Python 為什麼要在 18 年前引入布林型別？且與 C、C++ 和 Java 都不同？

豌豆花下貓發表於2020-08-12
Python型別C++Java

花下貓語：在上一篇《Python 為什麼能支援任意的真值判斷？ 》文章中，我們分析了 Python 在真值判斷時的底層實現，可以看出 Python 在對待布林值時，採用了比較寬泛的態度。官方對此是怎麼考慮的呢？

下面的文章是我剛翻譯的 PEP-285，作者是 Python 之父 Guido van Rossum。這個 PEP 意義非常重大，Python 的 bool 型別就是從它開始引入的，而我在上篇文章中分析到的很多問題，都能在這篇十幾年前的文件中找到解釋！另外它還回應了比較典型的一些爭議，值得大家瞭解下。

PEP原文 ： https://www.python.org/dev/peps/pep-0285/

PEP標題： PEP 285 -- Adding a bool type

PEP作者： Guido van Rossum

建立日期： 2002-03-08

合入版本： 2.3

譯者 ：豌豆花下貓@Python貓公眾號

PEP翻譯計劃 ：https://github.com/chinesehuazhou/peps-cn

概要

本 PEP 提議引入一個新的內建型別bool，它將包含兩個常量False和True。這個 bool 型別是 int 型別的直接子型別（在 C 中），並且在除了 repr() 和 str() 之外的大多數方面，它的值False和True 都將表現得像是 0 和 1（例如，False == 0 和 True == 1 都為真）。

所有在概念上需返回布林結果的內建操作，都將更改為返回 False 或 True，而不再是 0 或 1，例如，比較操作、“not”運算和 isinstance() 之類的斷言方法。

評審

我已經收集了太多太多的反饋意見，因此我宣佈：評審階段（review period）正式結束。 我今天吃的是中國菜，我的籤語餅上寫著：“Strong and bitter words indicate a weak cause.” 它使我想起了一些反對本 PEP 的帖子... ?

（譯註：1、籤語餅即 fortune cookies，這是一種美國文化特色。美國的中餐館在結賬的時候流行給客人一些寫了籤語的餅乾，一般都是祝福語。2、那句籤語出自維克多·雨果，意為：理虧者言辭激烈）

無論如何，這些是我的 BDFL 宣告。（執行摘要（Executive summary）：我不會更改任何內容；所有其它提議都會被拒絕。）

1、本 PEP 應該被接受嗎？

=>是的。

有很多反對本 PEP 的觀點。其中多數是出於誤解。我已嘗試在下面的 PEP 正文中澄清一些最常見的誤解。對我而言唯一值得考慮的問題是新手們傾向於寫“ if x == True”，但“if x”就足夠了。下面也有更多關於它的資訊。我認為這不足以拒絕本 PEP。

2、str(True) 應該返回“True”還是“1”？“1”可能會減少向後相容性問題，但看起來很奇怪。（repr(True) 將始終返回“True”。）

=>“True”。

幾乎所有評審人都同意這一點。

3、常量應該被命名為“True”和“False”（類似於 None）還是“true”和“false”（像 C++、Java 和 C99 那樣）？

=>True 和 False。

大多數評審人都認為 Python 內的一致性要比跟其它語言的一致性更為重要。

4、是否應該通過適當的告警來消除對布林值的非布林運算，以便例如 True + 1 最終（在 Python 3000 中）變為非法的？

=>不該

有一小部分觀點響亮的人，希望看到“教科書式”的布林型別，即完全不支援算術運算，但大多數評審人都同意我，認為布林型別應該支援算術運算。

**5、operator.truth(x) 應該返回 int 還是 bool？ **

=>bool。

Tim Peters 認為應該返回一個整數，但是幾乎所有其他評審人都認為應該返回一個布林值。我的理由：operator.truth() 意味著強制其引數使用布林型別上下文（它呼叫 C API PyObject_IsTrue()）。無論結果是 int 還是 bool，都是次要的；如果有 bool，則沒有理由不使用它。（在本 PEP 下，operator.truth() 成為了 bool() 的別名；這也可以。）

