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让我们从两行最简单的 Python 代码开始。
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```python
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>>> name = 'piglei'
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>>> print(f'Hello {name}!')
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Hello piglei!
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```
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这是一个“Hello World”程序,你也许已经见过它无数次,对里面的每个字母都了如指掌。但你可能从未意识到,上面两行代码,刚好对应着 Python 语言里的两个重要概念:**语句(statement)** 和 **表达式(expression)**。
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具体来说,`name = 'piglei'` 是一行赋值语句,它将字符串 `'piglei'` 赋给了 `name` 变量。`print(f'Hello {name}!')` 则是一个表达式,它通过调用内置函数 `print` 往屏幕打印信息。
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### 表达式的特点
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编写代码时,语句和表达式是两类最基本的代码单元。
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虽然在日常表达中,我们会把语句和表达式区分开来,但二者并非完全不同——表达式实际上就是一种特殊的语句。和普通语句比起来,表达式的特别之处在于它拥有一个(或多个)返回值。
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举例来说,前面的 `print(...)` 表达式就会返回一个值:`None`。你可以像下面这样获取它:
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```python
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# print 函数总是返回 None
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>>> val = print(f'Hello {name}!')
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Hello piglei!
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>>> val is None
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True
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```
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虽然这么做没啥实际用途,但它足够体现出表达式的独特之处——因为你永远无法对普通语句做出类似的事情。无论是“赋值语句”、“循环语句”,还是一个“条件分支语句”,你永远都无法将其赋值给某个变量,这在语法上无从谈起:
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```python
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>>> val = (name = 'piglei')
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File "<stdin>", line 1
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val = (name = 'piglei')
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^
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SyntaxError: invalid syntax #1
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```
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1. 意料之中,抛出了语法错误(`SyntaxError`)
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不过,Python 3.8 版本发布以后,表达式和语句间的分界线突然变得前所未有的模糊。上面这行错误代码,只要增加一个冒号就可以变得合法:
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```python
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>>> val = (name := 'piglei')
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>>> val, name
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('piglei', 'piglei')
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```
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这便是“海象操作符(walrus operator)”——`:=`——的威力。
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### 海象操作符
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也许你会好奇,“海象操作符”这名字是怎么来的,为啥蟒蛇(python)的世界里会突然冒出一头海象(walrus)?假如你把头向左倾斜 90 度,仔细观察 `:=` 符号,就会发现其中的奥秘:它看起来就像一头海象的面部,冒号是鼻孔,等号是它的两根长牙。
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使用 `:=` 操作符,可以构建出学名为“赋值表达式(Assignment Expressions)”的东西。在赋值表达式出现前,变量的赋值只能通过语句来完成。它出现后,我们便可在一个表达式内完成赋值,同时返回所赋值的变量。
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```python
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>>> val = (name := 'piglei') #1
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```
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1. `(name := 'piglei')` 就是一个赋值表达式,它同时做到了两件事:将 `'piglei'` 赋值为 `name` 变量;返回 `name` 变量的值。
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赋值表达式几乎可以被用在任何你能想到的地方,比如条件分支、循环和列表推导式,等等。
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让我们来看几个典型场景。
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#### 1. 用于分支语句
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有一个函数,功能是从一段字符串中找出第一个以字母“w”开头的单词,如未找到,再尝试找以“w”结尾的。代码可以这么写:
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```python
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import re
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LEADING_W_WORD = re.compile(r'\bw\w*?\b', re.I)
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TRAILING_W_WORD = re.compile(r'\b\w*?w\b', re.I)
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def find_w_word(s):
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"""找到并打印字符串中第一个以 w 开头的单词,如未找到,再试着找 w 结尾的"""
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if LEADING_W_WORD.search(s):
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word = LEADING_W_WORD.search(s).group()
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print(f'Found word starts with "w": {word}')
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elif TRAILING_W_WORD.search(s):
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word = TRAILING_W_WORD.search(s).group()
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print(f'Found word ends with "w": {word}')
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```
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调用效果如下:
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```python
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>>> find_w_word('Guido found several examples where a programmer repeated a subexpression')
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Found word starts with "w": where
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```
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上面的代码存在一个小问题,每个负责正则搜索的表达式 `LEADING_W_WORD.search(s)` 分别重复出现了两次:一次在分支判断处,另一次在分支内部。
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这种重复会让代码更难维护,也会影响程序的执行性能。因此,大部分时候我们会通过定义变量来消除重复:
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```python
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def find_w_word_v2(s):
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"""找到并打印字符串中第一个以 w 开头的单词,如未找到,再试着找 w 结尾的"""
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l_match = LEADING_W_WORD.search(s) #1
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if l_match:
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word = l_match.group()
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print(f'Found word starts with "w": {word}')
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else:
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t_match = TRAILING_W_WORD.search(s)
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if t_match:
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word = t_match.group()
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print(f'Found word ends with "w": {word}')
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```
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1. 定义一个变量 `l_match` 保存 `.search()` 返回的匹配结果
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但这样虽然消除了重复,却引入了更深的嵌套层级,还是难以让人满意。
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有了赋值表达式后,我们可以更进一步,直接在分支判断语句中一次性完成表达式的运算和赋值。于是,代码可以被进一步简化成这样:
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```python
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def find_w_word_v3(s):
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"""找到并打印字符串中第一个以 w 开头的单词,如未找到,再试着找 w 结尾的"""
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if l_match := LEADING_W_WORD.search(s):
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word = l_match.group()
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print(f'Found word starts with "w": {word}')
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elif t_match := TRAILING_W_WORD.search(s):
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word = t_match.group()
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print(f'Found word ends with "w": {word}')
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```
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修改之后,代码变得更扁平,逻辑也更加紧凑了。
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除了 `if` 条件分支,`while` 循环中也可以使用赋值表达式。比如,下面这种模式的循环代码十分常见:
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```python
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while True:
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chunk = fp.read(2048)
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if not chunk:
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break
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# 继续后续对 chunk 的处理...
