前言
在python中,切片是一个经常会使用到的语法,不管是元组,列表还是字符串,一般语法就是:
sequence[ilow:ihigh:step] # ihigh
,step 可为空; 为了简短易懂,暂时排除step的用法考虑
先来简单示范下用法
sequence = [1,2,3,4,5] sequence [ilow:ihigh] # 从ilow开始到ihigh-1结束 sequence [ilow:] # 从ilow开始直到末尾 sequence [:ihigh] # 从头部开始直到ihigh结束 sequence [:] # 复制整个列表
语法很简洁,也很容易理解,这种语法在我们日常使用中 是简单又好用,但我相信在我们使用这种切片语法时,都会习惯性谨遵一些规则:
- ilow,ihigh均小于 sequece的长度
- ilow < ihigh
因为在大部分情况下,只有遵循上面的规则,才能得到我们预期的结果! 可是如果我不遵循呢? 切片会怎样?
不管我们在使用元组,当我们想取中一个元素时,我们会用到如下语法:
上面出现的 1,2 我们姑且称之为下标,我们都能通过下标来取出对应的值,但是如果下标超过对象的长度,那么将触发索引异常(IndexError)
sequence = [1,5] print sequence[15] ### 输出 ### Traceback (most recent call last): File "test.py",line 2,in <module> print a[20] IndexError: list index out of range
那么对于切片呢? 两种语法很相似,假设我 ilow 和 ihigh分别是10和20,那么结果是怎样呢
情景重现
# version: python2.7 a = [1,5] print a[10:20] # 结果会报异常吗?
看到10和20,完全超出了序列a的长度,由于前面的代码,或者以前的经验,我们总会觉得这样肯定也会导致一个IndexError,那我们开终端来试验下:
>>> a = [1,5] >>> print a[10:20] []
结果居然是: [],这感觉有点意思.是只有列表才会这么,字符串呢,元组呢?
>>> s = '23123123123' >>> print s[400:2000] '' >>> t = (1,4) >>> print t[200: 1000] ()
结果都和列表的类似,返回属于各自的空结果.
看到结果的我们眼泪掉下来,不是返回一个IndexError,而是直接返回空,这让我们不禁想到,其实语法相似,背后的东西肯定还是不同的,那我们下面一起来尝试去解释下这结果吧
原理分析
在揭开之前,咱们要先搞清楚,python是怎样处理这个切片的,可以通过dis模块来协助:
############# 切片 ################ [root@iZ23pynfq19Z ~]# cat test.py a = [11,4] print a[20:30] #结果: [root@iZ23pynfq19Z ~]# python -m dis test.py 1 0 LOAD_CONST 0 (11) 3 LOAD_CONST 1 (2) 6 LOAD_CONST 2 (3) 9 LOAD_CONST 3 (4) 12 BUILD_LIST 4 15 STORE_NAME 0 (a) 2 18 LOAD_NAME 0 (a) 21 LOAD_CONST 4 (20) 24 LOAD_CONST 5 (30) 27 SLICE+3 28 PRINT_ITEM 29 PRINT_NEWLINE 30 LOAD_CONST 6 (None) 33 RETURN_VALUE ############# 单下标取值 ################ [root@gitlab ~]# cat test2.py a = [11,4] print a[20] #结果: [root@gitlab ~]# python -m dis test2.py 1 0 LOAD_CONST 0 (11) 3 LOAD_CONST 1 (2) 6 LOAD_CONST 2 (3) 9 LOAD_CONST 3 (4) 12 BUILD_LIST 4 15 STORE_NAME 0 (a) 2 18 LOAD_NAME 0 (a) 21 LOAD_CONST 4 (20) 24 BINARY_SUBSCR 25 PRINT_ITEM 26 PRINT_NEWLINE 27 LOAD_CONST 5 (None) 30 RETURN_VALUE
在这简单介绍下dis模块,有经验的老司机都知道,python在解释脚本时,也是存在一个编译的过程,编译的结果就是我们经常看到的pyc文件,这里面codeobject对象组成的字节码,而dis就是将这些字节码用比较可观的方式展示出来,让我们看到执行的过程,下面是dis的输出列解释:
- 第一列是数字是原始源代码的行号。
- 第二列是字节码的偏移量:LOAD_CONST在第0行.以此类推。
- 第三列是字节码人类可读的名字。它们是为程序员所准备的
- 第四列表示指令的参数
- 第五列是计算后的实际参数
前面就不赘述了,就是读常量存变量的过程,最主要的区别就是: test.py 切片是使用了字节码 SLICE+3实现的,而test2.py 单下标取值主要通过字节码BINARY_SUBSCR实现的,如同我们猜测的一样,相似的语法却是截然不同的代码.因为我们要展开讨论的是切片(SLICE+3),所以就不再展开BINARY_SUBSCR,感兴趣的童鞋可以查看相关源码了解具体实现,位置: python/object/ceval.c
那我们下面来展开讨论下 SLICE+3
