹ 在迭代的过程中，passport 变量被绑定到每个元组上。
❺ % 格式运算符能被匹配到对应的元组元素上。
❻ for 循环可以分别提取元组里的元素，也叫作拆包（unpacking）。因
为元组中第二个元素对我们没有什么用，所以它赋值给“_”占位符。

元组拆包

示例 2-7 中，我们把元组 (‘Tokyo’, 2003, 32450, 0.66, 8014) 里
的元素分别赋值给变量 city、year、pop、chg 和 area，而这所有的
赋值我们只用一行声明就写完了。同样，在后面一行中，一个 % 运算符
就把 passport 元组里的元素对应到了 print 函数的格式字符串空档
中。这两个都是对元组拆包的应用。

元组拆包可以应用到任何可迭代对象上，唯一的硬性要求
是，被可迭代对象中的元素数量必须要跟接受这些元素的元组的空
档数一致。除非我们用 * 来表示忽略多余的元素，在“用 * 来处理
多余的元素”一节里，我会讲到它的具体用法。Python 爱好者们很
喜欢用元组拆包这个说法，但是可迭代元素拆包这个表达也慢慢
流行了起来，比如“PEP 3132—Extended Iterable
Unpacking”（https://www.python.org/dev/peps/pep-3132/）的标题就
是这么用的。

最好辨认的元组拆包形式就是平行赋值，也就是说把一个可迭代对象里
的元素，一并赋值到由对应的变量组成的元组中。就像下面这段代码：

>>> lax_coordinates = (33.9425, -118.408056)
>>> latitude, longitude = lax_coordinates # 元组拆包
>>> latitude
33.9425
>>> longitude
-118.408056

另外一个很优雅的写法当属不使用中间变量交换两个变量的值：

>>> b, a = a, b

还可以用 * 运算符把一个可迭代对象拆开作为函数的参数：

>>> divmod(20, 8)
(2, 4)
>>> t = (20, 8)
>>> divmod(*t)
(2, 4)
>>> quotient, remainder = divmod(*t)
>>> quotient, remainder
(2, 4)

下面是另一个例子，这里元组拆包的用法则是让一个函数可以用元组的
形式返回多个值，然后调用函数的代码就能轻松地接受这些返回值。比
如 os.path.split() 函数就会返回以路径和最后一个文件名组成的元
组 (path, last_part):

>>> import os
>>> _, filename = os.path.split('/home/luciano/.ssh/idrsa.pub')
>>> filename
'idrsa.pub'

在进行拆包的时候，我们不总是对元组里所有的数据都感兴趣，_ 占位
符能帮助处理这种情况，上面这段代码也展示了它的用法。

如果做的是国际化软件，那么 _ 可能就不是一个理想的占位
符，因为它也是 gettext.gettext 函数的常用别名，gettext 模
块的文档（https://docs.python.org/3/library/gettext.html）里提到了这
一点。在其他情况下，_ 会是一个很好的占位符。

除此之外，在元组拆包中使用 * 也可以帮助我们把注意力集中在元组的
部分元素上。

用*来处理剩下的元素
在 Python 中，函数用 *args 来获取不确定数量的参数算是一种经典写
法了。

于是 Python 3 里，这个概念被扩展到了平行赋值中：

>>> a, b, *rest = range(5)
>>> a, b, rest
(0, 1, [2, 3, 4])
>>> a, b, *rest = range(3)
>>> a, b, rest
(0, 1, [2])
>>> a, b, *rest = range(2)
>>> a, b, rest
(0, 1, [])

在平行赋值中，* 前缀只能用在一个变量名前面，但是这个变量可以出
现在赋值表达式的任意位置：

>>> a, *body, c, d = range(5)
>>> a, body, c, d
(0, [1, 2], 3, 4)
>>> *head, b, c, d = range(5)
>>> head, b, c, d
([0, 1], 2, 3, 4)

另外元组拆包还有个强大的功能，那就是可以应用在嵌套结构中。

嵌套元组拆包

接受表达式的元组可以是嵌套式的，例如 (a, b, (c, d))。只要这个
接受元组的嵌套结构符合表达式本身的嵌套结构，Python 就可以作出正
确的对应。示例 2-8 就是对嵌套元组拆包的应用。

示例 2-8　用嵌套元组来获取经度

metro_areas = [
('Tokyo','JP',36.933,(35.689722,139.691667)), # ➊
('Delhi NCR', 'IN', 21.935, (28.613889, 77.208889)),
('Mexico City', 'MX', 20.142, (19.433333, -99.133333)),
('New York-Newark', 'US', 20.104, (40.808611, -74.020386)),
('Sao Paulo', 'BR', 19.649, (-23.547778, -46.635833)),
]
print('{:15} | {:^9} | {:^9}'.format('', 'lat.', 'long.'))
fmt = '{:15} | {:9.4f} | {:9.4f}'
for name, cc, pop, (latitude, longitude) in metro_areas: # ➋
if longitude <= 0: # ➌
print(fmt.format(name, latitude, longitude))

