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Python 3.10 的首個 PEP 誕生,內置型別 zip() 迎來新特性

2020-09-22 05:32:53 後端開發

譯者前言:相信凡是用過 zip() 內置函式的人,都會贊同它很有用,但是,它的最大問題是可能會產生出非預期的結果,PEP-618 提出給它增加一個引數,可以有效地解決大家的痛點,

這是 Python 3.10 版本正式采納的第一個 PEP,「Python貓」一直有跟進社區最新動態的習慣,所以翻譯了出來給大家嘗鮮,強烈推薦一讀,(PS:嚴格來說,zip() 是一個內置類(built-in type),而不是一個內置函式(built-in function),但我們一般都稱它為一個內置函式,)

PEP原文 : https://www.python.org/dev/peps/pep-0618/

PEP標題: Add Optional Length-Checking To zip

PEP作者: Brandt Bucher

創建日期: 2020-05-01

合入版本: 3.10

譯者 :豌豆花下貓 @Python貓公眾號

PEP翻譯計劃 :https://github.com/chinesehuazhou/peps-cn

摘要

本 PEP 建議給內置的 zip 添加一個可選的 strict 布爾關鍵字引數,當啟用時,如果其中一個引數先被用盡了,則會引發 ValueError ,

動機

從作者的個人經驗和一份對標準庫的調查 來看,明顯有很多(如果不是絕大多數)zip 用例要求可迭代物件必須是等長的,有時候,周圍代碼的背景關系可以保證這點,但是要 zip 處理的資料通常是由呼叫者傳入的、單獨提供的或者以某種方式生成的,在這些情況下,zip 的默認行為意味著錯誤的重構或邏輯錯誤,很容易悄悄地導致資料丟失,這些 bug 不僅難以定位,甚至難以被覺察到,

很容易想到造成這種問題的簡單案例,例如,以下代碼在 items 為一個序列(sequence)時可以良好地運行,但是如果呼叫者將 item 重構為一個可消耗的迭代器,則代碼會悄悄地產生縮短的、不匹配的結果:

def apply_calculations(items):
    transformed = transform(items)
    for i, t in zip(items, transformed):
        yield calculate(i, t)

zip 還有幾種常見用法,慣用的技巧性用法特別容易出問題,因為它們經常被不完全了解代碼作業方式的用戶使用,下面是一個示例,解包到 zip 中以轉化成嵌套的可迭代物件:

>>> x = [[1, 2, 3], ["one" "two" "three"]]
>>> xt = list(zip(*x))

另一個例子是將資料“分塊”成大小相等的組:

>>> n = 3
>>> x = range(n ** 2),
>>> xn = list(zip(*[iter(x)] * n))

在第一個例子中,非矩形資料通常會導致邏輯錯誤,在第二個例子中,長度不是 n 的倍數的資料通常也是錯誤,因為這兩個習慣用法都會悄悄地忽略不匹配的尾部元素,

最有說服力的例子來自使用了 zip 的標準庫ast ,它在 literal_eval 里產生過一個 bug,會直接丟棄不匹配的節點:

>>> from ast import Constant, Dict, literal_eval
>>> nasty_dict = Dict(keys=[Constant(None)], values=[])
>>> literal_eval(nasty_dict)  # Like eval("{None: }")
{}

實際上,筆者已經在 Python 的標準庫和工具中找出了許多呼叫點, 立即在這些位置啟用此新特性是恰當的,

基本原理

一些評論者聲稱:布爾開關常量是一種“代碼壞氣味(code-smell)”,或者與 Python 的設計哲學背道而馳,

但是,Python 當前在內置函式上有幾個布爾關鍵字引數的用法,它們通常使用編譯期常量來呼叫:

  • compile(..., dont_inherit=True)
  • open(..., closefd=False)
  • print(..., flush=True)
  • sorted(..., reverse=True)

標準庫中還有許多類似用法,

這個新引數的想法和名稱最初是由 Ram Rachum 提出的,該議題收到了 100 多個回復,而候選的“equal”也獲得了相近的支持數,

筆者對它們沒有很強烈的偏好,盡管“equal equals” 讀起來有點尷尬,它還可能(錯誤地)暗示了 zip 的物件是相等的:

>>> z = zip([2.0, 4.0, 6.0], [2, 4, 8], equal=True)

規范

當用關鍵字引數 strict=True 呼叫內置類 zip 時,如果引數的長度不同,則生成的迭代器會引發 ValueError,這個例外就發生在迭代器正常停止迭代的地方,

向上兼容

此項更改是完全向上兼容的,當前的 zip 不接受關鍵字引數,默認省略 strict 的“非嚴格”用法會保持不變,

參考實作

筆者設計了一個 C 實作,

用 Python 大致翻譯如下:

def zip(*iterables, strict=False):
    if not iterables:
        return
    iterators = tuple(iter(iterable) for iterable in iterables)
    try:
        while True:
            items = []
            for iterator in iterators:
                items.append(next(iterator))
            yield tuple(items)
    except StopIteration:
        if not strict:
            return
    if items:
        i = len(items)
        plural = " " if i == 1 else "s 1-"
        msg = f"zip() argument {i+1} is shorter than argument{plural}{i}"
        raise ValueError(msg)
    sentinel = object()
    for i, iterator in enumerate(iterators[1:], 1):
        if next(iterator, sentinel) is not sentinel:
            plural = " " if i == 1 else "s 1-"
            msg = f"zip() argument {i+1} is longer than argument{plural}{i}"
            raise ValueError(msg)

