Python 进阶(一些进阶技巧)

个人笔记,基本都摘抄自 Python3 官方文档

一. 上下文管理

1. 传统的类方式

Java 使用 try 来自动管理资源,只要实现了 AutoCloseable 接口,就可以部分摆脱手动 colse 的地狱了。
而 Python,则是定义了两个 Protocol:__enter____exit__. 下面是一个 open 的模拟实现:

class OpenContext(object):

    def __init__(self, filename, mode):  # 调用 open(filename, mode) 返回一个实例
        self.fp = open(filename, mode)

    def __enter__(self):  # 用 with 管理 __init__ 返回的实例时,with 会自动调用这个方法
        return self.fp

    # 退出 with 代码块时,会自动调用这个方法。
    def __exit__(self, exc_type, exc_value, traceback):
        self.fp.close()

# 这里先构造了 OpenContext 实例,然后用 with 管理该实例
with OpenContext('/tmp/a', 'a') as f:
    f.write('hello world')

这里唯一有点复杂的,就是 __exit__ 方法。和 Java 一样,__exit__ 相当于 try - catch - finallyfinally 代码块,在发生异常时,它也会被调用。

当没有异常发生时,__exit__ 的三个参数 exc_type, exc_value, traceback 都为 None,而当发生异常时,它们就对应异常的详细信息。
发生异常时,** __exit__ 的返回值将被用于决定是否向外层抛出该异常**,返回 True 则抛出,返回 False 则抑制(swallow it)。

Note 1:Python 3.6 提供了 async with 异步上下文管理器,它的 Protocol 和同步的 with 完全类似,是 __aenter____aexit__ 两个方法。
Note 2:与 Java 相同,with 支持同时管理多个资源,因此可以直接写 with open(x) as a, open(y) as b: 这样的形式。

2. contextlib

2.1 @contextlib.contextmanager

对于简单的 with 资源管理,编写一个类可能会显得比较繁琐,为此 contextlib 提供了一个方便的装饰器 @contextlib.contextmanager 用来简化代码。

使用它,上面的 OpenContext 可以改写成这样:

from contextlib import contextmanager
@contextmanager
def make_open_context(filename, mode):
    fp = open(filename, mode)
    try:
        yield fp  # 没错,这是一个生成器函数
    finally:
        fp.close()


with make_open_context('/tmp/a', 'a') as f:
    f.write('hello world')

使用 contextmanager 装饰一个生成器函数,yield 之前的代码对应 __enter__,finally 代码块就对应 __exit__.

Note:同样,也有异步版本的装饰器 @contextlib.asynccontextmanager

2.2 contextlib.closing(thing)

用于将原本不支持 with 管理的资源,包装成一个 Context 对象。

from contextlib import closing
from urllib.request import urlopen

with closing(urlopen('http://www.python.org')) as page:
    for line in page:
        print(line)

# closing 等同于
from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def closing(thing):
    try:
        yield thing
    finally:
        thing.close()  # 就是添加了一个自动 close 的功能

2.3 contextlib.suppress(*exceptions)

使 with 管理器抑制代码块内任何被指定的异常:

from contextlib import suppress

with suppress(FileNotFoundError):
    os.remove('somefile.tmp')

# 等同于
try:
    os.remove('somefile.tmp')
except FileNotFoundError:
    pass

2.4 contextlib.redirect_stdout(new_target)

将 with 代码块内的 stdout 重定向到指定的 target(可用于收集 stdout 的输出)

f = io.StringIO()
with redirect_stdout(f):  # 将输出直接写入到 StringIO
    help(pow)
s = f.getvalue()

# 或者直接写入到文件
with open('help.txt', 'w') as f:
    with redirect_stdout(f):
        help(pow)

redirect_stdout 函数返回的 Context 是可重入的( reentrant),可以重复使用。

二、pathlib

提供了 OS 无关的文件路径抽象,可以完全替代 os.pathglob.

