Python 為什麼不支持 i++ 自增語法,不提供 ++ 操作符?

在 C/C++/Java 等等語言中,整型變量的自增或自減操作是標配,它們又可分為前綴操作(++i 和 –i)與後綴操作(i++ 和 i–),彼此存在着一些細微差別,各有不同的用途。

這些語言的使用者在接觸 Python 時,可能會疑惑為什麼它不提供 ++ 或 — 的操作呢?在我前不久發的《Python的十萬個為什麼?》里,就有不少同學在調查問卷中表示了對此話題感興趣。

Python 中雖然可能出現 ++i 這種前綴形式的寫法,但是它並沒有“++”自增操作符,此處只是兩個“+”(正數符號)的疊加而已,至於後綴形式的“++”,則完全不支持(SyntaxError: invalid syntax)。

本期“Python為什麼 ”欄目,我們將會從兩個主要的角度來回答:Python 為什麼不支持 i++ 自增語法? (PS:此處自增指代“自增和自減”,下同)

首先,Python 當然可以實現自增效果,即寫成i += 1 或者 i = i + 1 ,這在其它語言中也是通用的。

雖然 Python 在底層用了不同的魔術方法(__add__()__iadd__() )來完成計算,但表面上的效果完全相同。

所以,我們的問題可以轉化成:為什麼上面的兩種寫法會勝過 i++,成為 Python 的最終選擇呢?

1、Python 的整數是不可變類型

當我們定義i = 1000 時,不同語言會作出不同的處理:

  • C 之類的語言(寫法 int i = 1000)會申請一塊內存空間,並給它“綁定”一個固定的名稱 i,同時寫入一個可變的值 1000。在這裏,i 的地址以及類型是固定的,而值是可變的(在一定的表示範圍內)
  • Python(寫法i = 1000)也會申請一塊內存空間,但是它會“綁定”給数字 1000,即這個 1000 的地址以及類型是固定的(immutable),至於 i,只是一個名稱標籤貼在 1000 上,自身沒有固定的地址和類型

所以當我們令 i “自增”時(i = i + 1),它們的處理是不同的:

  • C 之類的語言先找到 i 的地址上存的數值,然後令它加 1,操作后新的數值就取代了舊的數值
  • Python 的操作過程是把 i 指向的数字加 1,然後把結果綁定到新申請的一塊內存空間,再把名稱標籤 i “貼”到新的数字上。新舊数字可以同時存在,不是取代關係

打一個不太恰當的比方:C 中的 i 就像一個宿主,数字 1000 寄生在它上面;而 Python 中的 1000 像個宿主,名稱 i 寄生在它上面。C 中的 i 與 Python 中的 1000,它們則寄生在底層的內存空間上……

還可以這樣理解:C 中的變量 i 是一等公民,数字 1000 是它的一個可變的屬性;Python 中的数字 1000 是一等公民,名稱 i 是它的一個可變的屬性。

有了以上的鋪墊,我們再來看看 i++,不難發現:

  • C 之類的語言,i++ 可以表示 i 的数字屬性的增加,它不會開闢新的內存空間,也不會產生新的一等公民
  • Python 之類的語言,i++ 如果是對其名稱屬性的操作,那樣就沒有意義了(總不能按字母表順序,把 i 變成 j 吧);如果理解成對数字本體的操作,那麼情況就會變得複雜:它會產生新的一等公民 1001,因此需要給它分配一個內存地址,此時若佔用 1000 的地址,則涉及舊對象的回收,那原有對於 1000 的引用關係都會受到影響,所以只能開闢新的內存空間給 1001

Python 若支持 i++,其操作過程要比 C 的 i++ 複雜,而且其含義也不再是“令数字增加1”(自增),而是“創建一個新的数字”(新增), 這樣的話,“自增操作符”(increment operator)就名不副實了。

Python 在理論上可以實現 i++ 操作,但它就必須重新定義“自增操作符”,還會令有其它語言經驗的人產生誤解,不如就讓大家直接寫成i += 1 或者 i = i + 1 好了。

2、Python 有可迭代對象

C/C++ 等語言設計出 i++,最主要的目的是為了方便使用三段式的 for 結構:

for(int i = 0; i < 100; i++){
    // 執行 xxx
}

這種程序關心的是数字本身的自增過程,数字做加法與程序體的執行相關聯。

Python 中沒有這種 for 結構的寫法,它提供了更為優雅的方式:

for i in range(100):
    # 執行 xxx

my_list = ["你好", "我是Python貓", "歡迎關注"]
for info in my_list:
    print(info)

這裏體現了不同的思維方式,它關心的是在一個數值範圍內的迭代遍歷,並不關心也不需要人為對数字做加法。

Python 中的可迭代對象/迭代器/生成器提供了非常良好的迭代/遍歷用法,能夠做到對 i++ 的完全替代。

例如,上例中實現了對列表內值的遍歷,Python 還可以用 enumerate() 實現對下標與具體值的同時遍歷:

my_list = ["你好", "我是Python貓", "歡迎關注"]
for i, info in enumerate(my_list):
    print(i, info)

# 打印結果:
0 你好
1 我是Python貓
2 歡迎關注

再例如對於字典的遍歷,Python 提供了 keys()、values()、items() 等遍歷方法,非常好用:

my_dict = {'a': '1', 'b': '2', 'c': '3'}
for key in my_dict.keys():
    print(key)

for key, value in my_dict.items():
    print(key, value)

有了這樣的利器,哪裡還有 i++ 的用武之地呢?

不僅如此,Python 中基本上很少使用i += 1 或者 i = i + 1 ,由於存在着隨處可見的可迭代對象,開發者們很容易實現對一個數值區間的操作,也就很少有對於某個數值作累加的訴求了。

所以,回到我們開頭的問題,其實這兩種“自增”寫法並沒有勝出 i++ 多少,只因為它們是通用型操作,又不需要引入新的操作符,所以 Python 才延續了一種基礎性的支持。真正的贏家其實是各種各樣的可迭代對象!

稍微小結下:Python 不支持自增操作符,一方面是因為它的整數是不可變類型的一等公民,自增操作(++)若要支持,則會帶來歧義;另一方面主要因為它有更合適的實現,即可迭代對象,對遍歷操作有很好的支持。

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寫在最後:本文屬於“Python為什麼”系列(Python貓出品),該系列主要關注 Python 的語法、設計和發展等話題,以一個個“為什麼”式的問題為切入點,試着展現 Python 的迷人魅力。部分話題會推出視頻版,請在 B 站收看,觀看地址:視頻地址

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