一个看似初级的Python小问题，高手也难保不掉进坑里

Posted 2021-06-27 天元浪子

       昨晚有同学问了一个非常有意思的问题。问题本身很简单，却包含了初学者不易理解、编码实践中又处处可见的几个知识点。如果对这些知识点理解有偏差，即便是经验丰富的Python程序员，稍不留神也会掉进坑里。

def f(w, a, b):
    w.append(a)
    w = w + [b]
    return w

w, a, b = [5, 9], 2, 1
w = f(w, a, b) + w
print(w)

       运行上面的代码之后，下面哪一个结果是正确的呢？

• A. [5, 9, 2, 1]
• B. [5, 9, 2, 1, 5]
• C. [5, 9, 2, 1, 5, 9]
• D. [5, 9, 2, 1, 5, 9, 2]
• E. [5, 9, 2, 1, 5, 9, 2, 1]
• F. 以上都不对

       如果将上面代码稍作改动，函数中的赋值操作（=）变成加等操作（+=），正确的输出结果又是哪一个呢？

def f(w, a, b):
    w.append(a)
    w += [b]
    return w

w, a, b = [5, 9], 2, 1
w = f(w, a, b) + w
print(w)

       要想正确回答问题，首先要了解可变对象和不可变对象的概念，以及可变对象和不可变对象作为函数参数是如何向函数传参的。

       那么，什么是可变对象、什么是不可变对象呢？在Python中，整型（int）、浮点型（float）、布尔型（bool）、元组（tuple）和字符串（str）等内置类，一旦实例化就不可改变，属于不可变对象；而列表（list）、字典（dict）和集合（set）等内置类，实例化后得到对象，可以任意修改。

       读到这里，有些初学者可能会不理解：元组、字符串不可改变，老师和教科书上都是这么说的，整型浮点型对象为什么不可变呢？让x=1之后，x就不能改变了吗？加1不就变成2了吗？显然，这是对对象概念的误解。x=1，是让x指向了值为1的整型对象，但x并不是真正的整型对象，只是一个名字而已，我们称其为变量名或对象名 。x加1变成2，并非值为1的整型对象自身加1，而是让x指向了另一个值为2的整型对象。

>>> id(x)
2794729897296
>>> x += 1
>>> id(x)
2794730437616
>>> y = [1,2]
>>> id(y)
2794699482248
>>> y += [3]
>>> id(y)
2794699482248
>>> y = y + [4]
>>> id(y)
2794699482376

       借助Python的id函数（返回变量名所指对象的内存首地址），可以清楚看到，执行加等操作（+=）之后，x指向的整型对象地址发生了改变，y指向的列表对象地址并未改变。不过，对y执行赋值操作（=）之后，y指向的列表对象地址发生了改变。这表明，赋值操作（=）是在变量名和对象之间新建对应关系，而加等操作（+=）并不改变变量名和对象之间的对应关系，除非对象是不可变的。

       理解了可变对象和不可变对象的概念之后，就很容易理解可变对象和不可变对象作为函数参数是如何向函数传参的了。如下图所示，红色箭头指向的是可变对象作为参数传递到函数，绿色箭头指向的是不可变对象作为参数传递到函数。对于不可变对象而言，无论函数内部如何改变这些参数，都不会影响到函数外部的不可变对象，因为他们是不可改变的。对于可变对象来说，函数内部对于它们的任何操作都是施加于对象本身的，这个对象即函数外部的变量所指向的对象。需要说明的是，函数的参数传递，并不要求实际参数和形式参数同名，下图红绿箭头对应的实际参数和形式参数名字相同，仅是我个人的习惯，并非规则要求。

       是时候进入正题了。第一段代码中，可变对象w和不可变对象a、b作为参数传进函数后，内部变量名w和外部变量名w指向同一个对象，append操作自然也会影响外部变量名w所指向的列表对象。其后的赋值操作将函数内部的变量名w指向了另外一个新的列表对象，因而不会改变外部的变量名w所指向的列表对象。如下图所示，不言自明，代码最后的输出结果应该是D，即[5, 9, 2, 1, 5, 9, 2]。

       在第二段代码中，由于+=操作不改变内部变量w的指向，外边变量w所指向的列表自然也变成了[5, 9, 2, 1]，最终的输出结果是两个[5, 9, 2, 1]相加，正确答案是E， 如下图所示。