最近偶尔翻看《Fluent Python》，遇到有意思的东西就记下来。下面的是在PyCon2013上提出的一个关于 tuple 的Augmented Assignment也就是增量赋值的一个问题。 并且基于此问题, 又引申出3个变种问题。
问题
首先看第一个问题, 如下面的代码段:
>>> t = (1,2, [30,40])
>>> t[2] += [50,60]会产生什么结果呢？ 给出四个选项:
1. `t` 变成 `[1,2, [30,40,50,60]`
2. `TypeError is raised with the message 'tuple' object does not support item assignment`
3. Neither 1 nor 2
4. Both 1 and 2按照之前的理解, tuple里面的元素是不能被修改的，因此会选 2.
如果真是这样的话，这篇笔记就没必要了，《Fluent Python》也就不会拿出一节来讲了。
正确答案是 4 ：
>>> t = (1,2,[30,40])
>>> t[2] += [50,60]
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
>>> t
(1, 2, [30, 40, 50, 60]) 问题来了，为什么异常都出来了，t 还是变了?
再看第二种情况，稍微变化一下，将 += 变为 = :
>>> t = (1,2, [30,40])
>>> t[2] = [50,60]结果就成酱紫了:
>>> t = (1,2, [30,40])
>>> t[2] = [50,60]
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
>>> t
(1, 2, [30, 40]) 再看第三种情况，只把+=换为extend或者append ：
>>> t = (1, 2, [30,40])
>>> t[2].extend([50,60])
>>> t
(1, 2, [30, 40, 50, 60])
>>> t[2].append(70)
>>> t
(1, 2, [30, 40, 50, 60, 70])又正常了,没抛出异常?
最后第四种情况，用变量的形式：
>>> a = [30,40]
>>> t = (1, 2, a)
>>> a+=[50,60]
>>> a
[30, 40, 50, 60]
>>> t
(1, 2, [30, 40, 50, 60])
>>> t[2] += [70,80]
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
>>> t
(1, 2, [30, 40, 50, 60, 70, 80]) 又是一种情况，下面就探究一下其中的原因。
原因
首先需要重温+=这个运算符，如a+=b:
- 对于可变对象(mutable object)如list, +=操作的结果会直接在a对应的变量进行修改，而a对应的地址不变.
- 对于不可变对象(imutable object)如tuple, +=则是等价于a = a+b 会产生新的变量，然后绑定到a上而已.
如下代码段, 可以看出来:
>>> a = [1,2,3]
>>> id(a)
53430752
>>> a+=[4,5]
>>> a
[1, 2, 3, 4, 5]
>>> id(a)
53430752 # 地址没有变化
>>> b = (1,2,3)
>>> id(b)
49134888
>>> b += (4,5)
>>> b
(1, 2, 3, 4, 5)
>>> id(b)
48560912 # 地址变化了此外还需要注意的是, python中的tuple作为不可变对象, 也就是我们平时说的元素不能改变, 实际上从报错信息TypeError: 'tuple' object does not support item assignment来看, 更准确的说法是指其中的元素不支持赋值操作=(assignment).
先看最简单的第二种情况, 它的结果是符合我们的预期, 因为=产生了assign的操作.(在由一个例子到python的名字空间 中指出了赋值操作=就是创建新的变量), 因此s[2]=[50,60]就会抛出异常.
再看第三种情况,包含extend/append的, 结果tuple中的列表值发生了变化,但是没有异常抛出. 这个其实也相对容易理解. 因为我们知道tuple中存储的其实是元素所对应的地址(id), 因此如果没有赋值操作且tuple中的元素的id不变,即可,而list.extend/append只是修改了列表的元素,而列表本身id并没有变化,看看下面的例子:
>>> a=(1,2,[30,40])
>>> id(a[2])
140628739513736
>>> a[2].extend([50,60])
>>> a
(1, 2, [30, 40, 50, 60])
>>> id(a[2])
140628739513736目前解决了第二个和第三个问题, 先梳理一下, 其实就是两点:
- tuple内部的元素不支持赋值操作
- 在第一条的基础上, 如果元素的id没有变化, 元素其实是可以改变的.
现在再来看最初的第一个问题: t[2] += [50,60] 按照上面的结论, 不应该抛异常啊,因为在我们看来+= 对于可变对象t[2]来说, 属于in-place操作,也就是直接修改自身的内容, id并不变, 确认下id并没有变化:
>>> a=(1,2,[30,40])
>>> id(a[2])
140628739587392
>>> a[2]+=[50,60]
Traceback (most recent call last):
File "", line 1, in
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment
>>> a
(1, 2, [30, 40, 50, 60])
>>> id(a[2]) # ID 并没有发生改变
140628739587392 跟第三个问题仅仅从t[2].extend改成了t[2]+=, 就抛出异常了,所以问题应该是出在+=上了. 下面用dis模块看看它俩执行的步骤，对下面的代码块执行dis:
t = (1,2, [30,40])
t[2] += [50,60]
t[2].extend([70, 80])执行python -m dis test.py,结果如下，下面只保留第2,3行代码的执行过程，以及关键步骤的注释如下:
2 21 LOAD_NAME 0 (t)
24 LOAD_CONST 1 (2)
27 DUP_TOPX 2
30 BINARY_SUBSCR
31 LOAD_CONST 4 (50)
34 LOAD_CONST 5 (60)
37 BUILD_LIST 2
40 INPLACE_ADD
41 ROT_THREE
42 STORE_SUBSCR
3 43 LOAD_NAME 0 (t)
46 LOAD_CONST 1 (2)
49 BINARY_SUBSCR
50 LOAD_ATTR 1 (extend)
53 LOAD_CONST 6 (70)
56 LOAD_CONST 7 (80)
59 BUILD_LIST 2
62 CALL_FUNCTION 1
65 POP_TOP
66 LOAD_CONST 8 (None)
69 RETURN_VALUE解释一下关键的语句:
- 30 BINARY_SUBSCR: 表示将t[2]的值放在TOS(Top of Stack)，这里是指[30, 40]这个列表
- 40 INPLACE_ADD: 表示TOS += [50,60] 执行这一步是可以成功的，修改了TOS的列表为[30,40,50,60]
- 42 STORE_SUBSCR: 表示s[2] = TOS 问题就出在这里了，这里产生了一个赋值操作，因此会抛异常！但是上述对列表的修改已经完成, 这也就解释了开篇的第一个问题。
再看extend的过程，前面一样，只有这行:
- 62 CALL_FUNCTION: 这个直接调用内置extend函数完成了对原列表的修改，其中并没有assign操作，因此可以正常执行。
现在逐渐清晰了， 换句话说，+=并不是原子操作，相当于下面的两步:
t[2].extend([50,60])
t[2] = t[2]第一步可以正确执行，但是第二步有了=，肯定会抛异常的。 同样这也可以解释在使用+=的时候，为何t[2]的id明明没有变化，但是仍然抛出异常了。
现在用一句话总结下:
tuple中元素不支持assign操作，但是对于那些是可变对象的元素如列表，字典等，在没有assign操作的基础上，比如一些in-place操作，是可以修改内容的
可以用第四个问题来简单验证一下，使用一个指向[30,40]的名称a来作为元素的值，然后对a做in-place的修改，其中并没有涉及到对tuple的assign操作，那肯定是正常执行的。
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