元组 (a,b)=(b,a) 中的成员交换如何在内部工作？

Posted 2023-02-21

【中文标题】元组 (a,b)=(b,a) 中的成员交换如何在内部工作？

【英文标题】：How does swapping of members in tuples (a,b)=(b,a) work internally?

【发布时间】：2014-01-29 14:46:20

【问题描述】：

In [55]: a = 5

In [56]: b = 6

In [57]: (a, b) = (b, a)

In [58]: a
Out[58]: 6

In [59]: b
Out[59]: 5

这种 a 和 b 值的交换如何在内部进行？它绝对没有使用临时变量。

【问题讨论】：

您可能会对使用dis 查看代码的反汇编感兴趣。 Spoliers：使用了字节码指令ROT_TWO。

【参考方案1】：

Python 将右侧表达式与左侧赋值分开。首先评估右侧，并将结果存储在堆栈中，然后使用操作码分配左侧名称，该操作码再次从堆栈中获取值。

对于 2 或 3 项的元组赋值，Python 直接使用栈：

>>> import dis
>>> def foo(a, b):
...     a, b = b, a
... 
>>> dis.dis(foo)
  2           0 LOAD_FAST                1 (b)
              3 LOAD_FAST                0 (a)
              6 ROT_TWO             
              7 STORE_FAST               0 (a)
             10 STORE_FAST               1 (b)
             13 LOAD_CONST               0 (None)
             16 RETURN_VALUE        

在两个LOAD_FAST opcodes（将变量中的值压入堆栈）之后，堆栈顶部为[a, b]。 ROT_TWO opcode 交换堆栈顶部的两个位置，因此堆栈现在顶部有 [b, a]。然后两个STORE_FAST opcodes 获取这两个值并将它们存储在赋值左侧的名称中。第一个STORE_FAST将栈顶的值弹出并放入a，下一个再次弹出，将值存储在b中。需要旋转是因为 Python 保证左侧目标列表中的分配是从左到右完成的。

对于 3-name 赋值，执行 ROT_THREE 后跟 ROT_TWO 以反转堆栈中的顶部三个项目。

对于较长的左侧赋值，会构建一个显式元组：

>>> def bar(a, b, c, d):
...     d, c, b, a = a, b, c, d
... 
>>> dis.dis(bar)
  2           0 LOAD_FAST                0 (a)
              3 LOAD_FAST                1 (b)
              6 LOAD_FAST                2 (c)
              9 LOAD_FAST                3 (d)
             12 BUILD_TUPLE              4
             15 UNPACK_SEQUENCE          4
             18 STORE_FAST               3 (d)
             21 STORE_FAST               2 (c)
             24 STORE_FAST               1 (b)
             27 STORE_FAST               0 (a)
             30 LOAD_CONST               0 (None)
             33 RETURN_VALUE        

这里使用[d, c, b, a] 的堆栈来构建一个元组（以相反的顺序，BUILD_TUPLE 再次从堆栈中弹出，将生成的元组推入堆栈），然后UNPACK_SEQUENCE 从堆栈中弹出元组再次将所有元素从元组推回堆栈，以进行 STORE_FAST 操作。

后者可能看起来是一种浪费的操作，但赋值的右侧可能是完全不同的东西，一个产生元组的函数调用，所以 Python 解释器不做任何假设并始终使用UNPACK_SEQUENCE 操作码。即使对于二名和三名赋值操作，but a later (peephole) optimization step 也会使用上述 ROT_TWO 和 ROT_THREE 操作码将 BUILD_TUPLE / UNPACK_SEQUENCE 组合替换为 2 或 3 个参数以提高效率。

【讨论】：

+1 for 需要旋转，因为 Python 保证左侧目标列表中的分配是从左到右完成的。。我不知道。

这个解释的 ELI5 是什么？