len(x) 擊敗 x.len()，從內置函數看 Python 的設計思想

• 2019 年 10 月 8 日
• 筆記

導語：

除了純粹的數學和魔術，程式設計師也是本公眾號服務的群體之一，他們大量的需要來自數學理性和魔幻藝術的滋養才能創作出更好的程式藝術品。本文以python中對象方法還是通用屬性函數的調用方式的選擇為例闡明了程式碼設計藝術中小而美的精髓，歡迎品評。

內置函數是 Python 的一大特色，用極簡的語法實現很多常用的操作。

它們預先定義在內置命名空間中，開箱即用，所見即所得。Python 被公認是一種新手友好型的語言，這種說法能夠成立，內置函數在其中起到了極關鍵的作用。

舉個例子，求字元串 x 的長度，Python 的寫法是 len(x) ，而且這種寫法對列表、元組和字典等對象也同樣適用，只需要傳入對應的參數即可。len() 函數是共用的。

這是一種極簡哲學的體現：Simple is better than complex。

但是，有些語言並不是這樣，例如在 Java 中，字元串類有一個求長度的方法，其它類也有自己的求長度的方法，它們無法共用。每次使用時，通過類或實例來調用。

同樣是求字元串長度，Python 的寫法：

saying = "Hello world!"  print(len(saying))    # 結果：12

而在 Java 中，寫法可能如下（簡化起見）：

String saying = "Hello world!";  System.out.println(saying.length());    // 結果：12

Python 採用的是一種前綴表達式 ，而 Java 採用的則是後綴表達式 。

除了求長度，Python 的某些內置函數也能在 Java 中找到對應的表達。例如，數值型字元串 s 轉化為整型數字，Python 可以用int(s)函數，而 Java 可以用 Integer.parseInt(s)；整型數字轉化為字元串，Python 可以用str(i)，而 Java 也有String.valueOf(i)。

Python 的內置函數不與特定的類綁定，它們是一級對象。而 Java 的「函數」則無法脫離類而存在，它們只是附屬品。

從直觀角度來看，Python 的表達似乎是更優的。但是，它們並不具有可比性 ，因為這是兩套語言系統，各有獨特的範疇背景，並不能輕易地化約。

就好比是，不能因為拉丁字母筆畫簡單，就說它優於漢字，因為在表意時，字母（表音文字）是遠遜於漢字（表意文字）的。同樣的，日本借用了漢字的偏旁部首而造出來的文字，雖然更省筆墨，但是也完全喪失了意蘊。

以此類比，Python 的內置函數雖有簡便之美，但卻丟失了某些表意功能。有些人在質疑/抨擊 Python 的時候，也喜歡拿這點說事，認為這是 Python 的設計缺陷。

這就引出本文最想討論的一個問題來：為什麼 Python 要設計成 len(x) 這種前綴表達，而不是 x.len() 這樣的後綴表達呢？

事實上，後綴設計也是可行的，以 Python 中列表的兩個方法為例：

mylist = [2, 1, 3, 5, 4]    mylist.sort()  print(mylist)   # [1, 2, 3, 4, 5]    mylist.reverse()  print(mylist)   # [5, 4, 3, 2, 1]

它們都是通過列表對象來調用，並不是憑空從內置命名空間中拿來的。語義表達得也很清楚，就是對 mylist 做排序和逆轉。

恰恰那麼巧，它們還有兩個同父異母的兄弟 sorted() 與 reversed()，這倆是前綴表達型。

mylist = [2, 1, 3, 5, 4]    sort_list = sorted(mylist)  print(sort_list)   # [1, 2, 3, 4, 5]    reverse_list = reversed(mylist)  print(list(reverse_list))   # [4, 5, 3, 1, 2]

不同的寫法，都在做同一件事（不考慮它們的副作用）。因此，後綴語法並非不可行，之所以不用，那肯定是刻意的設計。

回到前面的問題：為什麼是 len(x) ，而非 x.len(x)，這源於 Python 的什麼設計思想呢？

Python 之父 Guido van Rossum 曾經解釋過這個問題（鏈接見文末），有兩個原因：

• 對於某些操作，前綴符比後綴更好讀——前綴（和中綴）表示法在數學中有著悠久的歷史，其視覺效果有助於數學家思考問題。我們可以簡單地把公式 x*(a + b) 重寫成 x*a + x*b ，但同樣的事，以原生的面向對象的方式實現，就比較笨拙。
• 當讀到 len(x) 時，我就 知道 這是在求某對象的長度。它告訴我了兩點：返回值是一個整數，參數是某種容器。但當讀到 x.len() 時，我必須事先知道某種容器 x，它實現了一個介面，或者繼承了一個擁有標準 len() 方法的類。我們經常會目睹到這種混亂：一個類並沒有實現映射（mapping）介面，卻擁有 get() 或 keys() 方法，或者某些非文件對象，卻擁有一個 write() 方法。

解釋完這兩個原因之後，Guido 還總結成一句話說：「I see 'len' as a built-in operation 」。這已經不僅是在說 len() 更可讀易懂了，而完全是在拔高 len() 的地位。

這就好比說，分數 ½ 中的橫線是數學中的一個「內置」表達式，並不需要再實現什麼介面之類的，它自身已經表明了「某數除以某數 」的意思。不同類型的數（整數、浮點數、有理數、無理數…）共用同一個操作符，不必為每類數據實現一種求分數的操作。

優雅易懂是 Python 奉行的設計哲學 ，len() 函數的前綴表達方式是最好的體現。我想起在《超強匯總：學習Python列表，只需這篇文章就夠了》這篇文章中，曾引述過 Guido 對「為什麼索引從 0 開始 」的解釋。其最重要的原因，也正是 0-based 索引最優雅易懂。

讓我們來先看看切片的用法。可能最常見的用法，就是「取前 n 位元素」或「從第i 位索引起，取後 n 位元素」(前一種用法，實際上是 i == 起始位的特殊用法)。如果這兩種用法實現時可以不在表達式中出現難看的 +1 或 -1，那將會非常的優雅。 使用 0-based 的索引方式、半開區間切片和預設匹配區間的話（Python最終採用這種方式），上面兩種情形的切片語法就變得非常漂亮：a[:n] 和 a[i:i+n]，前者是 a[0:n] 的縮略寫法。

所以，我們能說 len(x) 擊敗 x.len() ，支撐它的是一種化繁為簡、純粹卻深邃的設計思想。

面向對象的程式語言自發明時起，就想模擬我們生活於其中的現實世界。可是什麼類啊、介面啊、對象啊、以及它們的方法啊，這些玩意的毒，有時候蒙蔽了我們去看見世界本質的眼睛。

桌子類有桌子類的求長度方法，椅子類有椅子類的求長度方法，無窮無盡，可現實真是如此么？求長度的方法就不能是一種獨立存在的對象么？它之所以存在，是因為有「對象」存在，而不是因為有某個類才存在啊。

所以，我想說，len(x) 擊敗 x.len()，這還體現了 Python 對世界本質的洞察 。

求某個對象的長度，這種操作獨立於對象之外而存在，並不是該對象內部所有的一種屬性或功能。從這個角度理解，我們能夠明白，為什麼 Python 要設計出內置函數？ 內置函數其實是對世界本質的一種捕捉。

這些見微知著的發現，足夠使我們愛上這門語言了。人生苦短，我用 Python。