基本上,pathlib.Path 就是你需要了解的所有内容。

1. 路径解析与拼接

from pathlib import Path

data_folder = Path("./source_data/text_files/")
data_file = data_folder / "raw_data.txt"  # Path 重载了 / 操作符,路径拼接超级方便

# 路径的解析
data_file.parent  # 获取父路径,这里的结果就是 data_folder
data_foler.parent # 会返回 Path("source_data")
data_file.parents[1] # 即获取到 data_file 的上上层目录,结果和上面一样是 Path("source_data")
data_file.parents[2] # 上上上层目录,Path(".")

dara_file.name # 文件名 "raw_data.txt"
dara_file.suffix  # 文件的后缀(最末尾的)".txt",还可用 suffixes 获取所有后缀

data_file.stem  # 去除掉最末尾的后缀后(只去除一个),剩下的文件名:raw_data

# 替换文件名或者文件后缀
data_file.with_name("test.txt")  # 变成 .../test.txt
data_file.with_suffix(".pdf")  # 变成 .../raw_data.pdf

# 当前路径与另一路径 的相对路径
data_file.relative_to(data_folder)  # PosixPath('raw_data.txt')

2. 常用的路径操作函数

if not data_folder.exist():
    data_folder.mkdir(parents=True)  # 直接创建文件夹,如果父文件夹不存在,也自动创建

if not filename.exists():  # 文件是否存在
    filename.touch()  # 直接创建空文件,或者用 filename.open() 直接获取文件句柄

# 路径类型判断
if data_file.is_file():  # 是文件
    print(data_file, "is a file")
elif data_file.is_dir():  # 是文件夹
    for child in p.iterdir():  # 通过 Path.iterdir() 迭代文件夹中的内容
        print(child)

# 路径解析
filename.resolve()  # 获取文件的绝对路径(符号链接也会被解析到真正的文件)

# 可以直接获取 Home 路径或者当前路径
Path.home() / "file.txt" # 有时需要以 home 为 base path 来构建文件路径
Path.cwd()  / "file.txt" # 或者基于当前路径构建

还有很多其它的实用函数,可在使用中慢慢探索。

3. glob

pathlib 也提供了 glob 支持,也就是广泛用在路径匹配上的一种简化正则表达式。

data_file.match(glob_pattern)  # 返回 True 或 False,表示文件路径与给出的 glob pattern 是否匹配

for py_file in data_folder.glob("*/*.py"):  # 匹配当前路径下的子文件夹中的 py 文件,会返回一个可迭代对象
    print(py_file)

# 反向匹配,相当于 glob 模式开头添加 "**/"
for py_file in data_folder.glob("*/*.py"):  # 匹配当前路径下的所有 py 文件(所有子文件夹也会被搜索),返回一个可迭代对象
    print(py_file)

glob 中的 * 表示任意字符,而 ** 则表示任意层目录。(在大型文件树上使用 ** 速度会很慢!)

三、functools

functools 提供了几个有时很有用的函数和装饰器

1. @functools.wraps

这个装饰器用于使装饰器 copy 被装饰的对象的 __module__, __name__, __qualname__, __annotations__ and __doc__ 属性,这样装饰器就显得更加透明。

from functools import wraps
def my_decorator(f):
     @wraps(f)
     def wrapper(*args, **kwds):
         print('Calling decorated function')
         return f(*args, **kwds)
     return wrapper  # 用了 wraps,wrapper 会复制 f 的各种文档属性

@my_decorator
def func(xx):
    """ this is func's docstring"""
    print("this is func~")

如果不用 wraps 的话,因为实际上返回的是 wrapper,被装饰对象的这些文档属性都会丢失。(比如 docstring)
因此在使用 wrapper 装饰器时,添加 @wraps() 装饰器是个好习惯。

