python3學習筆記之清單和元組

文章目錄

• 清單元組基礎
• 清單和元組的存儲差異
• 清單元組性能差異
• 清單元組使用場景
• 總結
• 思考題

清單元組基礎

清單和元組，都是一個可以放置任意資料類型的有序集合

• 清單是動态的，長度大小不固定，可以随意地增加、删減或者改變元素（mutable）。而元組是靜态的，長度大小固定，無法增加删減或者改變（immutable）。
• Python 中的清單和元組都支援負數索引，-1 表示最後一個元素，-2 表示倒數第二個元素
• 清單和元組都支援切片操作

  li = [2,4,6,8]
  li[1:3]
  [4,6]
  
  tup = (1,3,5,7)
  tup[0:2]
  (1,3)
             

• 清單和元組都可以随意嵌套
• 清單元組可以通過list()和tuple()函數互相轉換

  tuple([2,4,6,8])
  (2,4,6,8)
  list((1,3,5,7))
  [1,3,5,7]
             

• 清單和元組常用内置函數
  • count(item)表示統計清單 / 元組中 item 出現的次數

    li = [2,4,6,8,2]
    li.count(2)
    2
               

  • index(item)表示傳回清單 / 元組中 item 第一次出現的索引

    li = [2,4,6,8,2]
    li.index(2)
    0
               

  • list.reverse()和list.sort()分别表示原地倒轉清單和排序(ps:元組沒有這兩個内置函數)

    li = [2,4,6,8,2]
    li.reverse()
    [2,8,6,4,2]
               

  • reversed() 和 sorted() 同樣表示對清單 / 元組進行倒轉和排序，reversed() 傳回一個倒轉後的疊代器,sorted() 傳回排好序的新清單。此處對元組和清單的操作不是原地操作

    tup = (1,3,5,7)
    reversedTup = reversed(tup)
    for item in reversedTup:
        print(item,end = ' ' )
    7 5 3 1
    
    sortedTup = sorted(tup,reverse = True)#預設reverse為False，為False時按從小到大順序排序
    print(sortedTup)
    (7,3,5,1)
               

清單和元組的存儲差異

l = [1, 2, 3]
l.__sizeof__()
64
tup = (1, 2, 3)
tup.__sizeof__()
48
           

你可以看到，對清單和元組，我們放置了相同的元素，但是元組的存儲空間，卻比清單要少 16 位元組。why？？？

由于清單是動态的，是以它需要存儲指針，來指向對應的元素（上述例子中，對于 int 型，8 位元組）。另外，由于清單可變，是以需要額外存儲已經配置設定的長度大小（8 位元組），這樣才可以實時追蹤清單空間的使用情況，當空間不足時，及時配置設定額外空間

l = []
l.__sizeof__() // 空清單的存儲空間為40位元組
40
l.append(1)
l.__sizeof__() 
72 // 加入了元素1之後，清單為其配置設定了可以存儲4個元素的空間 (72 - 40)/8 = 4
l.append(2) 
l.__sizeof__()
72 // 由于之前配置設定了空間，是以加入元素2，清單空間不變
l.append(3)
l.__sizeof__() 
72 // 同上
l.append(4)
l.__sizeof__() 
72 // 同上
l.append(5)
l.__sizeof__() 
104 // 加入元素5之後，清單的空間不足，是以又額外配置設定了可以存儲4個元素的空間
           

上面的例子，大概描述了清單空間配置設定的過程。我們可以看到，為了減小每次增加 / 删減操作時空間配置設定的開銷，Python 每次配置設定空間時都會額外多配置設定一些，這樣的機制（over-allocating）保證了其操作的高效性：增加 / 删除的時間複雜度均為 O(1)。

**ps：**資料量較小時，清單和元組的在存儲上的性能差異可以忽略不計，但對于海量資料（一億甚至十億資料）這種存儲上的資料不能忽略

清單元組性能差異

元組要比清單更加輕量級一些，是以總體上來說，元組的性能速度要略優于清單

1. 資源緩存：python會在背景會對一些靜态資料做一些資源緩存（resource caching），對于元組這些靜态變量若它不被使用且占用空間不大時，python的垃圾回收并不會立即回收這部分記憶體，下次若建立同樣大小的元組時，可以直接利用之前緩存的記憶體資源，這樣可以大大加快程式運作速度。而對于清單這種非靜态資料若這些變量不被使用會被python的垃圾回收機制立馬回收。
2. 元組初始化速度快于清單，如下可以看出元組出事化速度要比清單塊5倍

   python3 -m timeit 'x=(1,2,3,4,5,6)'
   20000000 loops, best of 5: 9.97 nsec per loop
   python3 -m timeit 'x=[1,2,3,4,5,6]'
   5000000 loops, best of 5: 50.1 nsec per loop
              

3. 索引操作元組和清單速度差别可忽略不計
4. 對元素的增加删除或改變，清單顯然由于清單（元組必須通過建立一個元組來完成）

清單元組使用場景

1. 如果存儲的資料和數量不變，比如你有一個函數，需要傳回的是一個地點的經緯度，然後直接傳給前端渲染，那麼肯定選用元組更合适。
2. 如果存儲的資料或數量是可變的，比如社交平台上的一個日志功能，是統計一個使用者在一周之内看了哪些使用者的文章，那麼則用清單更合适。

總結

清單和元組都是有序的，可以存儲任意資料類型的集合，差別主要在于下面這兩點。

1. 清單是動态的，長度可變，可以随意的增加、删減或改變元素。清單的存儲空間略大于元組，性能略遜于元組。
2. 元組是靜态的，長度大小固定，不可以對元素進行增加、删減或者改變操作。
3. 元組相對于清單更加輕量級，性能稍優。

思考題

# 建立空清單
# option A
empty_list = list()

# option B
empty_list = []
           

A、B 兩種方式，請問它們在效率上有什麼差別嗎？我們應該優先考慮使用哪種呢？

answer:A、B 兩種方式差別主要在于list()是一個function call，Python的function call會建立stack，并且進行一系列參數檢查的操作，比較expensive，反觀[]是一個内置的C函數，可以直接被調用，是以效率高。