시퀀스 슬라이싱의 첨자 문제와 그 해결 방법에 대해

이 글에서는 Python의 시퀀스 슬라이스 첨자 관련 정보를 주로 소개합니다. 이 글에서는 누구나 참고할 수 있고 학습할 가치가 있는 예제 코드를 통해 자세히 소개합니다. .

머리말

파이썬에서 슬라이싱은 튜플, 리스트 또는 string 등 자주 사용되는 구문입니다. 일반적인 구문은 다음과 같습니다.

sequence[ilow: ihigh :step] # ihigh, step은 비워둘 수 있습니다. 단순성과 이해의 용이성을 위해 step의 사용은 일시적으로 고려에서 제외됩니다sequence[ilow:ihigh:step] # ihigh,step 可为空; 为了简短易懂, 暂时排除step的用法考虑

先来简单示范下用法

sequence = [1,2,3,4,5]
sequence [ilow:ihigh] # 从ilow开始到ihigh-1结束
sequence [ilow:]  # 从ilow开始直到末尾
sequence [:ihigh]  # 从头部开始直到ihigh结束
sequence [:]   # 复制整个列表

语法很简洁, 也很容易理解, 这种语法在我们日常使用中 是简单又好用, 但我相信在我们使用这种切片语法时, 都会习惯性谨遵一些规则:

• ilow, ihigh均小于 sequece的长度

• ilow < ihigh
  

因为在大部分情况下, 只有遵循上面的规则, 才能得到我们预期的结果! 可是如果我不遵循呢? 切片会怎样?

不管我们在使用元组, 列表还是字符串, 当我们想取中一个元素时, 我们会用到如下语法:

sequence = [1,2,3,4,5]
print sequence[1] # 输出2
print sequence[2] # 输出3

上面出现的 1,2 我们姑且称之为下标, 不管是元组, 列表还是字符串, 我们都能通过下标来取出对应的值, 但是如果下标超过对象的长度, 那么将触发索引异常(IndexError)

sequence = [1,2,3,4,5]
print sequence[15] 

### 输出 ###
Traceback (most recent call last):
 File "test.py", line 2, in <module>
 print a[20]
IndexError: list index out of range

那么对于切片呢? 两种语法很相似, 假设我 ilow 和 ihigh分别是10和20, 那么结果是怎样呢

情景重现

# version: python2.7

a = [1, 2, 3, 5]
print a[10:20] # 结果会报异常吗?

看到10和20, 完全超出了序列a的长度, 由于前面的代码, 或者以前的经验, 我们总会觉得这样肯定也会导致一个IndexError,那我们开终端来试验下:

>>> a = [1, 2, 3, 5]
>>> print a[10:20]
[]

结果居然是: [], 这感觉有点意思.是只有列表才会这么, 字符串呢, 元组呢?

>>> s = '23123123123'
>>> print s[400:2000]
''
>>> t = (1, 2, 3,4)
>>> print t[200: 1000]
()

结果都和列表的类似, 返回属于各自的空结果.

看到结果的我们眼泪掉下来, 不是返回一个IndexError, 而是直接返回空, 这让我们不禁想到, 其实语法相似, 背后的东西肯定还是不同的, 那我们下面一起来尝试去解释下这结果吧

原理分析

在揭开之前, 咱们要先搞清楚, python是怎样处理这个切片的, 可以通过dis模块来协助:

############# 切片 ################
[root@iZ23pynfq19Z ~]# cat test.py
a = [11,2,3,4]
print a[20:30]

#结果:
[root@iZ23pynfq19Z ~]# python -m dis test.py 
 1   0 LOAD_CONST    0 (11)
    3 LOAD_CONST    1 (2)
    6 LOAD_CONST    2 (3)
    9 LOAD_CONST    3 (4)
    12 BUILD_LIST    4
    15 STORE_NAME    0 (a)

 2   18 LOAD_NAME    0 (a)
    21 LOAD_CONST    4 (20)
    24 LOAD_CONST    5 (30)
    27 SLICE+3    
    28 PRINT_ITEM   
    29 PRINT_NEWLINE  
    30 LOAD_CONST    6 (None)
    33 RETURN_VALUE 

############# 单下标取值 ################
[root@gitlab ~]# cat test2.py
a = [11,2,3,4]
print a[20]

