你知道列表切片的这些"反直觉"操作吗
- 2020 年 4 月 2 日
- 筆記
导读
列表绝对是python中最常用的数据结构，没有之一！
——我自己说的
本文内容不多，5分钟足矣，但对于大多数pythoners相信会有收获。
切片热身
列表的切片操作是指对其中单个或者多个索引对应元素进行的操作，具有如下几个特点：
- 切片区间是左闭右开区间
- 切片的下标可以是负数，当为负数时，意味着从后到前的位置，且-1位倒数第一个
- 默认步长是1，可通过增加第三个参数实现不同切片
- 步长是-1时，可实现倒序切片
- 下标缺省时，表示从最"前"到最"后"(这里的前后要结合上下文来看，具体后面有示例)
例如，下面这些常规操作大家应该都很熟悉：
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]
这里重点补充对于缺省下标的理解，即列表内部是以什么原则处理缺省下标值：
lyst = list(range(10)) lyst[:2] #[0, 1]，起始下标缺省，默认为0，等价于lyst[0:2] lyst[2:] #[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]，终止下标缺省，默认为n=len(lyst)，等价于lyst[2:n] lyst[:] #[0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]，起始和终止下标均缺省，等价于lyst[0:n] lyst[:2:-1] #[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3]，步长为负数时，起始下标缺省，默认为-1，等价于lyst[-1:2:-1] lyst[2::-1] #[2, 1, 0]，步长为负数时，终止下标缺省，默认为-n-1，等价于lyst[2:-n-1:-1] lyst[::-1] #[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]，步长为负数，起始和终止下标均缺省，默认为lyst[-1:-n-1:-1]
总结来说，就是步长为正数时，首末缺省下标分别是0和n；步长为负时，首末缺省下标分别是-1和-n-1。特别地，当步长为-1、首末下标均缺省时，效果等价于lyst.reverse()或者reversed(lyst)，但具体功能有区别：
lyst = list(range(10)) lyst[::-1] #输出[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]，只是输出逆序结果，lyst本身不变 lyst.reverse() #对列表的inplace操作，无返回值，但执行后lyst变为[9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0] reversed(lyst) #lyst列表不变，返回逆序结果，但返回的是一个迭代器对象
另外，列表中切片索引数值要求均为整数（曾有PEP提议，索引可接受任意值，然后由python进行隐式取整处理，但被reject了），且步长索引不能为0。
切片访问
对列表某索引对应值进行访问，当对单个索引访问时，要注意索引的合格范围；但对列表切片时则不会显式报错。其中，单索引的合格范围为-n—n-1，共2n个合格索引，其中n为列表长度；而对于范围索引时，即使访问越界也不会显式报错，而仅仅是返回结果为空：
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] #[]
这里补充一个亲身经历的错误：要倒序返回一个列表的前n-1个值（即最后一个元素除外的所有元素倒序输出），因为可以正负索引混合使用，所以自己想当然的写下了如下语句：
lyst[-2:-1:-1] #返回[]
我的逻辑是倒数第二个索引是-2，返回前面的所有值，第一个值是下标0，但由于索引是左开右闭区间，所以如果写0的话访问不到，那么要比0再小一个，也就是-1。但实际上，python可不这么想，它会将索引-2解释为倒数第二个值没错，但是索引-1会解释成倒数第一个值（更准确的讲，是取不到这个值），所以上面的返回结果为空，无论步长是正还是负！
当然，实现这一需求的方法很多，只要理解了切片的索引原则：
lyst = list(range(10)) lyst[-2::-1] #[8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]，缺省下标 lyst[:-1][::-1] #[8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0]，先正序访问前n-1个值再逆序
切片赋值
前面提到，列表的单索引越界访问会报错，切片访问不报错但返回结果为空。这一逻辑也类似于列表的赋值操作：对于单索引的赋值，要求索引必须在合格范围之内，否则报错；但对于切片的赋值则"无需"考虑索引是否合法，甚至无需考虑赋值长度是否匹配：
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 #执行后，a为[1, 2, 3, 4, 5, 5, 6] a[-8:-6] = b #执行后，a为[5, 6, 1, 2, 3, 4, 5]，注意这里限定了赋值区间首末 a[-8:-10] = b #执行后，a也是[5, 6, 1, 2, 3, 4, 5]，即便限定的区间实际上为空 a[-8:] = b #执行后，a为[5, 6]，因为a的赋值区间未限定长度，而赋值起始索引在a起始之前，所以整体都给覆盖了
实际上，由于对超出列表长度的索引位置进行切片赋值会直接拼接，所以这个操作相当于列表的extend()：
a = [1,2,3,4,5] b = [5,6] a[len(a):] = b # a为[1, 2, 3, 4, 5, 5, 6] a.extend(b) # a也为[1, 2, 3, 4, 5, 5, 6]
既然提到了列表的extend()操作，那么下面的insert()操作不仅不会报错，而且实际上相当于执行了append()操作：
a = [1,2,3,4,5] a.insert(len(a), 100) # a为[1, 2, 3, 4, 5, 100]，注意这里insert下标参数为len(a)，超出合格范围，但实际效果等价于a.append(100)
切片拷贝
由于参数引用的特殊性，python中的赋值操作或许曾令人抓狂其中而不得自拔，个人也不敢说完全理解其中的原理，所以这一部分权当是抛砖引玉。
正因为python中拷贝的特殊性，所以有个专门的库叫copy，里面有2个重要的方法分别是copy.copy()和copy.deepcopy()，顾名思义，后者叫做深拷贝，前者自然就叫做浅拷贝。当然，这里不打算介绍这个库和相应方法，而只是想就此引出列表中如何通过切片实现拷贝。
如果想要对一个列表进行拷贝，且后续操作互不干扰，那么简单的直接赋值是不能完成任务的，例如执行以下语句，a和b其实管理和引用的是同一块内存，所以操作是同步的，未实现真正的拷贝：
a = [1,2,3,4,5] b = a #只是a的一个分身，未拷贝 a[0] = 100 b #[100, 2, 3, 4, 5]
如果想要实现a、b从此毫无瓜葛，那么简单的拷贝实现有两种：
a = [1,2,3,4,5] b = a[:] #真正实现拷贝 b = list(a) #也可实现拷贝 a[0] = 100 b #[1, 2, 3, 4, 5]
另外，再体会下这3个例子：
- 复制列表，改某个值其他不会受到影响
a = [0]*10 a[1] = 1 #[0, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
- 嵌套复制列表，牵一发动全身
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]]
- 推导式+复制生成嵌套列表，改1个值其他不受影响
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]]
不得不说，python里面的变量赋值与引用确实有些难以理解，这个只能靠不断积累和尝试，得细品！
