作者:大奎
来源:早起Python
Python 程序员肯定知道 a,b = b,a,这句话用来交换两个变量。相较于其它语言需要引入一个 temp 来临时存储变量的做法,Python 的这种写法无疑非常优雅。
佶屈聱牙的 C 写法:
int a = 1; int b = 2; int temp; temp = a; a = b; b = temp;
简洁优雅的 Python 写法:
a,b = 1,2 a,b = b,a
虽然语法非常方便,但我们始终不曾想过:它是怎么运作的?背后支撑它的机制是什么?下面让我们一步步分析它。
最常见的解释是:
a,b = b,a 中右侧是元组表达式,即 b,a 是一个两个元素的 tuple(a,b)。表达式左侧是两个待分配元素,而 = 相当于元组元素拆包赋值操作。
这种方法,理解起来最简单,但实际是这种情况么?
让我们从字节码上看下,是不是这种情况。
大家可能不太了解 Python 字节码。Python 解释器是一个基于栈的虚拟机。Python 解释器就是编译、解释 Python 代码的二进制程序。
虚拟机是一种执行代码的容器,相较于二进制代码具有方便移植的特点。而 Python 的虚拟机就是栈机器。
Python 中函数调用、变量赋值等操作,最后都转换为对栈的操作。这些对栈的具体操作,就保存在字节码里。
dis 模块可以反编译字节码,使其变成人类可读的栈机器指令。如下,我们看反编译 a,b=b,a 的代码。
>>> import dis >>> dis.dis("a,b=b,a") 1 0 LOAD_NAME 0 (b) 2 LOAD_NAME 1 (a) 4 ROT_TWO 6 STORE_NAME 1 (a) 8 STORE_NAME 0 (b) 10 LOAD_CONST 0 (None) 12 RETURN_VALUE
可见,在 Python 虚拟机的栈上,我们按照表达式右侧的 b,a 的顺序,先后压入计算栈中,然后用一个重要指令 ROT_TWO,这个操作交换了 a 和 b 的位置,最后 STORE_NAME 操作将栈顶的两个元素先后弹出,传递给 a 和 b 元素。
栈的特性是先进后出(FILO)。当我们按b,a顺序压入栈的时候,弹出时先出的就是a,再弹出就是b。STORE_NAME指令会把栈顶元素弹出,并关联到相应变量上。
如果没有第 4 列的指令 ROT_TWO,此次 STORE_NAME 弹出的第一个变量会是后压栈的 a,这样就是 a=a 的效果。有了 ROT_TWO 则完成了变量的交换。
好了,我们知道靠压栈、弹栈和交换栈顶的两个元素,实现了 a,b = b,a 的操作。
同时,我们也知道了,上诉元组拆包赋值的说法,是不恰当的。
那 ROT_TWO 是怎么具体操作的呢?
见名知意,可以猜出来 ROT_TWO 是交换两个栈顶变量的操作。在 Python 源代码的层面上,来看是如何交换两个栈顶的元素。
下载 Python 源代码,进入 Python/ceval.c 文件,在 1101 行,我们看到了 ROT_TWO 的操作。
TARGET(ROT_TWO){ PyObject *top = TOP(); PyObject *second = SECOND(); SET_TOP(second); SET_SECOND(top); FAST_DISPATCH(); }
代码比较简单,我们用 TOP 和 SECOND 宏获取了栈上的 a,b 元素,然后再用 SET_TOP、SET_SECOND 宏把值写入栈中。以此完成交换栈顶元素的操作。
下面,我们来看一个奇怪的现象,在这篇文章里,也可以看到这个现象。如下,我们试图排序这个列表:
>>> a = [0, 1, 3, 2, 4] >>> a[a[2]], a[2] = a[2], a[a[2]] >>> a >>> [0, 1, 2, 3, 4] >>> a = [0, 1, 3, 2, 4] >>> a[2], a[a[2]] = a[a[2]],a[2] >>> a >>> [0, 1, 3, 3, 4]
按照理解 a,b = b,a 和 b,a=a,b 是一样的结果,但从上例中我们看到,这两者的结果是不同的。
导致这一现象的原因在于:求值的顺序。毫无疑问,整个表达式先求右侧的两个元素,然后作为常数保存起来。最后赋值给左侧的两个变量。
最后赋值时,需要注意,我们从左到右依次赋值,如果 a[2] 先修改的话,势必会影响到其后的 a[a[2]] 的列表下标。
“
你可以使用反汇编代码,来分析产生这个现象的具体步骤。
”
当我们使用常数作为右侧元组,来给左侧变量赋值时;或使用超过三个元素,来完成便捷交换时,其在字节码层次上便不是 ROT_TWO 这种操作了。
>>> dis.dis("a,b,c,d=b,c,d,a") 1 0 LOAD_NAME 3 LOAD_NAME 6 LOAD_NAME 9 LOAD_NAME 12 BUILD_TUPLE 15 UNPACK_SEQUENCE 18 STORE_NAME 21 STORE_NAME 24 STORE_NAME 27 STORE_NAME 30 LOAD_CONST 33 RETURN_VALUE >>>
很明显,这里是在偏移 12 字节处 BUILD_TUPLE 组装元组,然后解包赋值给左侧变量。上文所述的通俗说法,在这里又成立了!
