16、Python之容器：元组与列表、推导式与生成式，差之毫厘谬以千里

引言

从上一篇文章开始了对Python中容器的介绍，已经对列表的简单使用做了一些介绍，今天这篇文章，打算首先简单介绍一下元组，同时比较一下元组、列表的异同，然后就列表、元组的一些比较实用的用法，做一些补充说明。

本文的主要内容大概如下：
1、Python中元组的简单介绍
2、元组就是不可变列表？
3、关于遍历的其他方式
4、推导式与生成式的比较

Python中的tuple（元组）

在Python中提供了tuple的容器类型，可以实现不可变容器的支持。
tuple的特点主要有：
1、不可变性：元组一旦创建，不能修改、添加、删除其中的元素（需要注意不可变的严格程度）。
2、有序性：如同列表，元组也是有序的，可以通过索引访问。
3、允许重复：元组不同于set()，元素是可以重复的。
4、支持多种类型：如同列表一样，可以放入任何类型的元素。

元组的使用，除了不能增、删、改，基本是跟列表相同的。
但是，需要注意的是，不可变性的程度，是开发者需要注意到的。

zhangsan = ('张三', 18, '男', ['reading', 'basketball'])
print(zhangsan)
# 报错
zhangsan[1] = 23

执行结果：

如果改的是嵌套容器的元素呢：

zhangsan = ('张三', 18, '男', ['reading', 'basketball'])
print(zhangsan)
# 报错
# zhangsan[1] = 23
# 改变元素的内容
zhangsan[3].append('running')
print(zhangsan)

执行结果：

所以，这个元组不可变的说法，需要开发者自己要有所思考、感知的。

tuple就是不可变的列表？

有些入门教材中，总是习惯于把元组称之为“不可变列表”，刚开始简单使用，其实也是无关紧要的。但是，如果要真正理解元组，这样的模糊认知其实是不够的。

首先，从语意上来说，元组，适合于用作一条记录的存储，而列表更适合一组记录的存储。所以，元组中的项数与项的顺序也有具有了语意，自然不能随意更改。

# 存储了一条记录，项依次为姓名、年龄、性别、爱好，顺序自然不能随意变更，每条记录分别以元组存储表达，多条记录则将之放入列表
zhangsan = ('张三', 18, '男', ['reading', 'basketball'])
lisi = ('李四', 23, '女', ['reading', 'singing'])
persons = [zhangsan, lisi]
print(persons)

执行结果：

其次，元组是否一定能作为字典的key，这也是需要打个问号的。能作为字典key的，一定是可以哈希的。元组一定可以哈希吗？可以使用内置函数hash()来判断：

zhangsan = ('张三', 18, '男', ['reading', 'basketball'])
# 本行会抛出TypeError的异常
hash(zhangsan)

执行结果：

因为元组中存储了不可哈希的元素。
那么，自然也不能作为字典的key：

zhangsan = ('张三', 18, '男', ['reading', 'basketball'])
d1 = {zhangsan: 10}

执行结果：

最后，除了可以作为不可变列表使用之外，tuple相较于list还是有性能上的优势的：
1、在字面量的构建上，元组可以一次生成，并作为常量存储。列表需要逐个入栈，然后构建列表。
2、给定一个元组zs，tuple(ts)直接返回t的引用，不涉及复制。相比之下，列表ls，list(ls)则会创建zs的副本。

zs = ('张三', 18, '男', ['reading', 'basketball'])
zs2 = tuple(zs)
print(id(zs))
print(id(zs2))ls = ['李四', 23, '女', ['reading', 'singing']]
ls2 = list(ls)
print(id(ls))
print(id(ls2))

执行结果：

3、在内存分配和引用存储上，元组长度固定，所以分配的内存空间刚好够用；而列表需要考虑追加元素，所以实际的内存空间会多分配一些。元组中元素的引用都存储在元组结构体中的一个数组中，而列表则把元素的引用数组存储在别处。主要是因为列表可以变长，一旦超出当前分配的空间，Python就需要重新分配引用数组来腾出空间。

