你知道列表切片的這些"反直覺"操作嗎
- 2020 年 4 月 2 日
- 筆記
導讀
列表絕對是python中最常用的數據結構，沒有之一！
——我自己說的
本文內容不多，5分鐘足矣，但對於大多數pythoners相信會有收穫。
切片熱身
列表的切片操作是指對其中單個或者多個索引對應元素進行的操作，具有如下幾個特點：
- 切片區間是左閉右開區間
- 切片的下標可以是負數，當為負數時，意味着從後到前的位置，且-1位倒數第一個
- 默認步長是1，可通過增加第三個參數實現不同切片
- 步長是-1時，可實現倒序切片
- 下標缺省時，表示從最"前"到最"後"(這裡的前後要結合上下文來看，具體後面有示例)
例如，下面這些常規操作大家應該都很熟悉：
lyst = list(range(10)) lyst[1:4] #[1, 2, 3] lyst[1:4:2] #[1, 3] lyst[-5:-1] #[5, 6, 7, 8] lyst[-1:-5:-1] #[9, 8, 7, 6]
這裡重點補充對於缺省下標的理解，即列表內部是以什麼原則處理缺省下標值：
lyst = list(range(10)) lyst[:2] #[0, 1]，起始下標缺省，默認為0，等價於lyst[0:2] lyst[2:] #[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]，終止下標缺省，默認為n=len(lyst)，等價於lyst[2:n] lyst[:] #[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]，起始和終止下標均缺省，等價於lyst[0:n] lyst[:2:-1] #[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3]，步長為負數時，起始下標缺省，默認為-1，等價於lyst[-1:2:-1] lyst[2::-1] #[2, 1, 0]，步長為負數時，終止下標缺省，默認為-n-1，等價於lyst[2:-n-1:-1] lyst[::-1] #[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]，步長為負數，起始和終止下標均缺省，默認為lyst[-1:-n-1:-1]
總結來說，就是步長為正數時，首末缺省下標分別是0和n；步長為負時，首末缺省下標分別是-1和-n-1。特別地，當步長為-1、首末下標均缺省時，效果等價於lyst.reverse()或者reversed(lyst)，但具體功能有區別：
lyst = list(range(10)) lyst[::-1] #輸出[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]，只是輸出逆序結果，lyst本身不變 lyst.reverse() #對列表的inplace操作，無返回值，但執行後lyst變為[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] reversed(lyst) #lyst列表不變，返回逆序結果，但返回的是一個迭代器對象
另外，列表中切片索引數值要求均為整數（曾有PEP提議，索引可接受任意值，然後由python進行隱式取整處理，但被reject了），且步長索引不能為0。
切片訪問
對列表某索引對應值進行訪問，當對單個索引訪問時，要注意索引的合格範圍；但對列表切片時則不會顯式報錯。其中，單索引的合格範圍為-n—n-1，共2n個合格索引，其中n為列表長度；而對於範圍索引時，即使訪問越界也不會顯式報錯，而僅僅是返回結果為空：
lyst = list(range(10)) lyst[10] #IndexError: list index out of range lyst[-12] #IndexError: list index out of range lyst[5:15] #[5, 6, 7, 8, 9] lyst[10:] #[] lyst[-12:-1:-1] #[]
這裡補充一個親身經歷的錯誤：要倒序返回一個列表的前n-1個值（即最後一個元素除外的所有元素倒序輸出），因為可以正負索引混合使用，所以自己想當然的寫下了如下語句：
lyst[-2:-1:-1] #返回[]
我的邏輯是倒數第二個索引是-2，返回前面的所有值，第一個值是下標0，但由於索引是左開右閉區間，所以如果寫0的話訪問不到，那麼要比0再小一個，也就是-1。但實際上，python可不這麼想，它會將索引-2解釋為倒數第二個值沒錯，但是索引-1會解釋成倒數第一個值（更準確的講，是取不到這個值），所以上面的返回結果為空，無論步長是正還是負！
當然，實現這一需求的方法很多，只要理解了切片的索引原則：
lyst = list(range(10)) lyst[-2::-1] #[8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]，缺省下標 lyst[:-1][::-1] #[8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]，先正序訪問前n-1個值再逆序
切片賦值
前面提到，列表的單索引越界訪問會報錯，切片訪問不報錯但返回結果為空。這一邏輯也類似於列表的賦值操作：對於單索引的賦值，要求索引必須在合格範圍之內，否則報錯；但對於切片的賦值則"無需"考慮索引是否合法，甚至無需考慮賦值長度是否匹配：
a = [1,2,3,4,5] b = [5,6] a[8] = 8 #IndexError: list assignment index out of range a[-8] = 8 #IndexError: list assignment index out of range a[8:] = b #執行後，a為[1, 2, 3, 4, 5, 5, 6] a[-8:-6] = b #執行後，a為[5, 6, 1, 2, 3, 4, 5]，注意這裡限定了賦值區間首末 a[-8:-10] = b #執行後，a也是[5, 6, 1, 2, 3, 4, 5]，即便限定的區間實際上為空 a[-8:] = b #執行後，a為[5, 6]，因為a的賦值區間未限定長度，而賦值起始索引在a起始之前，所以整體都給覆蓋了
實際上，由於對超出列表長度的索引位置進行切片賦值會直接拼接，所以這個操作相當於列表的extend()：
a = [1,2,3,4,5] b = [5,6] a[len(a):] = b # a為[1, 2, 3, 4, 5, 5, 6] a.extend(b) # a也為[1, 2, 3, 4, 5, 5, 6]
既然提到了列表的extend()操作，那麼下面的insert()操作不僅不會報錯，而且實際上相當於執行了append()操作：
a = [1,2,3,4,5] a.insert(len(a), 100) # a為[1, 2, 3, 4, 5, 100]，注意這裡insert下標參數為len(a)，超出合格範圍，但實際效果等價於a.append(100)
切片拷貝
由於參數引用的特殊性，python中的賦值操作或許曾令人抓狂其中而不得自拔，個人也不敢說完全理解其中的原理，所以這一部分權當是拋磚引玉。
正因為python中拷貝的特殊性，所以有個專門的庫叫copy，裏面有2個重要的方法分別是copy.copy()和copy.deepcopy()，顧名思義，後者叫做深拷貝，前者自然就叫做淺拷貝。當然，這裡不打算介紹這個庫和相應方法，而只是想就此引出列表中如何通過切片實現拷貝。
如果想要對一個列表進行拷貝，且後續操作互不干擾，那麼簡單的直接賦值是不能完成任務的，例如執行以下語句，a和b其實管理和引用的是同一塊內存，所以操作是同步的，未實現真正的拷貝：
a = [1,2,3,4,5] b = a #只是a的一個分身，未拷貝 a[0] = 100 b #[100, 2, 3, 4, 5]
如果想要實現a、b從此毫無瓜葛，那麼簡單的拷貝實現有兩種：
a = [1,2,3,4,5] b = a[:] #真正實現拷貝 b = list(a) #也可實現拷貝 a[0] = 100 b #[1, 2, 3, 4, 5]
另外，再體會下這3個例子：
- 複製列表，改某個值其他不會受到影響
a = [0]*10 a[1] = 1 #[0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
- 嵌套複製列表，牽一髮動全身
a = [[0]*10]*2 a[1][0] = 2 #[[2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]
- 推導式+複製生成嵌套列表，改1個值其他不受影響
a = [[0]*10 for _ in range(2)] a[1][0] = 2 #[[0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0], [2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]]
不得不說，python裏面的變量賦值與引用確實有些難以理解，這個只能靠不斷積累和嘗試，得細品！
