Python精髓之括号家族：方括号、花括号和圆括号的用法总结

Python独一无二的特色除了缩进还有哪些特色呢？大多数的回答一定是语法简洁、简单易学、代码高效、功能强大等四项。那究竟是Python的哪些语言特性使得人们普遍认为Python具有语法简洁、简单易学、代码高效、功能强大的特点呢？其实很大程度上，这要归功于列表（list）、字典（dict）、元组（tuple）和集合（set）这“四大金刚”。尽管整型（int）、浮点型（float）和字符串（str）也很重要，但毫不夸张地说，列表、字典、元组和集合才代表了Python语言的核心和基础，同时也是Python的精髓所在。学会使用列表、字典、元组和集合，就意味着掌握了Python这门编程语言。

我们来一起回顾一下由列表、字典、元组和集合“四大金刚”，而演变成的由方括号、花括号和圆括号组成的“括号族”。

1. 方括号

方括号几乎是所有编程语言的第一符号。这里的第一，并不是指使用频率，而是指这个符号展现出的编程语言的内涵和创造力。事实上，就符号的使用频率而言，方括号也可能排在首位——只是我的直觉，并没有统计数据支持。

1.1 创建列表

对于初学者来说，创建列表最常用的方法就是用一对方括号。

>>> a = []
>>> a
[]
>>> b = [3.14, False, 'x', None]
>>> b
[3.14, False, 'x', None]

即便是老鸟，也会大量使用方括号创建列表，尤其是使用推导式创建列表的情况下。

>>> c = [i**2 for i in range(5)]
>>> c
[0, 1, 4, 9, 16]

但其实方括号就像口语或俚语，太过随便。大家要习惯使用严谨的list()来创建列表。使用list()创建列表，是list类的实例化的标准方法，可以体会list类的构造函数如何适应不同类型的参数。

>>> a = list()
>>> a
[]
>>> b = list((3.14, False, 'x', None))
>>> b
[3.14, False, 'x', None]
>>> c = list({1,2,3})
>>> c
[1, 2, 3]
>>> d = list({'x':1,'y':2,'z':3})
>>> d
['x', 'y', 'z']
>>> e = list(range(5))
>>> e
[0, 1, 2, 3, 4]
>>> f = list('*'*i for i in range(5))
>>> f
['', '*', '**', '***', '****']

1.2 列表的索引

方括号可以创建列表，但方括号并不等同于列表，因为方括号还用来索引。

>>> [3.14, False, 'x', None][2]
'x'
>>> [3.14, False, 'x', None][-2]
'x'
>>> [3.14, False, 'x', None][1:]
[False, 'x', None]
>>> [3.14, False, 'x', None][:-1]
[3.14, False, 'x']
>>> [3.14, False, 'x', None][::2]
[3.14, 'x']
>>> [3.14, False, 'x', None][::-1]
[None, 'x', False, 3.14]

列表的索引非常灵活，尤其是引入了负数索引，用-1表示最后一个元素或逆序，实属喜大普奔。上面的操作，属于常用索引方式，如果能读懂下面的代码，说明你已经具备了足够深的功力。

>>> a = [3.14, False, 'x', None]
>>> a[2:2] = [1,2,3]
>>> a
[3.14, False, 1, 2, 3, 'x', None]

1.3 列表的方法

对于列表对象的方法如果能信手拈来，那就是Python高手了。

>>> a = [3.14, False, 'x', None]
>>> a.index('x')
2
>>> a.append([1,2,3])
>>> a
[3.14, False, 'x', None, [1, 2, 3]]
>>> a[-1].insert(1, 'ok')
>>> a
[3.14, False, 'x', None, [1, 'ok', 2, 3]]
>>> a.remove(False)
>>> a
[3.14, 'x', None, [1, 'ok', 2, 3]]
>>> a.pop(1)
'x'
>>> a
[3.14, None, [1, 'ok', 2, 3]]
>>> a.pop()
[1, 'ok', 2, 3]
>>> a
[3.14, None]

2. 花括号

花括号代表字典对象，大多数初学者都这样认为。然而，这是错误的，至少是片面的。下面的代码中，a和b都是用花括号创造出来的对象，却一个是字典，一个是集合。

>>> a = {}
>>> a
{}
>>> b = {'x','y','z'}
>>> b
{'y', 'z', 'x'}
>>> type(a)

>>> type(b)

原来，Python用花括号表示字典和集合两种对象：花括号内是空的，或者是键值对的，表示字典；花括号内是无重复元素的，表示集合。为了不引起误会，我习惯用dict()来生成字典，用set()来生成集合。

>>> dict()
{}
>>> dict({'x':1, 'y':2, 'z':3})
{'x': 1, 'y': 2, 'z': 3}
>>> dict((('x',1), ('y',2), ('z',3)))
{'x': 1, 'y': 2, 'z': 3}
>>> dict.fromkeys('xyz')
{'x': None, 'y': None, 'z': None}
>>> dict.fromkeys('abc', 0)
{'a': 0, 'b': 0, 'c': 0}
>>> set((3,4,5))
{3, 4, 5}
>>> set({'x':1, 'y':2, 'z':3})
{'y', 'z', 'x'}
>>> set([3,3,4,4,5,5])
{3, 4, 5}