❶ 每个元组内有 4 个元素，其中最后一个元素是一对坐标。
❷ 我们把输入元组的最后一个元素拆包到由变量构成的元组里，这样
就获取了坐标。
❸ if longitude <= 0: 这个条件判断把输出限制在西半球的城市。
示例 2-8 的输出是这样的：

在 Python 3 之前，元组可以作为形参放在函数声明中，例如
def fn(a, (b, c), d):。然而 Python 3 不再支持这种格式，具
体原因见于“PEP 3113—Removal of Tuple Parameter
Unpacking”（http://python.org/dev/peps/pep-3113/）。需要弄清楚的
是，这个改变对函数调用者并没有影响，它改变的是某些函数的声
明方式。

元组已经设计得很好用了，但作为记录来用的话，还是少了一个功能：
我们时常会需要给记录中的字段命名。namedtuple 函数的出现帮我们
解决了这个问题。

具名元组

collections.namedtuple 是一个工厂函数，它可以用来构建一个带
字段名的元组和一个有名字的类——这个带名字的类对调试程序有很大
帮助。

用 namedtuple 构建的类的实例所消耗的内存跟元组是一样
的，因为字段名都被存在对应的类里面。这个实例跟普通的对象实
例比起来也要小一些，因为 Python 不会用 dict 来存放这些实
例的属性。

在第 1 章的示例 1-1 中是这样新建 Card 类的：

Card = collections.namedtuple('Card', ['rank', 'suit'])

示例 2-9 展示了如何用具名元组来记录一个城市的信息。
示例 2-9　定义和使用具名元组

>>> from collections import namedtuple
>>> City = namedtuple('City', 'name country population coordinates') ➊
>>> tokyo = City('Tokyo', 'JP', 36.933, (35.689722, 139.691667)) ➋
>>> tokyo
City(name='Tokyo', country='JP', population=36.933, coordinates=(35.689722,
139.691667))
>>> tokyo.population ➌
36.933
>>> tokyo.coordinates
(35.689722, 139.691667)
>>> tokyo[1]
'JP'

❶ 创建一个具名元组需要两个参数，一个是类名，另一个是类的各个
字段的名字。后者可以是由数个字符串组成的可迭代对象，或者是由空
格分隔开的字段名组成的字符串。
❷ 存放在对应字段里的数据要以一串参数的形式传入到构造函数中
（注意，元组的构造函数却只接受单一的可迭代对象）。
❸ 你可以通过字段名或者位置来获取一个字段的信息。
除了从普通元组那里继承来的属性之外，具名元组还有一些自己专有的
属性。示例 2-10 中就展示了几个最有用的：_fields 类属性、类方法
_make(iterable) 和实例方法 _asdict()。 示例 2-10　具名元组的属性和方法（接续前一个示例）

>>> City._fields ➊
('name', 'country', 'population', 'coordinates')
>>> LatLong = namedtuple('LatLong', 'lat long')
>>> delhi_data = ('Delhi NCR', 'IN', 21.935, LatLong(28.613889, 77.208889))
>>> delhi = City._make(delhi_data) ➋
>>> delhi._asdict() ➌
OrderedDict([('name', 'Delhi NCR'), ('country', 'IN'), ('population',
21.935), ('coordinates', LatLong(lat=28.613889, long=77.208889))])
>>> for key, value in delhi._asdict().items():
        print(key + ':', value)
name: Delhi NCR
country: IN
population: 21.935
coordinates: LatLong(lat=28.613889, long=77.208889)
>>>

❶ _fields 属性是一个包含这个类所有字段名称的元组。
❷ 用 _make() 通过接受一个可迭代对象来生成这个类的一个实例，它
的作用跟 City(*delhi_data) 是一样的。
❸ _asdict() 把具名元组以 collections.OrderedDict 的形式返
回，我们可以利用它来把元组里的信息友好地呈现出来。

现在我们知道了，元组是一种很强大的可以当作记录来用的数据类型。
它的第二个角色则是充当一个不可变的列表。下面就来看看它的第二重
功能。

作为不可变列表的元组

如果要把元组当作列表来用的话，最好先了解一下它们的相似度如何。
在表 2-1 中可以清楚地看到，除了跟增减元素相关的方法之外，元组支
持列表的其他所有方法。还有一个例外，元组没有 reversed 方
法，但是这个方法只是个优化而已，reversed(my_tuple) 这个用法在
没有 reversed 的情况下也是合法的。
表2-1：列表或元组的方法和属性（那些由object类支持的方法没有
列出来）

每个 Python 程序员都知道序列可以用 s[a:b] 的形式切片，但是关于切
片，我还想说说它的一些不太为人所知的方面。