2. functools.partial

这个感觉和高等数学的偏函数很像:比如函数 z = f(x, y) 有 x 和 y 两个变量,现在把 x 看作常数,就可以对 y 进行求导运算。
而 python 的 partial 也差不多,不过它不是把 x 看作常数,而是先给定 x 的值。用法如下:

from functools import partial
basetwo = partial(int, base=2)  # 先给定 int 函数的 base 参数为 2
basetwo.__doc__ = 'Convert base 2 string to an int.'  # 如果需要文档,可以添加 __doc__ 属性
basetwo('10010')  # return 18

此外,还有个 partialmethod 函数,待了解

3. @functools.lru_cache(maxsize=128, typed=False)

如果某方法可能被频繁调用(使用相同的参数),而且它的结果在一定时间内不会改变。可以用 lru_cache 装饰它,减少运算量或 IO 操作。

from functools import lru_cache

# 缓存最近的(least recently used,lru) 64 次参数不同的调用结果。
@lru_cache(maxsize=64)
def my_sum(x):  # 后续的调用中,如果参数能匹配到缓存,就直接返回缓存结果
    return sum(x)

比如用递归计算斐波那契数列,数值较低的参数会被频繁使用,于是可以用 lru_cache 来缓存它们。
或者爬取网页,可能会需要频繁爬取一个变化不快的网页,这时完全可以用 cache 缓存。

但是它不能控制缓存失效时间,因此不能用于 Web 系统的缓存。还是得自己写个简单的装饰器,把缓存存到 redis 里并设置 expires。或者直接用 Flask 或 Django 的 caching 插件。

4. @functools.singledispatch

单重派发,即根据函数的第一个参数的类型,来决定调用哪一个同名函数。

@singledispatch
def parse(arg):  # 首先定义一个默认函数
    print('没有合适的类型被调用')  # 如果参数类型没有匹配上,就调用这个默认函数

@parse.register(type(None))  # 第一个参数为 None
def _(arg):
    print('出现 None 了')

@parse.register(int)  # 第一个参数为整数
def _(arg):
    print('这次输入的是整数')

@parse.register
def _(arg: list):  # python3.7 开始,可以直接用类型注解来标注第一个参数的类型
    print('这次输入的是列表')

画外:有单重派发,自然就有多重派发,Julia 语言就支持多重派发,即根据函数所有参数的类型,来决定调用哪一个同名函数。
Julia 语言根本没有类这个定义,类型的所有方法都是通过多重派发来定义的。

其他

  1. @functools.total_ordering:用于自动生成比较函数。
  2. functools.cmp_to_key(func):用于将老式的比较函数,转换成新式的 key 函数。

四、operator

operator 模块包含四种类型的方法:

1. operator.itemgetter

经常被用于 sorted/max/mix/itertools.groupby 等

使用方法:

# itemgetter
f = itemgetter(2)
f(r)  # return r[2]

# 还能一次获取多个值,像 numpy 那样索引
f2 = itemgetter(2,4,5)
f2(r)  # return (r[2], r[4], r[5])

# 或者使用 slice 切片
s = itemgetter(slice(2, None))
s[r]  # return r[2:]

# dict 索引也能用
d = itemgetter('rank', 'name')
d[r]  # return d['rank'], d['name']

用途:

# 用于指定用于比较大小的属性
key = itemgetter(1)
sorted(iterable, key=key)  # 使用 iterable[1] 对 iterable 进行排序
max(iterable, key=key)  # 找出最大的元素,使用 iterable[1] 做比较

# 用于高级切片(比如像 numpy 那样的,指定只获取某几列)
s = itemgetter(1,3,4)
matrix = [[0,1,2,3,4], [1,2,3,4,5]]
map(s, matrix)  # list 后得到 [(1, 3, 4), (2,4,5)]

