Python進階：如何將字串常量轉化為變數？

前幾天，我們Python貓交流學習群 裡的 M 同學提了個問題。這個問題挺有意思，經初次討論，我們認為它無解。

然而，我認為它很有價值，應該繼續思考怎麼解決，所以就在私密的知識星球上記錄了下來。

萬萬沒想到的是，在第二天，有兩位同學接連給出瞭解決方法！

由此，群內出現了一輪熱烈的技術交流。

本文將相關的內容要點作了梳理，並由此引申到更進一步的學習話題，希望對你有所幫助。

1、如何動態生成變數名？

M 同學的問題如下：

打擾一下大家，請教一個問題，已知 list = ['A', 'B', 'C', 'D'] , 如何才能得到以 list 中元素命名的新列表 A = [], B = [], C = [], D = [] 呢?

簡單理解，這個問題的意思是，將字串內容作為其它物件的變數名。

list 中的元素是字串，此處的 ‘A’-‘D’ 是常量 ，而在要求的結果中，A-D 是變數 。

如果強行直接將常量當做變數使用，它會報錯：

 >>> 'A' = []


 ...SyntaxError: can't assign to literal

報錯中的literal 指的是字面量 ，這是電腦科學中常見的一個概念，用於表達原始碼中的固定值。 例如，整數、浮點數、字串等基本型別，就是字面量。

字面量指的就是一個量本身，可以理解為一種原子性的實體，當然不能再被賦值了。

所以，取出的字串內容，並不能直接用作變數名，需要另想辦法。

有初學者可能會想，list[0] = [] 行不行？當然不行，因為沒有出現 A 。那 A = list[0] ，接著 A = [] 呢？那也不行，因為這裡的 A 是你憑空定義出來的，而不是從已有條件中生成的。

當時，群裡只有兩三個同學參與了討論，我們沒想到解決辦法。但是，我覺得這個題目很有意思，值得玩味。

因為，如果能解決這個問題，那就意味著可以不作預先定義，而是動態地生成變數名，這不僅能減少給變數取名的麻煩，還實現了自動編碼！

可以設想一下未來，人工智慧在編寫程式碼的時候，如果能根據已知條件，動態生成變數名，那編寫程式碼的過程不就順利多了麼？（據說，現在已經有人工智慧可以編寫程式碼了，不知它在取變數名時，是用的什麼方法？）

2、辦法總是有的

最近，學習群裡矇混進來了幾個打廣告的，為此，我決定提高稽核門檻，例如，用群裡的問題來作個考核。

萬萬沒想到的是，第一個被考核到的 Q 同學，幾乎不假思索地就說出了一個解決上述問題的思路。而偏偏就是那麼巧 ，幾乎在同時，群內的 J 同學給出了另外一個解決方法（他沒看到群內的討論，而是看到了知識星球的記錄，才知道這個問題的）。

也就是說，前一晚還以為無解的問題，在第二天竟得到了兩種不同的解決方法！

那麼，他們的答案是什麼呢？

 



 # J 同學的解答


 >>> list1 = ['A', 'B', 'C', 'D']


 >>> for i in list1:


 >>> globals()[i] = []


 >>> A


 []

這個方法透過修改全域性名稱空間，巧妙地“定義”出了新的變數。globals() 方法取出來的是一個字典，字串 ‘A’ 是其中一個鍵值（key），而這個鍵值恰恰是全域性名稱空間中的一個變數，這就實現了從常量到變數的轉化。

在資料結構層面上，空列表 [] 作為一個值（value）跟它的字串鍵值繫結在一起，而在運用層面上，它作為變數內容而跟變數名繫結在一起。

看到這個回答的時候，我就突然想起來了，上個月轉載過一篇《Python 動態賦值的陷阱》，講的正是 動態地進行變數賦值  的問題啊！我似乎只關注了 globals() 與 locals() 用法的區別，卻沒有真正地掌握它們的原初用途。