6、bool 應該繼承自 int 嗎？

=>是的。

在理想的情況下，bool 最好是實現為一種單獨的整數型別，且支援執行混合的算術操作。但是，從 int 繼承出 bool 將極大地簡化實現（部分原因是，所有呼叫PyInt_Check() 的 C 程式碼都可相容——它對於 int 的子類會返回 true）。

另外，我認為這符合可替換性（substitutability）概念：程式碼中需要 int 時，可以喂入 bool，它等同於 0 或 1。程式碼中需要 bool 時，若賦予 int，則可能不符合預期；例如，3&4 計算為 0，但是當 3 和 4 被視為真值時，卻都為真。

7、是否應該改變“bool”的叫法？

=>不。

一些評審人主張使用 boolean 而不是 bool，因為這樣更容易理解（新手可能聽說過布林代數（Boolean algebra），但可能對 bool 無感），或者因為他們討厭縮寫。

我的觀點：Python 明智地運用縮寫（例如'def'、'int'、'dict'），我不認為這會造成理解的負擔。對於新手來說，無論它被叫作 waffle 還是 bool 都沒關係；這只是一個新詞，他們很快就能掌握它的含義。

（譯註：waffle，我們一般熟知的意思是“華夫餅乾”，但它還有個意思是“無意義的、無關緊要的、胡亂的話”）

一位評審人認為可以叫“truth”。我覺得這個叫法沒有吸引力，實際上更傾向於保留該術語（在文件中），以指代在 Python 中已經存在的具體的真值概念。例如：“當將一個容器解釋為一個 truth 值時，空容器會被視為假，而非空容器則被視為真”。

8、將來是否應該要求布林運算子（例如“if”、“and”和“not”）使用一個布林值作為引數，例如令“if []:”變為非法的，要求必須寫成“ if bool([]):” ？？？

=>不！！！

有些人認為，這就是一門有教科書式布林型別的語言應該的做法。因為它被提起了，所以其他人擔心我可能會同意這一做法。

我來明確闡述對此的立場：這不是本 PEP 的動機，我也無意進行更改。（另請參見下面的“澄清”部分。）

基本原理

大多數語言最終都會發展出一個布林型別，甚至 C99（新的改進版 C 標準，尚未廣泛採用）也有一個。（譯註：C99 標準誕生於 1999 年，本 PEP 寫於 2002 年，時過境遷，如今 C99 標準基本上已是落伍的了）

許多程式設計師都覺得需要一種布林型別，大多數 Python 文件因缺少布林型別而含有歉意。我看過很多模組，它們在頂部定義了常量“False = 0”和“True = 1”（或類似的常量），並使用它們。

問題是每個人的做法都不一樣。例如，你應該使用“FALSE”、“false”、“False”、“F”還是“f”呢？另外，假值應該為 0 或 None，或是一個其它的布林型別列印出“true”或“false”呢？在語言中新增一個標準的布林型別可以解決這些問題。

一些外部庫（例如資料庫和 RPC 相關的包）需要能夠區分佈爾值和整數值，儘管通常可以制定出解決方案，但如果語言本身提供了標準的布林型別，則會更容易。這也適用於 Jython：某些 Java 類具有分別用於 int 和 boolean 引數的過載方法或建構函式。布林型別可用於選擇布林變數。（顯然，某些 COM 介面也是如此。）

