內建函式是 Python 的一大特色,用極簡的語法實現很多常用的操作。
它們預先定義在內建名稱空間中,開箱即用,所見即所得。Python 被公認是一種新手友好型的語言,這種說法能夠成立,內建函式在其中起到了極關鍵的作用。
舉個例子,求字串 x 的長度,Python 的寫法是 len(x) ,而且這種寫法對列表、元組和字典等物件也同樣適用,只需要傳入對應的引數即可。len() 函式是共用的。
這是一種極簡哲學的體現:Simple is better than complex。
但是,有些語言並不是這樣,例如在 Java 中,字串類有一個求長度的方法,其它類也有自己的求長度的方法,它們無法共用。每次使用時,通過類或例項來呼叫。
同樣是求字串長度,Python 的寫法:
saying = "Hello world!"
print(len(saying))
# 結果:12
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而在 Java 中,寫法可能如下(簡化起見):
String saying = "Hello world!";
System.out.println(saying.length());
// 結果:12
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Python 採用的是一種字首表示式 ,而 Java 採用的則是字尾表示式 。
除了求長度,Python 的某些內建函式也能在 Java 中找到對應的表達。例如,數值型字串 s 轉化為整型數字,Python 可以用 int(s)
函式,而 Java 可以用 Integer.parseInt(s)
;整型數字轉化為字串,Python 可以用 str(i)
,而 Java 也有 String.valueOf(i)
。
Python 的內建函式不與特定的類繫結,它們是一級物件。而 Java 的“函式”則無法脫離類而存在,它們只是附屬品。
從直觀角度來看,Python 的表達似乎是更優的。但是,它們並不具有可比性 ,因為這是兩套語言系統,各有獨特的範疇背景,並不能輕易地化約。
就好比是,不能因為拉丁字母筆畫簡單,就說它優於漢字,因為在表意時,字母(表音文字)是遠遜於漢字(表意文字)的。同樣的,日本借用了漢字的偏旁部首而造出來的文字,雖然更省筆墨,但是也完全喪失了意蘊。
以此類比,Python 的內建函式雖有簡便之美,但卻丟失了某些表意功能。有些人在質疑/抨擊 Python 的時候,也喜歡拿這點說事,認為這是 Python 的設計缺陷。
這就引出本文最想討論的一個問題來:為什麼 Python 要設計成 len(x) 這種字首表達,而不是 x.len() 這樣的字尾表達呢?
事實上,字尾設計也是可行的,以 Python 中列表的兩個方法為例:
mylist = [2, 1, 3, 5, 4]
mylist.sort()
print(mylist) # [1, 2, 3, 4, 5]
mylist.reverse()
print(mylist) # [5, 4, 3, 2, 1]
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它們都是通過列表物件來呼叫,並不是憑空從內建名稱空間中拿來的。語義表達得也很清楚,就是對 mylist 做排序和逆轉。
恰恰那麼巧,它們還有兩個同父異母的兄弟 sorted() 與 reversed(),這倆是字首表達型。
mylist = [2, 1, 3, 5, 4]
sort_list = sorted(mylist)
print(sort_list) # [1, 2, 3, 4, 5]
reverse_list = reversed(mylist)
print(list(reverse_list)) # [4, 5, 3, 1, 2]
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不同的寫法,都在做同一件事(不考慮它們的副作用)。因此,字尾語法並非不可行,之所以不用,那肯定是刻意的設計。
回到前面的問題:為什麼是 len(x) ,而不是 x.len(x),這根源於 Python 的什麼設計思想呢?
Python 之父 Guido van Rossum 曾經解釋過這個問題(連結見文末),有兩個原因:
- 對於某些操作,字首符比字尾更好讀——字首(和中綴)表示法在數學中有著悠久的歷史,其視覺效果有助於數學家思考問題。我們可以簡單地把公式
x*(a + b)
重寫成x*a + x*b
,但同樣的事,以原生的物件導向的方式實現,就比較笨拙。 - 當讀到 len(x) 時,我就 知道 這是在求某物件的長度。它告訴我了兩點:返回值是一個整數,引數是某種容器。但當讀到 x.len() 時,我必須事先知道某種容器 x,它實現了一個介面,或者繼承了一個擁有標準 len() 方法的類。我們經常會目睹到這種混亂:一個類並沒有實現對映(mapping)介面,卻擁有 get() 或 keys() 方法,或者某些非檔案物件,卻擁有一個 write() 方法。
解釋完這兩個原因之後,Guido 還總結成一句話說:“I see 'len' as a built-in operation ”。這已經不僅是在說 len() 更可讀易懂了,而完全是在拔高 len() 的地位。
這就好比說,分數 ½ 中的橫線是數學中的一個“內建”表示式,並不需要再實現什麼介面之類的,它自身已經表明了“某數除以某數 ”的意思。不同型別的數(整數、浮點數、有理數、無理數...)共用同一個操作符,不必為每類資料實現一種求分數的操作。
優雅易懂是 Python 奉行的設計哲學 ,len() 函式的字首表達方式是最好的體現。我想起在《超強彙總:學習Python列表,只需這篇文章就夠了》這篇文章中,曾引述過 Guido 對“為什麼索引從 0 開始 ”的解釋。其最重要的原因,也正是 0-based 索引最優雅易懂。
讓我們來先看看切片的用法。可能最常見的用法,就是“取前 n 位元素”或“從第i 位索引起,取後 n 位元素”(前一種用法,實際上是 i == 起始位的特殊用法)。如果這兩種用法實現時可以不在表示式中出現難看的 +1 或 -1,那將會非常的優雅。
使用 0-based 的索引方式、半開區間切片和預設匹配區間的話(Python最終採用這樣的方式),上面兩種情形的切片語法就變得非常漂亮:a[:n] 和 a[i:i+n],前者是 a[0:n] 的縮略寫法。
所以,我們能說 len(x) 擊敗 x.len() ,支撐它的是一種化繁為簡、純粹卻深邃的設計思想。
物件導向的程式語言自發明時起,就想模擬我們生活於其中的現實世界。可是什麼類啊、介面啊、物件啊、以及它們的方法啊,這些玩意的毒,有時候矇蔽了我們去看見世界本質的眼睛。
桌子類有桌子類的求長度方法,椅子類有椅子類的求長度方法,無窮無盡,可現實真是如此麼?求長度的方法就不能是一種獨立存在的物件麼?它之所以存在,是因為有“物件”存在,而不是因為有某個類才存在啊。
所以,我想說,len(x) 擊敗 x.len(),這還體現了 Python 對世界本質的洞察 。
求某個物件的長度,這種操作獨立於物件之外而存在,並不是該物件內部所有的一種屬性或功能。從這個角度理解,我們能夠明白,為什麼 Python 要設計出內建函式? 內建函式其實是對世界本質的一種捕捉。
這些見微知著的發現,足夠使我們愛上這門語言了。人生苦短,我用 Python。
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Guido 解釋 len 的由來:suo.im/4ImAEo
Guido 解釋 0 索引的由來:suo.im/5cr12S
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