关于遍历的其他方式

关于对列表和元组的遍历，其实有两个比较好用的“函数”：enumerate()和zip()，其实，不应该说是函数，严谨来说应该是类：

通过使用enumerate，可以生成带指定索引的元组格式的元素：

from faker import Faker
fk = Faker('zh_CN')names = [fk.unique.name() for _ in range(5)]
print(names)
print('='*5 + 'for names' + '='*5)
# 需要按照编号从1开始输出
# 使用for直接遍历：
for i in range(len(names)):print(f"{i + 1}: {names[i]}")
print('='*5 + 'for enumerate' + '='*5)
# 使用enumerate进行遍历：
for idx, name in enumerate(names, start=1):print(f"{idx}: {name}")

执行结果：

通过使用zip，可以将两个列表进行拉链，一一组合为元组的形式。
比如，现在有两个列表，分别存放姓名和性别，需要将每个人的姓名、性别同时输出：

names = [fk.unique.name() for _ in range(5)]
genders = [fk.passport_gender() for _ in range(5)]
print('='*5 + 'for names' + '='*5)
# 使用for直接遍历：
for i in range(len(names)):print(f"{names[i]}: {genders[i]}")
print('='*5 + 'for zip' + '='*5)
# 使用zip进行遍历：
for name, gender in zip(names, genders):print(f"{name}: {gender}")

执行结果：

如果两个列表的长度不同呢，我们只取出能匹配上的，匹配不上的就丢弃了，使用zip，自动就可以做到了，但是普通的循环，需要我们自己处理了：

names = [fk.unique.name() for _ in range(5)]
# 性别列表比姓名多了一个
genders = [fk.passport_gender() for _ in range(6)]
print('='*5 + 'for names' + '='*5)
# 使用for直接遍历：
# 长度不同时，需要按照最短的那个来
for i in range(min(len(names), len(genders))):print(f"{names[i]}: {genders[i]}")
print('='*5 + 'for zip' + '='*5)
# 使用zip进行遍历：
for name, gender in zip(names, genders):print(f"{name}: {gender}")

此外，zip结合前面提过的*号，还可以实现unzip的效果：

from faker import Faker
fk = Faker('zh_CN')name_gender_map = [(fk.unique.name(), fk.passport_gender()) for _ in range(5)]
print(name_gender_map)
names, genders = zip(*name_gender_map)
print(names)
print(genders)

执行结果：

列表推导式与生成器表达式

前面文章中，已经简单介绍了列表推导式的使用，本文将介绍一种新的列表构建的方式——生成器表达式。

使用列表推导式和生成器表达式都可以快速构建一个列表对象（序列），代码编写很快，实际代码执行也会很快，甚至这种一行代码替代for循环的代码习惯之后，更加易于理解！

相较于列表推导式，生成器表达式占用的内存更少，因为生成器表达式使用迭代器协议逐个产生元素，而不是构建整个列表提供给其他构造函数。

生成器表达式的语法跟列表推导式几乎一样，只是把方括号[]换成了圆括号()。

from faker import Faker
fk = Faker('zh_CN')persons = [(fk.name(), fk.random_int(10, 150), fk.random_int(140, 200)) for _ in range(10)]
persons_new = ((fk.name(), fk.random_int(10, 150), fk.random_int(140, 200)) for _ in range(10))
print(type(persons))
print(type(persons_new))
for p in persons_new:print(p)

此外，在实际代码编写时，需要注意的是：
Python会忽略[]、{}和()内部的换行。因此，列表、列表推导式、元组、字典等结构完全可以分成几行来写，无须使用续行转义符\。

总结

本文简单介绍了Python中元组的特点，同时对比了元组与列表、推导式与生成式。这些粗略看来，相差不大的概念，仔细思考之后，还是能发现很多值得注意的点，而这些可能就决定了Python代码编写的质量，以及实际运行的效率。