编码实践中，虽然在某些情况下集合是无可替代的，但集合的使用频率是“四大金刚”中最低的，我们这里不展开讨论，只说说字典的使用技巧。

2.1 判断一个键是否存在于字典中

Py2时代，dict对象曾经有has_key()的方法，用来判断是否包含某个键。py3舍弃了这个方法,判断一个键是否存在于字典中，只能使用in这样的方法了。

>>> a = dict({'x':1, 'y':2, 'z':3})
>>> 'x' in a
True
>>> 'v' in a
False

2.2 向字典中添加一个新键或更新键值

很多人喜欢用对字典的一个键赋值的方法，实现向字典中添加一个新键或更新键值。

>>> a = dict()
>>> a['name'] = 'xufive'
>>> a
{'name': 'xufive'}

我不推荐这样的方式，使用update()才更有仪式感，还可以一次添加或修改多个键。

>>> a = dict()
>>> a.update({'name':'xufive', 'gender':'男'})
>>> a
{'name': 'xufive', 'gender': '男'}

2.3 从字典中获取一个键值

a[‘age’]是最常用的方式，但是也还会遇到键不存在的异常。下面的方法值得推荐。

>>> a.get('age', 18)
18

2.4 获取字典的全部键、全部值、全部键值对

dict类提供了keys()、values()和items()等三个方法分别返回字典的全部键、全部值和全部键值对。需要注意的是，返回结果并非列表，而是迭代器。如果你需要列表形式的返回结果，请使用list()转换。

>>> a = dict()
>>> a.update({'name':'xufive', 'gender':'男'})
>>> list(a.keys())
['name', 'gender']
>>> list(a.values())
['xufive', '男']
>>> list(a.items())
[('name', 'xufive'), ('gender', '男')]

2.5 遍历字典

遍历字典的时候，很多同学或写成遍历字典的keys()。其实，不需要这么麻烦，可以像下面这样直接遍历。

>>> a = dict([('name', 'xufive'), ('gender', '男')])
>>> for key in a:
        print(key, a[key])

name xufive
gender 男

3. 圆括号

圆括号代表元组对象，这么说应该没有问题吧？的确，听起来没有问题，但在元组的使用上，我相信每个初学者都会跌进同一个深坑至少一次。

3.1 必入之浅坑

元组不用于列表的最显著的特点，就是无法更新元素的值。忘记或者忽略这一点，就会入坑。

>>> a = (3, 4)
>>> a[0] = 5
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
    a[0] = 5
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment

3.2 必入之深坑

我们一起来看一下下面这段代码bug在哪里

>>> import threading
>>> def do_something(name):
        print('My name is %s.'%name)

>>> th = threading.Thread(target=do_something, args=('xufive'))
>>> th.start()
Exception in thread Thread-1:
Traceback (most recent call last):
  File "C:\Users\xufive\AppData\Local\Programs\Python\Python37\lib\threading.py", line 926, in _bootstrap_inner
    self.run()
  File "C:\Users\xufive\AppData\Local\Programs\Python\Python37\lib\threading.py", line 870, in run
    self._target(*self._args, **self._kwargs)
TypeError: do_something() takes 1 positional argument but 6 were given

分明只提供了1个参数，却提示说给出了6个参数，为什么呢？
原来，元组初始化时，如果只有单个参数，则必须在单个参数之后增加一个逗号（，），否则，初始化结果仅返回原参数。

>>> a = (5)
>>> a
5
>>> type(a)

>>> b = ('xyz')
>>> b
'xyz'
>>> type(b)

>>> a, b = (5,), ('xyz',)
>>> a, b
((5,), ('xyz',))
>>> type(a), type(b)
(, )

3.3 单星号解包元组

格式化输出字符串时，下面也许是很多人的写法。

>>> args = (95,99,100)
>>> '%s：语文%d分，数学%d分，英语%d分'%('天元浪子', args[0], args[1], args[2])
'天元浪子：语文95分，数学99分，英语100分'

正确固然正确，但不够精彩。满分写法应该是这样的。

>>> args = (95,99,100)
>>> '%s：语文%d分，数学%d分，英语%d分'%('天元浪子', *args)
'天元浪子：语文95分，数学99分，英语100分'

3.4 为什么要使用元组？

既然元组的元素不可改变，那为什么还要使用元组呢？使用列表代替元组不是更方便吗？诚然，在多数情况下，可以使用列表代替元组，但下面的例子却可以证明，列表无法代替元组。

>>> s = {1,'x',(3,4,5)}
>>> s
{1, (3, 4, 5), 'x'}
>>> s = {1,'x',[3,4,5]}
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
    s = {1,'x',[3,4,5]}
TypeError: unhashable type: 'list'

我们可以将元组加到集合中，但列表不行，因为列表是不可哈希（unhashable）的。理解这一点并不困难：列表元素可以被动态改变，所以没有一个固定不变的哈希值——这与集合要求的元素唯一性冲突；而元组的元素被禁止更新，其哈希值在整个生命周期都不会变化，因此可以成为集合的元素。

所以我们可以得到一个结论，元组和列表有着完全不同的存储方式。因为不用考虑更新问题，元组的速度性能要远优于列表。优先使用元组，应该成为Python程序员遵循的一条基本原则。