#结果:
[root@gitlab ~]# python -m dis test2.py
 1   0 LOAD_CONST    0 (11)
    3 LOAD_CONST    1 (2)
    6 LOAD_CONST    2 (3)
    9 LOAD_CONST    3 (4)
    12 BUILD_LIST    4
    15 STORE_NAME    0 (a)

 2   18 LOAD_NAME    0 (a)
    21 LOAD_CONST    4 (20)
    24 BINARY_SUBSCR  
    25 PRINT_ITEM   
    26 PRINT_NEWLINE  
    27 LOAD_CONST    5 (None)
    30 RETURN_VALUE

在这简单介绍下dis模块, 有经验的老司机都知道, python在解释脚本时, 也是存在一个编译的过程, 编译的结果就是我们经常看到的pyc文件, 这里面codeobject对象组成的字节码, 而dis就是将这些字节码用比较可观的方式展示出来, 让我们看到执行的过程, 下面是dis的输出列解释:

• 第一列是数字是原始源代码的行号。

• 第二列是字节码的偏移量：LOAD_CONST在第0行.以此类推。

• 第三列是字节码人类可读的名字。它们是为程序员所准备的

• 第四列表示指令的参数

• 第五列是计算后的实际参数
  

前面就不赘述了, 就是读常量存变量的过程, 最主要的区别就是: test.py 切片是使用了字节码 SLICE+3实现的, 而test2.py 单下标取值主要通过字节码BINARY_SUBSCR实现的,如同我们猜测的一样, 相似的语法却是截然不同的代码.因为我们要展开讨论的是切片(SLICE+3), 所以就不再展开BINARY_SUBSCR, 感兴趣的童鞋可以查看相关源码了解具体实现, 位置: python/object/ceval.c

那我们下面来展开讨论下 SLICE+3

/*取自: python2.7 python/ceval.c */

// 第一步: 
PyEval_EvalFrameEx(PyFrameObject *f, int throwflag)
{
  .... // 省略n行代码
  TARGET_WITH_IMPL_NOARG(SLICE, _slice)
  TARGET_WITH_IMPL_NOARG(SLICE_1, _slice)
  TARGET_WITH_IMPL_NOARG(SLICE_2, _slice)
  TARGET_WITH_IMPL_NOARG(SLICE_3, _slice)
  _slice:
  {
   if ((opcode-SLICE) & 2)
    w = POP();
   else
    w = NULL;
   if ((opcode-SLICE) & 1)
    v = POP();
   else
    v = NULL;
   u = TOP();
   x = apply_slice(u, v, w); // 取出v: ilow, w: ihigh, 然后调用apply_slice
   Py_DECREF(u);
   Py_XDECREF(v);
   Py_XDECREF(w);
   SET_TOP(x);
   if (x != NULL) DISPATCH();
   break;
  }

 .... // 省略n行代码
}

// 第二步:
apply_slice(PyObject *u, PyObject *v, PyObject *w) /* return u[v:w] */
{
 PyTypeObject *tp = u->ob_type;  
 PySequenceMethods *sq = tp->tp_as_sequence;

 if (sq && sq->sq_slice && ISINDEX(v) && ISINDEX(w)) { // v,w的类型检查,要整型/长整型对象
  Py_ssize_t ilow = 0, ihigh = PY_SSIZE_T_MAX;
  if (!_PyEval_SliceIndex(v, &ilow))    // 将v对象再做检查, 并将其值转换出来,存给ilow
   return NULL;
  if (!_PyEval_SliceIndex(w, &ihigh))    // 同上
   return NULL;
  return PySequence_GetSlice(u, ilow, ihigh);  // 获取u对象对应的切片函数
 }
 else {
  PyObject *slice = PySlice_New(v, w, NULL);
  if (slice != NULL) {
   PyObject *res = PyObject_GetItem(u, slice);
   Py_DECREF(slice);
   return res;
  }
  else
   return NULL;
 }

