一篇文章掌握 Python 内置 zip() 的全部内容

zip() 是 Python 中最好用的内置類型之一，它可以接收多個可疊代對象參數，再傳回一個疊代器，可以把不同可疊代對象的元素組合起來。

我之前寫疊代器系列的時候，在《Python進階：設計模式之疊代器模式》中簡單地介紹過它，前幾天翻譯了 Python 3.10 采納的 PEP-618 ，介紹了它将會迎來的變更。

但是，還有不少同學并不知道 zip()，或者不能熟練掌握它的用法，是以本文打算來做一個更為詳細的梳理。

内容主要分三部分：

用法部分：介紹它的基礎用法、進階用法、騷操作用法
進階部分：介紹它的實作原理，關注幾個實作的細節
發散部分：聚焦它的不足，以及解決方法

1、zip() 的 n 種用法

基本用法：像拉鍊一樣，将多個可疊代對象組合起來，然後可以用 for 循環依次取出，或者一次性将結果存入清單、元組或者字典之類的容器中。

它的結果是一個疊代器，疊代器生成的元素是元組，第 i 個元組的元素分别來自可疊代對象參數的第 i 個元素，如上圖所示。

另外，for 循環還可以把元組内的元素依次取出，這樣會很友善：

它的參數并不要求是同一類的可疊代對象，是以可以有非常多的組合方式，例如：

但是，如果把字典作為 zip() 的參數，會是什麼結果呢？字典是 key-value 鍵值對形式，跟清單之類的單一進制素結構不同。

實驗一下，可以看出，zip() 預設隻會周遊字典的 key 值：

如果想要取出字典的 value 值，或者取出 key-value 鍵值對，那麼可以使用字典自帶的周遊方法 values() 和 items()：

使用 zip()，還可以比較友善地對二維清單實作行列轉換：

上例中的星号（*）操作符可以解包（unpacking），即将 my_list 的元素（也是清單）解成多個參數給 zip()，進而将 3 個清單重新組合。

解包操作符對于 zip 對象同樣适用，因為 zip() 本身是一次行列轉換的操作，若将它解包後作為參數給 zip()，等于再做一次行列轉換，也就是回到了原點（除了最後的結果是元組）：

最後再介紹一種用法：建立 n*n 的方陣，每行的數字相同。

2、zip() 的原了解析

官方文檔中給出了 zip() 的 Python 僞代碼（并非是 Python 解釋器内置的實作，隻為了展示基本的代碼邏輯）：

def zip(*iterables):
    # zip('ABCD', 'xy') --> Ax By
    sentinel = object()
    iterators = [iter(it) for it in iterables]
    while iterators:
        result = []
        for it in iterators:
            elem = next(it, sentinel)
            if elem is sentinel:
                return
            result.append(elem)
        yield tuple(result)

在這段簡短的代碼中，可以分析出幾點關鍵的資訊：

zip 接收可變數量的可疊代對象參數，這些參數會經過 iter() 處理成疊代器。推論：若出現非可疊代對象，此處會報錯
while 循環在判斷清單是否為空，而清單中的元素是将參數轉化而成的疊代器。推論：若入參存在有效的可疊代對象，則 while 循環始終為真；若沒有入參，則什麼都不做
next() 會依次讀取疊代器中的下一個元素，它的第二個參數會作為疊代器耗盡時的傳回值。推論：每一輪依次取出這些疊代器的一個元素，當某個疊代被耗盡時，則退出死循環，這就意味着未耗盡的疊代器會被直接舍棄

3、zip() 的問題與解決

zip() 最明顯的問題是它會舍棄掉未耗盡的疊代器：

這是一種木桶效應，最終的結果由最短的木闆來決定。

有一種解決思路是取長闆，同時補足短闆（用 None 值填充），這就是 itertools 中的 zip_longest 方法：

它填充了備援資料，同時最大限度地保證了原始資料的完整性。

但是，如果我們不希望有備援資料，隻希望得到按最長方式對齊的資料呢？

Python 官方最近采納了 PEP-618，它就是為了應對這個問題。當出現疊代器長度不一緻時，它既不向短闆妥協，也不向長闆妥協，而是抛出 ValueError。它認為入參值錯誤，也就是嚴格要求入參的資料完整性。

該 PEP 會被合入到一年後的 Python 3.10 版本，關于更多的内容細節，可查閱這篇PEP-618 譯文。

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