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```
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如果使用赋值表达式,它可以被简化成下面这样:
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```python
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while chunk := fp.read(2048):
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# 继续后续对 chunk 的处理...
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```
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#### 2. 消除推导式中的重复
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前面演示了在分支语句中使用赋值表达式,除此之外,你也可以在各类推导式中使用它。
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举个例子,在构建一个推导式时,我们有时可能会需要同时做到以下两件事:
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1. 预计算每个成员,判断结果是否满足要求
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2. 如满足,将预计算的结果置入新对象
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下面的代码完成了这个功能:
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```python
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# 仅挑选 func(...) > 100 的成员构建新列表
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new_objs = [func(p) for p in objs if func(p) > 100]
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```
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虽然它满足需求,但也有一个严重的问题:`func(p)` 在每次迭代时会被重复执行两次,这很可能会成为一个潜在的性能隐患。
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在以前,如果你想优化这个问题,除了把表达式拆成普通 `for` 循环外没什么其他办法。但有了赋值表达式,代码可被轻松优化成这样:
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```python
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new_objs = [v for p in objs if (v := func(p)) > 100]
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```
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重复的函数调用原地消失了。
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#### 3. 捕获推导式的中间结果
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从某种角度上看,赋值表达式是一种有“副作用”的表达式,它的副作用就是在返回值的同时,完成变量赋值。如果你有意地利用这种副作用,就能完成一些相当出人意料的事情。
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让我来举个例子。`any()` 是 Python 的一个内建函数,它接收一个可迭代对象作为参数,在遍历该对象的过程中,如果发现任何布尔值为真的成员,函数就立刻返回 `True`,否则返回 `False`。
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一个常见的使用场景如下所示:
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```python
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def has_lucky_number(nums):
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"""判断给定的列表中,是否存在能被 7 整除的数字"""
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return any(n % 7 == 0 for n in nums)
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```
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调用示例:
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```python
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>>> has_lucky_number([4, 8, 9])
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False
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>>> has_lucky_number([4, 8, 21, 9])
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True
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```
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某日,需求变更了。函数不仅需要知道是否存在被 7 整除的数字,还得把这个数字找出来。代码该怎么改?`any(...)` 像是肯定没法再用了,不如写一个平平无奇的 `for` 循环吧。
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但其实,如果你使用赋值表达式搭配上 `any` 函数的短路执行特性,下面这几行代码也可以达成使命:
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```python
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def get_lucky_number(nums):
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"""返回列表中能被 7 整除的数字,如没有则返回 None"""
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if any((ret := n) % 7 == 0 for n in nums):
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return ret
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return None
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```
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调用示例:
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```python
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>>> get_lucky_number([4, 8, 9])
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>>> get_lucky_number([4, 8, 21, 9])
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21
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```
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和之前相比,新代码最主要的修改在于将 `n` 替换成了 `(ret := n)`——一个有副作用的赋值表达式。在 `any` 函数进行循环遍历 `nums` 列表的过程中,当前被迭代的成员 `n` 会被赋到 `ret` 变量上,如其刚好满足条件,就会直接被当做结果返回。
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借助赋值表达式的副作用,我们成功捕获了第一个满足条件的成员,只用一行代码就实现了需求。
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#### 4. 赋值表达式的限制
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从外观上看,赋值表达式和赋值语句极为相似,仅多了一个冒号 `:`。但如果你继续深入,会发现它其实被施加了许多普通赋值语句所没有的限制。
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比如,它在作为整句独立使用时,两边必须添加括号:
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```
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>>> x := 1