標準的布林型別（bool type）也可以作為強制將值解釋為布林值（Boolean）的方法，該方法可用於標準化布林值。當一個布林值需要歸一化為兩個值之一時，bool(x) 比“not not x”更清晰，也比這種寫法更簡潔：

if x:
    return 1
else:
    return 0

這是從傳授 Python 中得出的一些經驗。當向人們在互動式終端中展示比較運算子時，我認為這有點難看：

>>> a = 13
>>> b = 12
>>> a > b
1
>>>

如果是這樣的話：

>>> a > b
True
>>>

每次會少花一毫秒的時間思考列印出的 0 或 1。

還有一個問題（它甚至困擾了曾經經驗豐富但遠離了 Python 一段時間的人）：

>>> cmp(a, b)
1
>>> cmp(a, a)
0
>>>

你可能會傾向於認為 cmp() 也返回一個布林值，但實際上它可以返回三個不同的值（-1、0、1）。如果整數沒有（通常）被用於表示布林值結果，則這可以更加明顯地表達出其它的含義。（譯註：即只用 True/False 表示布林值，則整數表達其它含義時就不會有歧義）

規範

以下 Python 程式碼詳細列舉了新型別的大多數屬性：

class bool(int):

    def __new__(cls, val=0):
        # This constructor always returns an existing instance
        if val:
            return True
        else:
            return False

    def __repr__(self):
        if self:
            return "True"
        else:
            return "False"

    __str__ = __repr__

    def __and__(self, other):
        if isinstance(other, bool):
            return bool(int(self) & int(other))
        else:
            return int.__and__(self, other)

    __rand__ = __and__

    def __or__(self, other):
        if isinstance(other, bool):
            return bool(int(self) | int(other))
        else:
            return int.__or__(self, other)

    __ror__ = __or__

    def __xor__(self, other):
        if isinstance(other, bool):
            return bool(int(self) ^ int(other))
        else:
            return int.__xor__(self, other)

    __rxor__ = __xor__

# Bootstrap truth values through sheer willpower
False = int.__new__(bool, 0)
True = int.__new__(bool, 1)

False 和 True 將是單例的（singletons），像 None 一樣。因為這種型別有兩個值，也許應該將它們稱為“doubletons”？實際的實現將不允許建立 bool 的其它例項。

True 與 False 會被正確地序列化和打包，例如 pickle.loads(pickle.dumps(True)) 將返回 True， 而marshal.loads(marshal.dumps(True)) 也一樣。

所有在定義上需返回布林結果的內建操作，都將更改為返回 False 或 True，而不再是 0 或 1。

具體而言，這會影響比較操作（<、<=、==、!=、>、>=、is、is not、in、not in），一元運算子'not'，內建函式 callable()、hasattr()、isinstance() 和issubclass() ，字典方法 has_key() ，字串和 unicode 方法 endswith()、isalnum()、isalpha()、isdigit()、islower()、isspace()、istitle()、isupper() 和startswith()，unicode方法 isdecimal() 和 isnumeric()，以及檔案物件的“closed”屬性。operator 模組中的斷言方法也被改為返回布林值，包括operator.truth()。

由於 bool 繼承自 int，因此 True + 1有效且等於 2，依此類推。這對於向後相容性很重要：因為比較之類的操作當前返回整數值，所以無法確定現有應用程式怎麼使用這些值。

預計隨著時間的推移，標準庫將在適當的時候更新為使用 False 和 True （但在以前允許使用 int 的場合，則不需要使用 bool 引數型別）。此更改不應引起在本 PEP 中未詳細說明的其它問題。

C API

“boolobject.h”標頭檔案為布林型別定義了 C API。它包含在“Python.h”中，因此不需要再 include 它。

現有的名稱 Py_False 和 Py_True 引用獨一無二的布林物件 False 和 True （之前，它們分別引用了值為 0 和 1 的靜態整數物件，是眾多整數之一）。

一個新的 API，即PyObject *PyBool_FromLong(long) ，會接收一個 C 長整型引數，並返回對 Py_False （當引數為零時）或 Py_True （當非零時）的新引用。

要檢查物件是否為布林物件，可以使用巨集 PyBool_Check()。

布林例項的型別是 PyBoolObject *。

布林型別物件可作為 PyBool_Type 使用。

澄清

本 PEP 沒有改變一個事實，即幾乎所有型別的物件都可以用作真假值。例如，在 if 語句中使用時，一個空列表為 false，一個非空列表為 true；這不會改變，而且也不打算改變。