// 第三步:
PySequence_GetSlice(PyObject *s, Py_ssize_t i1, Py_ssize_t i2)
{
 PySequenceMethods *m;
 PyMappingMethods *mp;

 if (!s) return null_error();

 m = s->ob_type->tp_as_sequence;
 if (m && m->sq_slice) {
  if (i1 < 0 || i2 < 0) {
   if (m->sq_length) {
    // 先做个简单的初始化, 如果左右下表小于, 将其加上sequence长度使其归为0
    Py_ssize_t l = (*m->sq_length)(s);
    if (l < 0)
     return NULL;
    if (i1 < 0)
     i1 += l;
    if (i2 < 0)
     i2 += l;
   }
  }
  // 真正调用对象的sq_slice函数, 来执行切片的操作
  return m->sq_slice(s, i1, i2);
 } else if ((mp = s->ob_type->tp_as_mapping) && mp->mp_subscript) {
  PyObject *res;
  PyObject *slice = _PySlice_FromIndices(i1, i2);
  if (!slice)
   return NULL;
  res = mp->mp_subscript(s, slice);
  Py_DECREF(slice);
  return res;
 }

 return type_error("&#39;%.200s&#39; object is unsliceable", s);

虽然上面的代码有点长, 不过关键地方都已经注释出来, 而我们也只需要关注那些地方就足够了. 如上, 我们知道最终是要执行 m->sq_slice(s, i1, i2)

사용법을 간략하게 설명하겠습니다

// 字符串对象
StringObject.c: (ssizessizeargfunc)string_slice, /*sq_slice*/

// 列表对象
ListObject.c: (ssizessizeargfunc)list_slice,  /* sq_slice */

// 元组
TupleObject.c: (ssizessizeargfunc)tupleslice,  /* sq_slice */

구문은 매우 간결하고 이해하기 쉽습니다. 이 구문은 간단하고 일상적으로 사용하기 쉽지만 이 슬라이싱 구문을 사용할 때 습관적으로 몇 가지 규칙을 따르게 될 것이라고 믿습니다.

< li>ilow, ihigh는 모두 시퀀스 길이보다 작습니다
• ilow < ihigh

🎜대부분의 경우 위의 규칙을 따르면 예상한 결과를 얻을 수 있습니다. 그러나 이를 따르지 않으면 슬라이싱은 어떻게 되나요? 🎜🎜튜플, 리스트 또는 문자열을 사용하더라도 요소를 얻으려면 다음 구문을 사용하세요. 🎜🎜🎜🎜

/* 取自ListObject.c */
static PyObject *
list_slice(PyListObject *a, Py_ssize_t ilow, Py_ssize_t ihigh)
{
 PyListObject *np;
 PyObject **src, **dest;
 Py_ssize_t i, len;
 if (ilow < 0)
  ilow = 0;
 else if (ilow > Py_SIZE(a))    // 如果ilow大于a长度, 那么重新赋值为a的长度
  ilow = Py_SIZE(a);
 if (ihigh < ilow)  
  ihigh = ilow;
 else if (ihigh > Py_SIZE(a))    // 如果ihigh大于a长度, 那么重新赋值为a的长度 
  ihigh = Py_SIZE(a);
 len = ihigh - ilow;
 np = (PyListObject *) PyList_New(len); // 创建一个ihigh - ilow的新列表对象
 if (np == NULL)
  return NULL;

 src = a->ob_item + ilow;
 dest = np->ob_item;
 for (i = 0; i < len; i++) {    // 将a处于该范围内的成员, 添加到新列表对象
  PyObject *v = src[i];
  Py_INCREF(v);
  dest[i] = v;
 }
 return (PyObject *)np;
}

