Python 为什么会有个奇怪的“…”对象?

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Python 为什么会有个奇怪的“…”对象?

:point_up_2:  Python ” ,一个值得加星标的 公众号

本文出自“Python为什么”系列,请查看全部文章

在写上一篇《 Python 为什么要有 pass 语句? 》时,我想到一种特别的写法,很多人会把它当成 pass 语句的替代。在文章发布后,果然有三条留言提及了它。

所谓特别的写法就是下面这个:

# 用 ... 替代 pass
def foo():
...

它是中文标点符号的半个省略号,也即由英文的 3 个点组成。如果你是第一次看到,很可能会觉得奇怪:这玩意是怎么回事?PS:如果你知道它,仔细看过本文后,你同样可能会觉得奇怪!

1、认识一下“…”内置常量

事实上,它是 Python 3 中的一个内置对象,有个正式的名字叫作——Ellipsis,翻译成中文就是“省略号”。

更准确地说,它是一个内置常量(Built-in Constant),是 6 大内置常量之一(另外几个是 None、False、True、NotImplemented、__debug__)。

关于这个对象的基础性质,下面给出了一张截图,你们应该能明白我的意思:

“…“并不神秘,它只是一个可能不多见的符号型对象而已。用它替换 pass,在语法上并不会报错,因为 Python 允许一个对象不被赋值引用。

严格来说,这是旁门左道,在语义上站不住脚——把“…”或其它常量或已被赋值的变量放在一个空的缩进代码块中,它们是与动作无关的,只能表达出“这有个没用的对象,不用管它”。

Python 允许这些不被实际使用的对象存在,然而聪明的 IDE 应该会有所提示(我用的是Pycharm),比如告诉你 Statement seems to have no effect

但是“…”这个常量似乎受到了特殊对待,我的 IDE 上没有作提示。

很多人已经习惯上把它当成 pass 那样的空操作来用了(在最早引入它的邮件组讨论中,就是举了这种用法的例子)。但我本人还是倾向于使用 pass,不知道你是怎么想的呢?

2、奇怪的 Ellipsis 和 …

… 在 PEP-3100 中被引入,最早合入在 Python 3.0 版本,而 Ellipsis 则在更早的版本中就已包含。

虽然官方说它们是同一个对象的两种写法,而且说成是单例的(singleton),但我还发现一个非常奇怪的现象,与文档的描述是冲突的:

如你所见,赋值给 … 时会报错 SyntaxError: cannot assign to Ellipsis ,然而 Ellipsis 却可以被赋值,它们的行为根本就不同嘛!被赋值之后,Ellipsis 的内存地址以及类型属性都改变了,它成了一个“变量”,不再是常量。

作为对比,给 True 或 None 之类的常量赋值时,会报错 SyntaxError: cannot assign to XXX ,但是给 NotImplemented 常量赋值时不会报错。

众所周知,在 Python 2 中也可以给布尔对象(True/False)赋值,然而 Python 3 已经把它们改造成不可修改的。

所以有一种可能的解释: Ellipsis 和 NotImplemented 是 Python 2 时代的遗留产物,为了兼容性或者只是因为核心开发者遗漏了,所以它们在当前版本(3.8)中还可以被赋值修改。

… 出生在 Python 3 的时代,或许在将来会完全取代 Ellipsis。目前两者共存,它们不一致的行为值得我们注意。我的建议:只使用”…”吧,就当 Ellipsis 已经被淘汰了。

3、为什么要使用“…”对象?

接下来,让我们回到标题的问题: Python 为什么要使用“…”对象?

这里就只聚焦于 Python 3 的“…”了,不去追溯 Ellipsis 的历史和现状。

之所以会问这个问题,我的意图是想知道: 它有什么用处,能够解决什么问题?从而窥探到 Python 语言设计中的更多细节。

大概有如下的几种答案:

(1)扩展切片语法

官方文档中给出了这样的说明:

Special value used mostly in conjunction with extended slicing syntax for user-defined container data types.

这是个特殊的值,通常跟扩展的切片语法相结合,用在自定义的数据类型容器上。

文档中没有给出具体实现的例子,但用它结合__getitem__() 和 slice() 内置函数,可以实现类似于 [1, …, 7] 取出 7 个数字的切片片段的效果。

由于它主要用在数据操作上,可能大部分人很少接触。听说 Numpy 把它用在了一些语法糖用法上,如果你在用 Numpy 的话,可以探索一下都有哪些玩法?

(2)表达“未完成的代码”语义

… 可以被用作占位符,也就是我在《 Python 为什么要有 pass 语句? 》中提到 pass 的作用。前文中对此已有部分分析。

有人觉得这样很 cute,这种想法获得了 Python 之父 Guido 的支持 :

(3)Type Hint 用法

Python 3.5 引入的 Type Hint 是“…”的主要使用场合。

它可以表示不定长的参数,比如 Tuple[int, ...] 表示一个元组,其元素是 int 类型,但数量不限。

它还可以表示不确定的变量类型,比如文档中给出的这个例子:

from typing import TypeVar, Generic
T = TypeVar('T')
def fun_1(x: T) -> T: ...  # T here
def fun_2(x: T) -> T: ...  # and here could be different
fun_1(1)                   # This is OK, T is inferred to be int
fun_2('a')                 # This is also OK, now T is str

T 在函数定义时无法确定,当函数被调用时,T 的实际类型才被确定。

在 .pyi 格式的文件中,… 随处可见。这是一种存根文件(stub file),主要用于存放 Python 模块的类型提示信息,给 mypy、pytype 之类的类型检查工具 以及 IDE 来作静态代码检查。

(4)表示无限循环

最后,我认为有一个非常终极的原因,除了引入“…”来表示,没有更好的方法。

先看看两个例子:

两个例子的结果中都出现了“…”,它表示的是什么东西呢?

对于列表和字典这样的容器,如果其内部元素是可变对象的话,则存储的是对可变对象的引用。那么,当其内部元素又引用容器自身时,就会递归地出现无限循环引用。

无限循环是无法穷尽地表示出来的,Python 中用 … 来表示,比较形象易懂,除了它,恐怕没有更好的选择。

最后,我们来总结一下本文的内容:

  • … 是 Python 3 中的一个内置常量,它是一个单例对象,虽然是 Python 2 中就有的 Ellipsis 的别称,但它的性质已经跟旧对象分道扬镳

  • … 可以替代 pass 语句作为占位符使用,但是它作为一个常量对象,在占位符语义上并不严谨。很多人已经在习惯上接受它了,不妨一用

  • … 在 Python 中不少的使用场景,除了占位符用法,还可以支持扩展切片语法、丰富 Type Hint 类型检查,以及表示容器对象的无限循环

  • … 对大多数人来说,可能并不多见(有人还可能因为它是一种符号特例而排斥它),但它的存在,有些时候能够带来便利。希望本文能让更多人认识它,那么文章的目的也就达成了~

如果你觉得本文分析得不错,那你应该会喜欢这些文章:

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9、 Python 为什么要有 pass 语句?

本文属于“Python为什么”系列(Python猫出品),该系列主要关注 Python 的语法、设计和发展等话题,以一个个“为什么”式的问题为切入点,试着展现 Python 的迷人魅力。所有文章将会归档在 Github 上,项目地址: https://github.com/chinesehuazhou/python-whydo

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