被拒絕的意見

(1)添加 itertools.zip_strict

這是 Python-Ideas 郵件串列上獲得最多支持的替代方案,因此值得在此處加以討論,它沒有任何嚴重的缺陷,如果本 PEP 被否絕,它是一個很好的替代,

雖然考慮到這一點,但是在 zip 中添加可選引數可以用較小的更改而更好地解決誘發此 PEP 的問題,

(2)依照先例

itertools 中有一個 zip_longest,這似乎讓人很有動機再添加一個 zip_strict,但是,zip_longest 在許多方面是一個更加復雜且特定的程式:它負責填寫缺失的值,但其它函式都不需要操心這種事,

如果 zip 和 zip_longest 同時放在 itertools 中,或者都作為內置函式,那么在相同的地方添加 zip_strict 就確實是一個更有效的論點,然而,新的“strict”用法在介面和行為方面,相比起 zip_longest,更接近于 zip 的概念,但又不足以成為內置物件,考慮到這個原因,令 zip 就地擴展出一個新的選項,似乎是最自然的選擇,

(3)易用性

如果 zip 能夠防止此類 bug,那么用戶在呼叫的地方啟動檢查,就會變得非常簡單,與其撰寫一套繁重的邏輯來處理,不如用這個新特性來直接檢查,

有人還認為,在標準庫中放一個新的函式,相比在一個內置函式上加關鍵字引數,更“容易發現(discoverable)”,筆者不同意這一論斷,

(4)維護成本

盡管在提升易用性時,具體的實作是個次要問題,但重要的是要認識到,添加新的程式比修改原有程式復雜得多,與此 PEP 一起提供的 CPython 實作非常簡單,并且對 zip 的默認行為沒有顯著的性能影響,而在 itertools 中添加一個全新的程式將需要:

  • 復制 zip 的許多現有邏輯,zip_longest 就是這么干的,
  • 大刀闊斧地重構 zip 或 zip_longest 或這兩者,以便共享一個公共的或者繼承性的實作(這可能會影響性能),

(5)添加多個“模式”以供切換

如果預期有三個或更多模式(mode),這個建議才會比二元標志更有意義,最顯而易見的三種模式是:“最短的”(當前 zip 的行為),“嚴格的”(本 PEP 提議的行為)和“最長的”(itertools.zip_longest 的行為),

但是,除了當前的默認值以及本提案的“strict”模式,似乎不需要再添加其它模式,最可能的是添加一個“最長的”模式,但這需要一個新的 fillvalue 引數(它對于前兩種模式都沒有意義),另外,itertools.zip_longest 已經完美地處理了這種模式,若在 zip 中添加該模式,將會造成重復,目前尚不清楚哪一個是“顯而易見的”選擇:內置 zip 上的 mode 引數,還是已經長期存在于 itertools 中的 zip_longest,

(6)給 zip 添加方法或者建構式

考慮以下兩個被提出來的做法:

>>> zm = zip(*iters).strict()
>>> zd = zip.strict(*iters)

尚不清楚哪個更好,或者哪個更差,如果 zip.strict 作為一個方法來實作,則 zm 沒問題,但是 zd 會出現幾種令人困惑的情況:

  • 回傳不包裝在元組中的結果(如果 iters 僅包含一個元素,一個 zip 迭代器),
  • 引數型別錯誤時拋出 TypeError(如果 iters 只包含一個元素,不是一個 zip 迭代器),
  • 否則,引數數量不對時拋出 TypeError,

如果 zip.strict 是作為 classmethod 或 staticmethod 實作,則 zd 將成功執行,而 zm 將不產生任何結果(這正是我們最初要避免的問題),

本提案還面臨著更為復雜的問題,因為 CPython 中 zip 內置類的實作細節是未檔案化的,這意味著若選擇以上的某種行為,當前的實作就會被“鎖定”(或至少要求對其進行仿真),

(7)變更 zip 的默認行為

zip 的默認行為沒有什么“錯” ,因為在許多情況下,這確實是正確處理大小不等的輸入的方法,例如,在處理無限迭代器時,它非常有用,

itertools.zip_longest 已經用在仍然需要“額外”尾端資料的情況,

(8)使用回呼來處理剩余物件

盡管基本上可以執行用戶需要的任何操作,但此解決方案在處理常見問題時(例如舍棄不匹配的長度),變得不必要的復雜且不直觀,

(9)引發一個 AssertionError

沒有內置函式或內置類的 API 會引發 AssertionError,此外,官方檔案 這么寫的(它的全部):

Raised when an assert statement fails.

由于此功能與 Python 的 assert 陳述句無關,因此不應該引發 AssertionError,用戶若希望在優化模式下禁用檢查(像一個 assert 陳述句),可以改用 strict = __debug__,

(10)在 map 上添加類似的特性

本 PEP 不建議對 map 作任何更改,因為很少使用帶有多個可迭代引數的map,但是,本 PEP 的裁定可作為將來討論類似特性的先例(應該出現),

如果本 PEP 被拒絕,則 map 的那種特性實際上也不值得追求,如果通過了,則對 map 的更改不需要新的 PEP(盡管像所有提案一樣,都應仔細考慮其有用性),為了保持一致性,它應遵循此處討論的跟 zip 相同的 API 和語意,

(11)什么也不做

此建議可能最沒有吸引力,

悄悄地將資料截斷是一種特別令人討厭的 bug,而手寫一個健壯的解決方案卻并非易事,Python 自己的標準庫(前文提到的 ast)是有現實意義的反例,很容易就陷入本 PEP 試圖避免的那種陷阱,

推薦閱讀:

1、PEP中文翻譯計劃 (https://github.com/chinesehuazhou/peps-cn)

2、學習 Python,怎能不懂點PEP呢? (https://mp.weixin.qq.com/s/oRoBxZ2-IyuPOf_MWyKZyw)

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/houduan/102189.html

標籤:Python

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