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為什麼說Python 內置函數並不是萬能的?


本文出自“Python為什麼”系列,請查看全部文章

在Python貓的上一篇文章“中,我們對比了兩種創建列表的方法,即字面量用法 [] 與內置類型用法list(),進而分析出它們在運行速度上的差異。

在分析為什麼list() 會更慢的時候,文中說到它需要經過名稱查找與函數調用兩個步驟,那麼,這就引出了一個新的問題:list() 不是內置類型麼,為什麼它不能直接就調用創建列表的邏輯呢?也就是說,為什麼解釋器必須經過名稱查找,才能“認識”到該做什麼呢?

其實原因很簡單:內置函數/內置類型的名稱並不是關鍵字,它們只是解釋器內置的一種便捷功能,方便開發者開箱即用而已。

PS:內置函數built-in function 和內置類型built-in type 很相似,但list() 實際是一種內置類型而不是內置函數。我曾對這兩種易混淆的概念做過辨析,請查看這篇文章“。為了方便理解與表述,以下統稱為內置函數。

1、內置函數的查找優先級最低

內置函數的名稱並不屬於關鍵字,它們是可以被重新賦值的。

比如下面這個例子:

# 正常调用内置函数
list(range(3)) # 结果:[0, 1, 2]

# 定义任意函数,然后赋值给 list
def test(n):
print("Hello World!")
list = test
list(range(3)) # 结果:Hello World!

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在這個例子中,我們將自定義的test 賦值給了list,程序並沒有報錯。這個例子甚至還可以改成直接定義新的同名函數,即”def list(): …”。

這說明了list 並不是Python 限定的關鍵字/保留字。

查看官方文檔,可以發現Python 3.9 有35 個關鍵字,明細如下:

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如果我們將上例的test 賦值給任意一個關鍵字,例如”pass=test”,就會報錯:SyntaxError: invalid syntax。

由此,我們可以從這個角度看出內置函數並不是萬能的:它們的名稱並不像關鍵字那般穩固不變,雖然它們處在系統內置作用域裡,但是卻可以被用戶局部作用域的對象所輕鬆攔截掉!

因為解釋器查找名稱的順序是“局部作用域->全局作用域->內置作用域”,因此內置函數其實是處在最低優先級。

對於新手來說,這有一定的可能會發生意想不到的情況(內置函數有69 個,要全記住是有難度的)。

那麼,為什麼Python 不把所有內置函數的名稱都設為不可複寫的關鍵字呢?

一方面原因是它想控制關鍵字的數量,另一方面可能是想留給用戶更多的自由。內置函數只是解釋器的推薦實現而已,開發者可以根據需要,實現出與內置函數同名的函數。

不過,這樣的場景極少,而且開發者一般會定義成不同名的函數,以Python 標準庫為例,ast模塊有 literal_eval() 函數“(對標eval() 內置函數)、pprint 模塊有 [pprint() 函数](https://mp.weixin.qq.com/s/d1dQH1Fqaj_U3AXKYluhSw)(對標print() 內置函數)、以及itertools模塊有 [zip_longest() 函数](https://mp.weixin.qq.com/s/MXVUxndXEPq5EZ4o66mdyQ)(對標zip() 內置函數)……

2、內置函數可能不是最快的

由於內置函數的名稱並非保留的關鍵字,以及它處於名稱查找的末位順序,所以內置函數有可能不是最快的。

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上篇文章“展示了 [] 比list() 快2~3 倍的事實,其實這還可以推廣到str()、tuple()、set()、dict() 等等內置類型中,都是字面量用法稍稍快於內置類型用法。

對於這些內置類型,當我們調用xxx() 時,可以簡單理解成正在做類的實例化。在面向對象語言中,類先實例化再使用,這是再正常不過的。

但是,這樣的做法有時也顯得繁瑣。為了方便使用,Python 給一些常用的內置類型提供了字面量表示法,也就是””、[]、()、{} 等等,表示字符串、列表、元組和字典等數據類型。

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文檔出處:https://docs.python.org/3/reference/lexical_analysis.html#delimiters

一般而言,所有編程語言都必須有一些字面量表示,但基本都局限在數字類型、字符串、布爾類型以及null 之類的基礎類型。

Python 中還增加了幾種數據結構類型的字面量,所以是更為方便的,同時這也解釋了為什麼內置函數可能不是最快的。

一般而言,同樣的完備功能,內置函數總是比我們自定義的函數要快,因為解釋器可以做一些底層的優化,例如 len() 內置函數“肯定比用戶定義的x.len() 函數快。

有些人據此形成了“內置函數總是更快”的認識誤區。

解釋器內置函數相對於用戶定義函數,前者接近於走後門;而字面量表示法相對於內置函數,前者是在走更快的後門。

也就是說,在有字面量表示法的情況下,某些內置函數/內置類型並不是最快的!

小結

誠然,Python 本身並不是萬能的,那它的任何語法構成部分(內置函數/類型),就更不是萬能的了。但是,一般我們會認為內置函數/類型總歸是“高人一等”的,是受到諸多特殊優待的,顯得像是“萬能的”。

本文從“list() 竟然會敗給 []”破題,從兩個角度揭示了內置函數其實存在著某種不足:內置函數的名稱並不是關鍵字,而內置作用域位於名稱查找的最低優先級,因此在調用時,某些內置函數/類型的執行速度就明顯慢於它們對應的字面量表示法。

本文對上一個“Python為什麼”話題做了延展討論,一方面充實了前面的內容,另一方面,也有助於大家理解Python 的幾個基礎概念及其實現。

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