🎜 첨자 위에 나타나는 1과 2를 호출해 보겠습니다. 튜플이든 목록이든 문자열이든 첨자를 사용하여 해당 값을 얻을 수 있습니다. 객체의 길이를 초과하면 IndexError(IndexError)🎜🎜🎜🎜rrreee🎜가 발생합니다. 그러면 두 구문이 매우 유사하다고 가정해 보겠습니다. ilow와 ihigh는 각각 10과 20입니다. 결과는 무엇입니까? rrreee🎜10과 20은 시퀀스 a의 길이를 완전히 벗어났습니다. 이전 코드나 이전 경험으로 인해 우리는 이것이 확실히 IndexError를 일으킬 것이라고 항상 느끼므로 터미널을 열고 테스트해 보겠습니다.🎜🎜 🎜🎜 rrreee🎜결과는 실제로 []입니다. 목록만 이 작업을 수행할 수 있습니다. 문자열은 어떻습니까, 튜플은 어떻습니까?🎜🎜🎜🎜rrreee🎜결과는 목록의 결과와 비슷하며 각각은 빈 값을 반환합니다. .🎜🎜결과를 보고 눈물을 흘렸습니다. IndexError가 반환되는 대신 직접적으로 null이 반환되었기 때문에 구문은 유사하지만 기본 내용은 다를 것이라고 생각했습니다. 이것이 결과입니다🎜🎜🎜🎜원리 분석🎜🎜🎜🎜🎜공개하기 전에 먼저 Python이 이 슬라이스를 처리하는 방법을 파악해야 하며, 이는 dis 모듈의 도움을 받을 수 있습니다:🎜🎜🎜🎜rrreee🎜간략한 소개는 여기에서 dis 모듈, 숙련된 베테랑 모두는 Python이 스크립트를 해석할 때 컴파일 프로세스도 있다는 것을 알고 있습니다. 컴파일의 결과는 우리가 자주 보는 pyc 파일입니다. 여기서 code객체 object 🎜는 바이트코드로 구성되며, dis는 이러한 바이트코드를 더욱 인상적으로 표시하여 실행 과정을 볼 수 있게 해줍니다. 다음은 출력 열에 대한 설명입니다. of dis: 🎜

• 🎜첫 번째 열은 원본 소스 코드의 줄 번호인 숫자입니다. 🎜
• 🎜두 번째 열은 바이트코드의 오프셋입니다. LOAD_CONST는 라인 0에 있습니다. 등등. 🎜
• 🎜세 번째 열은 사람이 읽을 수 있는 바이트코드 이름입니다. 프로그래머를 위해 준비되었습니다🎜
• 🎜네 번째 열은 명령어의 매개변수를 나타냅니다🎜
• 🎜다섯 번째 열은 계산된 실제 매개변수입니다🎜🎜
ul> 🎜여기서 자세히 설명하지는 않겠습니다. 상수를 읽고 변수🎜를 저장하는 과정입니다. 차이점은 test.py 슬라이싱은 바이트코드 SLICE+3을 사용하여 구현되는 반면, test2.py 단일 첨자 값은 주로 바이트코드 BINARY_SUBSCR을 통해 구현된다는 것입니다. 우리가 추측한 대로 비슷한 구문은 완전히 다른 코드입니다. 우리가 논의하고 싶은 것은 슬라이싱이기 때문입니다. (SLICE+3), 더 이상 BINARY_SUBSCR을 확장하지 않습니다. 관심 있는 어린이는 관련 소스 코드를 확인하여 특정 구현에 대해 알아볼 수 있습니다. 위치: python/object/ceval.c🎜🎜그런 다음 아래에서 SLICE+3을 확장해 보겠습니다. 🎜🎜🎜🎜rrreee🎜위 코드가 좀 길긴 하지만 주요 부분은 주석 처리해두었고, 그 부분만 주의하면 됩니다. 위와 같이 m을 실행해야 한다는 것을 알 수 있습니다. end ->sq_slice(s, i1, i2), 하지만 이 sq_slice는 약간 특별합니다. 왜냐하면 서로 다른 객체가 서로 다른 해당 기능을 갖기 때문입니다. 다음은 해당 기능입니다: 🎜🎜🎜🎜rrreee🎜 왜냐하면 3개이기 때문입니다. 함수 구현은 거의 동일하므로 그 중 하나만 분석하면 됩니다. 다음은 목록의 슬라이싱 함수를 분석한 것입니다. 🎜🎜🎜🎜rrreee🎜🎜🎜결론🎜🎜🎜

위의 sq_slice 함수에 해당하는 슬라이싱 함수에서 볼 수 있듯이 슬라이싱을 사용할 때 왼쪽 및 오른쪽 첨자가 시퀀스 길이보다 크면 시퀀스 길이에 다시 할당되므로 초기 슬라이싱은 다음과 같습니다. print a[10:20] , 实际上运行的是: print a4:4 . 이 분석을 통해 첨자가 객체의 길이보다 큰 슬라이스를 만나도 더 이상 혼란스럽지 않을 것입니다~

위 내용은 시퀀스 슬라이싱의 첨자 문제와 그 해결 방법에 대해의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!