Python 3.8 新功能,利用海象运算符,提升程序执行效率

海象运算符

这个新运算符 := 能让我们为表达式中的一个变量赋值,这个符号看起来颇有些类似于海象的眼睛和犬齿。

我们先来看看下面一段代码:

countries = [“India”, “USA”, “France”, “Germany”]
if len(countries) < 5:
    print ("Length of countries is " + len(countries))

在上面的代码段中,我们两次调用了函数 len()。我们可以避免重复计算以提升可读性吗?当然可以,我们可对这段代码进行如下改进:

country_size = len(countries)
if country_size < 5:
   print ("Length of countries is " + country_size)

还有进一步改进的空间吗?我们可以不用单独一行来给「country_size」赋值吗?

if country_size := len(countries) < 5 :
    print ("Length of countries is " + country_size)

这就是 Python 3.8 引入的海象运算符的用武之地。我们可以在 if 语句之中直接执行声明和赋值操作。我们下面进一步探索该运算符的能力。

代码行数与复杂度的平衡

先看看以下示例(多次调用一个高成本的函数)

powers = [get_count(), get_count()**2, get_count()**3]

def get_count():
  "Fetches count of records from a database"

上面的示例是通过多次调用一个高成本的函数 get_count() 来填充一个列表。

有了海象运算符的帮助,我们可以避免多次调用函数 get_count(),其具体的功能是将结果存储到一个变量中,然后我们可在后续的计算中复用同一个变量。

下面演示了海象运算符的用法:

powers =[result:= get_count(), result**2, result**3]

def get_count():
 "Fetches count of records from a database"

从上面的例子可以看到,海象运算符可以减少代码行数,让代码更可读,因此能简化代码审查人员的工作。此外,这也能实现代码行数和代码复杂度的平衡。

解决理解低效的问题

employees = []
for id in employee_ids:
employee = fetch_employee(id)
if employee:
  employees.append(employee)

基于一个条件填充列表
上面的示例需要多次执行循环。一开始,我们创建一个空列表,然后在 id 列表上迭代并通过检查结果是否有效来填充我们创建的列表。

我们可以简化上面的代码,将其浓缩为一行:

employees = [result for id in employee_ids if (result:= fetch_employee(id))]
# 使用海象运算符避免低效理解

文件分块处理

在处理大文件时,我们会将文件分块读取。每当读取一个分块时,都会检查它的值,并且该值也是 while 循环的终止条件。

chunk = file.read(256)

while chunk:
  process(chunk)
  chunk = file.read(256)

我们可以在 while 循环表达式中读取数据以及为要读取的数据赋值。由此我们就能避免在 while 循环之外显式地声明变量。如下示例:

while chunk := file.read(256) :
   process(chunk)

正则表达式匹配

正则表达式匹配是一个两步式过程。第一步是检查是否有匹配,第二步是提取匹配的部分。

obj = re.match(info).group(1) if re.match(info) else None
#正则表达式匹配

从上面的代码可以观察到,我们在一次匹配中重复计算了 re.match(info)。这会减慢该程序的执行速度,而且数据量越大减慢得越明显。上面的代码可以重写为如下形式,从而避免重复计算:

obj = match.group(1) if match:= re.match(info) else None
#使用 := 的正则表达式匹配

不能使用海象运算符的地方

为变量赋值

a = 5 # 有效
a := 5 # 无效

empty_list = [] # 有效
empty_list := [] # 无效

如上所示,我们不能使用 := 替代 =。海象运算符只能是一个表达式的一部分。

加法/减法赋值
a += 5 # 有效
a :+=5 # 无效
在 lambda 函数中为表达式赋值
(lambda: a:= 5) # 无效
lambda: (a := 5) # 有效但无用
(var := lambda: 5) # 有效
PEP-572 及其争议

海象预算符的争议点有很多,下面是其中几个:

句法变化问题:开发者们为 := 提议了多种替代方案,比如「表达式 -> NAME」、「NAME -> 表达式」、「{表达式} NAME」等等。少数人建议使用现有的关键字,其他人则使用了新的运算符。

后向兼容问题:这个特性无法向后兼容,也无法运行在之前的 Python 版本上。

运算符名称问题:人们建议不要使用「海象运算符」这样的代号,而是使用「赋值运算符」、「命名表达式运算符」、「成为运算符」等术语,以免人们不明白。

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