J 同學說，他正是看了那篇文章，才學得了這個方法。這就有意思了，我分享了一個自己囫圇吞棗的知識，然後它被 J 同學吸收掌握，最後反饋回來解決了我的難題。

我真切地感受到了知識分享的魅力： 知識在流動中獲得生命，在碰撞中鋥亮色澤。

同時，我也真切地明白了一個互助的學習團體的好處： 利人者也利己，互助者共同進步。

3、動態執行程式碼的方法

新進群的 Q 同學，提供了一個不同的答案：

 



 # Q 同學的解答


 >>> list1 = ['A', 'B', 'C', 'D']


 >>> for i in list1:


 >>> exec(f"{i} = []")


 >>> A


 []

他的寫法用到了 Python 3.6 才引入的 f-strings 特性，事實上，在較低版本中，也是可以實現的，只需要保證 exec() 方法接收的引數是包含了變數 i 的字串即可，例如這樣寫：

 



 # 以下程式碼可替換上例的第 4 行


 exec(i + " = []")


 # 或者：


 exec("{} = []".format(i))


 # 或者：


 exec(' '.join([i, '= []']))

這幾種寫法的區別只是字串拼接法的區別，關於如何拼接字串，以及不同方法之間的區別，可參看《詳解Python拼接字串的七種方式》。

Q 同學這個答案的核心在於 exec() 方法，它是內建的，用途是 執行儲存在字串或檔案中的程式碼段。

它的基礎用法如下：

 >>> exec('x = 1 + 2')


 >>> x


 3


 


 # 執行程式碼段


 >>> s = """


 >>> x = 10


 >>> y = 20


 >>> sum = x + y


 >>> print(sum)


 >>> """


 >>> exec(s)


 30

看完了 exec() 的用法，我們再回來看 Q 同學的答案。for-迴圈中取出來的 i 是字串，而拼接後的字串經過 exec() 的處理，就獲得了動態編寫程式碼的效果。

也就是說，因為字串常量的內容被當做有效程式碼而執行了，其中的 'A'-'D' 元素，就取得了新的身份，變成了最終的 A-D 變數名。

這個方法看起來很簡單啊，可是由於 exec() 方法太生僻了，直到 Q 同學提出，我們才醒悟過來。

注意：在 Python3 中，exec() 是個內建方法；而在 Python2 中，exec 是個語句（statement），另外有個 execfile() 方法，兩者相合並，就成了 Python3 中的 exec() 方法。本文使用的是 Python3。

4、總結

抽象一下最初的問題，它實際問的是“如何將字串內容作為其它物件的變數名”，更進一步地講是——“ 如何將常量轉化為變數  ”。

使用直接進行賦值的靜態方法，行不通。

兩位同學提出的方法都是間接的動態方法： 一個是動態地進行變數賦值，透過修改名稱空間而植入變數；一個是動態地執行程式碼，可以說是透過“走後門”的方式，安插了變數。

兩種方法殊途同歸，不管是白貓還是黑貓，它們都抓到了老鼠。

這兩種方法已經給我們帶來了很有價值的啟發，同時，因為它們，群內小夥伴們更是發散地討論一些相關聯的話題，例如：S 同學提出了另一種修改名稱空間中變數的寫法、L 同學提到了 eval() 的意義、eval() 與 exec() 的區別、我查到了為什麼要慎用 eval() 、C 與 H 同學提到了 eval() 的安全用法......

雖然，某些話題無法在群聊中充分展開，但是，這些話題知識的延展聯絡，大大地豐富了本文開頭的問題，這一個微小的問題，牽連出來了兩個大的知識體系。

最後，真得感謝群內的這些愛學習的優秀的同志們！除了文中提及的，還有一些同學也做了積極貢獻，大家都很給力！

相關連結：

《Python 動態賦值的陷阱》

《詳解Python拼接字串的七種方式》

eval()、exec()及其相關函式：