2. operator.attrgetter

可用于动态获取对象的属性,与直接用 getattr() 不同的是,它可以嵌套访问属性。

# 嵌套访问属性
att = attrgetter("a.b.c")
att(obj)  # return obj.a.b.c

# 和 itemgetter 一样,也可以一次获取多个属性
att = attrgetter("a.b.c", "x.y")
att(obj)  # return (obj.a.b.c, obj.x.y)

# 不嵌套的话,用 getattr 就行
getattr(obj, "a")  # return obj.a

这里可以回顾一下类的两个魔法函数:

  1. __getattr__: 当被访问的属性不存在时,这个方法会被调用,它的返回值会成为对象的该属性。
    • 用于动态生成实例的属性/函数
  2. __getattribute__: 与 __getattr__ 唯一的差别在于,访问对象的任何属性,都会直接调用这个方法,不管属性存不存在

3. operator.methodcaller

可用于调用函数,它和 attrgetter 很像,差别在于 attrgetter 只是返回指定的属性,而 methodcaller 会直接把指定的属性当成函数调用,然后返回结果。

举例

f = methodcaller('name', 'foo', bar=1)
f(b)  # returns b.name('foo', bar=1)

4. 各种操作符对应的函数

operator.add、operator.sub、operator.mul、operator.div 等等,函数式编程有时需要用到。

五、itertools

itertools 提供了许多针对可迭代对象的实用函数

方法很多,基本不可能一次全记住。还是要用到时多查吧。大致记住有提供哪些功能,需要用到时能想起可以查这个模块就行。

1. 无限迭代器

  1. count(start=0, step=1): 从 start 开始,每次迭代时,返回值都加一个 step
    • 默认返回序列为 0 1 2 3...
  2. cycle(iterable): 不断循环迭代 iterable
  3. repeat(element, times=None): 默认永远返回 element。(如果 times 不为 None,就迭代 times 后结束)

2. 排列组合迭代器

  1. product(p1, p2, ..., repeat=1):p1, p2... 的元素的笛卡尔积,相当于多层 for 循环
    • repeat 指参数重复次数,比如
    >>> from itertools import product
    >>> r = product([1, 2], [3, 4], [5, 6])  # 重复一次,也就是 (p1, p2, p3) 的笛卡尔积
    >>> pprint(list(r))       
    [(1, 3, 5),
     (1, 3, 6),
     (1, 4, 5),
     (1, 4, 6),
     (2, 3, 5),
     (2, 3, 6),
     (2, 4, 5),
     (2, 4, 6)]
    >>> r2 = product([1, 2], [3, 4], [5, 6], repeat=2)  # 重复两次,即 (p1, p2, p3, p1, p2, p3) 的笛卡尔积
    >>> pprint(list(r2))
    [(1, 3, 5, 1, 3, 5),
     (1, 3, 5, 1, 3, 6),
     (1, 3, 5, 1, 4, 5),
     (1, 3, 5, 1, 4, 6),
     (1, 3, 5, 2, 3, 5),
    ...
  2. permutations(p[, r]):p 中元素,长度为 r 的所有可能的排列。相当于 product 去重后的结果。
  3. combinations(p, r):既然有排列,当然就有组合了。

3. 其他

  1. zip_longest(*iterables, fillvalue=None):和 zip 的差别在于,缺失的元素它会用 fillvalue 补全,而不是直接结束。
  2. takewhile()
  3. dropwhile()
  4. groupby()

等等等,用得到的时候再查了。。。

六、collections

提供了一些实用的高级数据结构(容器)

  1. defaultdict:这个感觉是最常用的,可以给定 key 的默认值
  2. Counter:方便、快速的计数器。常用于分类统计
  3. deque:一个线程安全的双端队列
  4. OrderedDict:有时候会需要有序字典
  5. namedtuple:命名元组,有时用于参数传递。与 tuple 的差别是它提供了关键字参数和通过名字访问属性的功能
  6. ChainMap:将多个 map 连接(chain)在一起,提供一个统一的视图。因为是视图,所以原来的 map 不会被影响。

转载于:https://www.cnblogs.com/kirito-c/p/10503807.html

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