/*取自: python2.7 python/ceval.c */ // 第一步: PyEval_EvalFrameEx(PyFrameObject *f,int throwflag) { .... // 省略n行代码 TARGET_WITH_IMPL_NOARG(SLICE,_slice) TARGET_WITH_IMPL_NOARG(SLICE_1,_slice) TARGET_WITH_IMPL_NOARG(SLICE_2,_slice) TARGET_WITH_IMPL_NOARG(SLICE_3,_slice) _slice: { if ((opcode-SLICE) & 2) w = POP(); else w = NULL; if ((opcode-SLICE) & 1) v = POP(); else v = NULL; u = TOP(); x = apply_slice(u,v,w); // 取出v: ilow,w: ihigh,然后调用apply_slice Py_DECREF(u); Py_XDECREF(v); Py_XDECREF(w); SET_TOP(x); if (x != NULL) disPATCH(); break; } .... // 省略n行代码 } // 第二步: apply_slice(PyObject *u,PyObject *v,PyObject *w) /* return u[v:w] */ { PyTypeObject *tp = u->ob_type; PySequenceMethods *sq = tp->tp_as_sequence; if (sq && sq->sq_slice && ISINDEX(v) && ISINDEX(w)) { // v,w的类型检查,要整型/长整型对象 Py_ssize_t ilow = 0,ihigh = PY_SSIZE_T_MAX; if (!_PyEval_SliceIndex(v,&ilow)) // 将v对象再做检查,并将其值转换出来,存给ilow return NULL; if (!_PyEval_SliceIndex(w,&ihigh)) // 同上 return NULL; return PySequence_GetSlice(u,ilow,ihigh); // 获取u对象对应的切片函数 } else { PyObject *slice = PySlice_New(v,w,NULL); if (slice != NULL) { PyObject *res = PyObject_GetItem(u,slice); Py_DECREF(slice); return res; } else return NULL; } // 第三步: PySequence_GetSlice(PyObject *s,Py_ssize_t i1,Py_ssize_t i2) { PySequenceMethods *m; PyMappingMethods *mp; if (!s) return null_error(); m = s->ob_type->tp_as_sequence; if (m && m->sq_slice) { if (i1 < 0 || i2 < 0) { if (m->sq_length) { // 先做个简单的初始化,如果左右下表小于,将其加上sequence长度使其归为0 Py_ssize_t l = (*m->sq_length)(s); if (l < 0) return NULL; if (i1 < 0) i1 += l; if (i2 < 0) i2 += l; } } // 真正调用对象的sq_slice函数,来执行切片的操作 return m->sq_slice(s,i1,i2); } else if ((mp = s->ob_type->tp_as_mapping) && mp->mp_subscript) { PyObject *res; PyObject *slice = _PySlice_FromIndices(i1,i2); if (!slice) return NULL; res = mp->mp_subscript(s,slice); Py_DECREF(slice); return res; } return type_error("'%.200s' object is unsliceable",s);
虽然上面的代码有点长,不过关键地方都已经注释出来,而我们也只需要关注那些地方就足够了. 如上,我们知道最终是要执行 m->sq_slice(s,i2)
,但是这个sq_slice有点特别,因为不同的对象,它所对应的函数不同,下面是各自的对应函数:
// 字符串对象 StringObject.c: (ssizessizeargfunc)string_slice,/*sq_slice*/ // 列表对象 ListObject.c: (ssizessizeargfunc)list_slice,/* sq_slice */ // 元组 TupleObject.c: (ssizessizeargfunc)tupleslice,/* sq_slice */
因为他们三个的函数实现大致相同,所以我们只分析其中一个就可以了,下面是对列表的切片函数分析:
/* 取自ListObject.c */ static PyObject * list_slice(PyListObject *a,Py_ssize_t ilow,Py_ssize_t ihigh) { PyListObject *np; PyObject **src,**dest; Py_ssize_t i,len; if (ilow < 0) ilow = 0; else if (ilow > Py_SIZE(a)) // 如果ilow大于a长度,那么重新赋值为a的长度 ilow = Py_SIZE(a); if (ihigh < ilow) ihigh = ilow; else if (ihigh > Py_SIZE(a)) // 如果ihigh大于a长度,那么重新赋值为a的长度 ihigh = Py_SIZE(a); len = ihigh - ilow; np = (PyListObject *) PyList_New(len); // 创建一个ihigh - ilow的新列表对象 if (np == NULL) return NULL; src = a->ob_item + ilow; dest = np->ob_item; for (i = 0; i < len; i++) { // 将a处于该范围内的成员,添加到新列表对象 PyObject *v = src[i]; Py_INCREF(v); dest[i] = v; } return (PyObject *)np; }
结论
从上面的sq_slice函数对应的切片函数可以看到,如果在使用切片时,左右下标都大于sequence的长度时,都将会被重新赋值成sequence的长度,所以咱们一开始的切片: print a[10:20]
,实际上运行的是: print a4:4
. 通过这次的分析,以后在遇到下标大于对象长度的切片,应该不会再懵逼了~
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