也就是说,当小于四个元素交换时,Python 采用优化的栈操作来完成交换。
当使用常量或者超过四个元素时,采用元组拆包赋值的方式来交换。
至于为什么是四个元素,应该是因为 Python 最多支持到 ROT_THREE 操作,四个元素的话,系统不知道该怎么优化了。但在新版本的 Python 中,我看到了 ROT_FOUR 操作,所以这时候,四个元素还是 ROT_* 操作来优化的。
>>>import opcode >>>opcode.opmap["ROT_THREE"] 3
此例中,该版本 Python 支持 ROT_THREE 操作,你也可以使用 ROT_FOUR 查看自己 Python 是否支持,进而确定是否可以四个以上元素便捷交换。
综上,我们了解了 Python 中优雅的 a,b = b,a 交换变量方法的实现和运行原理,深入了解其求值顺序和局限性,同时学习了深入分析 Python 代码的思路和方法,如果对你有帮助,可以给本文点个赞,也欢迎分享出去让更多人看见!
数据分析咨询请扫描二维码
若不方便扫码,搜微信号:CDAshujufenxi
持证人简介:贺渲雯 ,CDA 数据分析师一级持证人,互联网行业数据分析师 今天我将为大家带来一个关于用户私域用户质量数据分析 ...
2025-04-18一、CDA持证人介绍 在数字化浪潮席卷商业领域的当下,数据分析已成为企业发展的关键驱动力。为助力大家深入了解数据分析在电商行 ...
2025-04-17CDA持证人简介:居瑜 ,CDA一级持证人,国企财务经理,13年财务管理运营经验,在数据分析实践方面积累了丰富的行业经验。 一、 ...
2025-04-16持证人简介: CDA持证人刘凌峰,CDA L1持证人,微软认证讲师(MCT)金山办公最有价值专家(KVP),工信部高级项目管理师,拥有 ...
2025-04-15持证人简介:CDA持证人黄葛英,ICF国际教练联盟认证教练,前字节跳动销售主管,拥有丰富的行业经验。在实际生活中,我们可能会 ...
2025-04-14在 Python 编程学习与实践中,Anaconda 是一款极为重要的工具。它作为一个开源的 Python 发行版本,集成了众多常用的科学计算库 ...
2025-04-14随着大数据时代的深入发展,数据运营成为企业不可或缺的岗位之一。这个职位的核心是通过收集、整理和分析数据,帮助企业做出科 ...
2025-04-11持证人简介:CDA持证人黄葛英,ICF国际教练联盟认证教练,前字节跳动销售主管,拥有丰富的行业经验。 本次分享我将以教培行业为 ...
2025-04-11近日《2025中国城市长租市场发展蓝皮书》(下称《蓝皮书》)正式发布。《蓝皮书》指出,当前我国城市住房正经历从“增量扩张”向 ...
2025-04-10在数字化时代的浪潮中,数据已经成为企业决策和运营的核心。每一位客户,每一次交易,都承载着丰富的信息和价值。 如何在海量客 ...
2025-04-09数据是数字化的基础。随着工业4.0的推进,企业生产运作过程中的在线数据变得更加丰富;而互联网、新零售等C端应用的丰富多彩,产 ...
2025-04-094月7日,美国关税政策对全球金融市场的冲击仍在肆虐,周一亚市早盘,美股股指、原油期货、加密货币、贵金属等资产齐齐重挫,市场 ...
2025-04-08背景 3月26日,科技圈迎来一则重磅消息,苹果公司宣布向浙江大学捐赠 3000 万元人民币,用于支持编程教育。 这一举措并非偶然, ...
2025-04-07在当今数据驱动的时代,数据分析能力备受青睐,数据分析能力频繁出现在岗位需求的描述中,不分岗位的任职要求中,会特意标出“熟 ...
2025-04-03在当今数字化时代,数据分析师的重要性与日俱增。但许多人在踏上这条职业道路时,往往充满疑惑: 如何成为一名数据分析师?成为 ...
2025-04-02最近我发现一个绝招,用DeepSeek AI处理Excel数据简直太爽了!处理速度嘎嘎快! 平常一整天的表格处理工作,现在只要三步就能搞 ...
2025-04-01你是否被统计学复杂的理论和晦涩的公式劝退过?别担心,“山有木兮:统计学极简入门(Python)” 将为你一一化解这些难题。课程 ...
2025-03-31在电商、零售、甚至内容付费业务中,你真的了解你的客户吗? 有些客户下了一两次单就消失了,有些人每个月都回购,有些人曾经是 ...
2025-03-31在数字化浪潮中,数据驱动决策已成为企业发展的核心竞争力,数据分析人才的需求持续飙升。世界经济论坛发布的《未来就业报告》, ...
2025-03-28你有没有遇到过这样的情况?流量进来了,转化率却不高,辛辛苦苦拉来的用户,最后大部分都悄无声息地离开了,这时候漏斗分析就非 ...
2025-03-27