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SyntaxError: invalid syntax
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>>> (x := 1)
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1
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```
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此外,赋值表达式也无法直接操作对象属性(或字典的键):
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```python
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# 普通赋值语句
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>>> s.foo = 'bar'
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>>> d['foo'] = 'bar'
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# 赋值表达式无法做到
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>>> (s.foo := 'bar')
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SyntaxError: cannot use assignment expressions with attribute
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>>> (d['foo'] := 'bar')
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SyntaxError: cannot use assignment expressions with subscript
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```
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诸如此类的限制,是语言设计者为避免人们滥用赋值表达式而为之。但即便有着这些限制,赋值表达式这个 Python 3.8 中增加的新语法,已然为人们在 Python 中“遣词造句”,带来了巨大的可能性和想象空间。
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> 如果你想了解更多关于”赋值表达式“的细节,建议阅读官方 PEP: [PEP 572 – Assignment Expressions](https://peps.python.org/pep-0572/)。
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### 其他建议
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下面是关于”赋值表达式“的两个使用建议。
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#### 1. “更紧凑”不等于“更好”
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正如前面所展示的,我们可以像玩积木一样组合使用赋值表达式,写出更精炼、更紧凑的代码。但对于代码而言,“更紧凑”不能和“更好”画上等号。关于这点,我很喜欢 Tim Peters 举过的[一个简单例子](https://peps.python.org/pep-0572/#appendix-a-tim-peters-s-findings)。
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Tim Peters 说自己不喜欢“匆匆忙忙”的代码,讨厌将概念上无关的逻辑写到同一行代码里。比方说,与其像下面这样写:
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```python
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i = j = count = nerrors = 0
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```
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他更倾向于改成这样:
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```python
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i = j = 0
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count = 0
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nerrors = 0
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```
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第一种写法虽然紧凑,但其实忽视了一件重要的事:这几个变量分属 3 类不同用途(分别是循环索引值、个数和错误数量),它们只是碰巧都为 `0` 而已。将代码拆成 3 行以后,虽没那么紧凑,但概念上实际变得更清晰了。
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在使用赋值表达式时,我们尤其需要避免掉进盲目追求“精炼”和“紧凑”的陷阱里,多多关注每行代码在逻辑上的联系,而不要整日盯着**字面意义上**的精简。
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#### 2. 宜少不宜多
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赋值表达式是 Python 3.8 引入的新特性,已经发布 3 年有余。但就自身感受而言,除了在一些 Python 教程文章中,我在其他项目里极少见到它的身影。
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人们很少使用赋值表达式,我猜主要出于两方面的原因。
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其一,Python 3.8 仍是一个相对较新的版本,许多项目尚未完成版本升级。其二,赋值表达式本身非常灵活,适用场景非常多,使用起来难以把控尺度,因此许多开发者对其抱着较为警惕的态度。再加上它本身也不提供任何普通语句做不到的独特功能——不是雪中送炭,只是锦上添花——因此大家不愿尝鲜。
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上面的第一类原因,随着时间的推移会慢慢得到解决。我们主要看第二类。
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我认为,大部分开发者的担忧确实有一定道理,赋值表达式在将代码变得紧凑的同时,也带来了更高的理解成本和上手门槛。而且平心而论,一些用了赋值表达式的代码,真的会给我一种“*这么写是不是过于聪明了?*”的感觉。
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拿之前的这段代码为例:
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```python
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if any((ret := n) % 7 == 0 for n in nums):
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return ret
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```
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如果是一个私人脚本,也许我会愿意把代码写成上面那样。但在多人参与的真实项目里,我目前可能更愿意用一段平平无奇的 `for` 循环替代它。很多时候,相比“聪明”的代码,“笨”代码才是我们更需要的东西,它们能为项目的参与者省去许多沟通和维护上的成本。
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总体而言,关于是否应该在项目中使用赋值表达式,我的建议是:
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- 在分支语句的消除重复场景,使用赋值表达式
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- 在推导式的消除重复场景,使用赋值表达式
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- 其他情况下,优先使用普通赋值语句,哪怕这意味着更多代码和少量重复(比如“获取第一个满足条件的成员”场景)
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希望以上的内容对你有所帮助。
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> 这篇文章属于“Python 工匠”系列,如果你喜欢它,也欢迎了解我的书[《Python工匠:案例、技巧与工程实践》\[试读\]](https://www.piglei.com/book/index.html) | [\[书评\]](https://book.douban.com/subject/35723705/),其中有大量同样风格的 Python 编程进阶知识。
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