唯一改變的是在返回或賦值時，用於表示真假值的首選值。以前，這些首選的真假值是 1 和 0；本 PEP 將首選值更改為 True 和 False，並修改內建操作以返回這些首選值。

相容性

因為要向後相容，所以布林型別擁有一些不嚴格的屬性。例如，允許使用布林引數進行算術運算，即將 False 視為 0，將 True 視為 1。而且，可以將 bool 用作序列物件的索引。

我不認為這是一個問題，也不希望朝這個方向發展語言。我認為，對“布林性（Booleanness）”的更嚴格的解釋不會使語言更清晰。

相容性要求的另一個結果是表示式“True and 6”的值為 6，類似地，表示式“ False or None”的值為 None。

“and”和“or”運算子被設計來返回第一個決定了結果的引數，這點不會改變；特別地，它們不強制要求結果為布林型別。當然，如果兩個引數都是布林值，那麼結果肯定是一個布林值。通過寫“bool(x and y)”，也可以很容易地將其強制轉成布林型別。

解決了的問題

（另請參見上面的“評審”部分。）

  • 由於 bool 值的 repr() 或 str() 與 int 值不同，因此某些程式碼（例如，基於doctest 的單元測試，以及可能依賴於 “%s”%truth 的資料庫程式碼）可能會出錯。解決這個問題很容易（無需顯式引用 bool 型別），並且預計這隻會影響非常少量的可以輕鬆修復的程式碼。

  • 其它語言（C99、C ++、Java）均以小寫形式命名常量“false”和“true”。對於Python，我更喜歡遵照現有內建常量的慣例，這些內建常量全部使用駝峰式命名：None 、Ellipsis、NotImplemented （以及所有的內建異常）。Python 內建的名稱空間全部用小寫字母表示函式和型別。

  • 前面提到過，為了滿足使用者的期望，對於在布林上下文中被認為是真的每個 x，x == True 表示式都應該為真，同樣，如果 x 被認為是假，則x == False 也應該為真。那些剛瞭解布林變數的新手可能會寫：

    if x == True: ...

    而不是正確的形式：

    if x: ...

    許多人乍一看會對後一種形式感到不舒服，這在心理和語言上似乎有很強的理由，但是我認為解決辦法應該是教育而不是削弱語言。

    畢竟，== 通常被視為傳遞符號，這意味著根據 a == b 和 b == c，可以推論出 a == c。但是，如果在一個數是真值的情況下，它與 True 進行比較的結果是相等的，則像 6 == True == 7 這樣的暴行將成立，從而可以推斷出錯誤的 6 == 7。那是不可接受的。（此外，它會破壞向後相容性。但是，即使它不破壞，出於前面的原因，我仍然反對。）

    還應該提醒新手，沒有理由寫：

    if bool(x): ...

    因為布林值隱含在“if”中。在這裡，顯式並不 比隱式好，因為新增的詞法會損害可重用性，並且限制瞭直譯器的解釋行為。（譯註：”The Zen of Python“中認為”顯式比隱式好“，但在這裡，Guido 認為隱式更好，所以他在原文件中加粗了”not“）

    但是，有時候有理由寫成：

    b = bool(x)

    當不需要保留對任意 x 物件的引用時，或者由於某些其它原因需要規範化時，這很有用。有時候這樣寫也很合適：

    i = int(bool(x))

    它將布林值轉換為整數的 0 或 1。傳達了將該值用作 int 的意圖。

實現

完整的 C 實現程式碼已上傳到 SourceForge 補丁管理器：https://bugs.python.org/issue528022

它將很快被合入到 python 2.3a0 的 CVS 中。

版權

本文件已進入公共領域。

源文件：https://github.com/python/peps/blob/master/pep-0285.txt

更多的 PEP 中文翻譯內容，可在 Github 查閱：https://github.com/chinesehuazhou/peps-cn

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