python3学习笔记之列表和元组

女爷i 2023-01-02 11:23 155阅读 0赞

文章目录

  • 列表元组基础
  • 列表和元组的存储差异
  • 列表元组性能差异
  • 列表元组使用场景
  • 总结
  • 思考题

列表元组基础

列表和元组，都是一个可以放置任意数据类型的有序集合

  • 列表是动态的，长度大小不固定，可以随意地增加、删减或者改变元素（mutable）。而元组是静态的，长度大小固定，无法增加删减或者改变（immutable）。
  • Python 中的列表和元组都支持负数索引，-1 表示最后一个元素，-2 表示倒数第二个元素

  • 列表和元组都支持切片操作

    1. li = [2,4,6,8]
    2. li[1:3]
    3. [4,6]
    5. tup = (1,3,5,7)
    6. tup[0:2]
    7. (1,3)
  • 列表和元组都可以随意嵌套

  • 列表元组可以通过list()和tuple()函数相互转换

    1. tuple([2,4,6,8])
    2. (2,4,6,8)
    3. list((1,3,5,7))
    4. [1,3,5,7]

  • 列表和元组常用内置函数

    • count(item)表示统计列表 / 元组中 item 出现的次数

      1. li = [2,4,6,8,2]
      2. li.count(2)
      3. 2

    • index(item)表示返回列表 / 元组中 item 第一次出现的索引

      1. li = [2,4,6,8,2]
      2. li.index(2)
      3. 0

    • list.reverse()和list.sort()分别表示原地倒转列表和排序(ps:元组没有这两个内置函数)

      1. li = [2,4,6,8,2]
      2. li.reverse()
      3. [2,8,6,4,2]

    • reversed() 和 sorted() 同样表示对列表 / 元组进行倒转和排序，reversed() 返回一个倒转后的迭代器,sorted() 返回排好序的新列表。此处对元组和列表的操作不是原地操作

      1. tup = (1,3,5,7)
      2. reversedTup = reversed(tup)
      3. for item in reversedTup:
      4.     print(item,end = ' ' )
      5. 7 5 3 1
      7. sortedTup = sorted(tup,reverse = True)#默认reverse为False，为False时按从小到大顺序排序
      8. print(sortedTup)
      9. (7,3,5,1)

列表和元组的存储差异

  1. l = [1, 2, 3]
  2. l.__sizeof__()
  3. 64
  4. tup = (1, 2, 3)
  5. tup.__sizeof__()
  6. 48

你可以看到，对列表和元组，我们放置了相同的元素，但是元组的存储空间，却比列表要少 16 字节。why？？？

由于列表是动态的，所以它需要存储指针，来指向对应的元素（上述例子中，对于 int 型，8 字节）。另外，由于列表可变，所以需要额外存储已经分配的长度大小（8 字节），这样才可以实时追踪列表空间的使用情况，当空间不足时，及时分配额外空间

  1. l = []
  2. l.__sizeof__() // 空列表的存储空间为40字节
  3. 40
  4. l.append(1)
  5. l.__sizeof__() 
  6. 72 // 加入了元素1之后，列表为其分配了可以存储4个元素的空间 (72 - 40)/8 = 4
  7. l.append(2) 
  8. l.__sizeof__()
  9. 72 // 由于之前分配了空间，所以加入元素2，列表空间不变
  10. l.append(3)
  11. l.__sizeof__() 
  12. 72 // 同上
  13. l.append(4)
  14. l.__sizeof__() 
  15. 72 // 同上
  16. l.append(5)
  17. l.__sizeof__() 
  18. 104 // 加入元素5之后，列表的空间不足，所以又额外分配了可以存储4个元素的空间

上面的例子，大概描述了列表空间分配的过程。我们可以看到，为了减小每次增加 / 删减操作时空间分配的开销，Python 每次分配空间时都会额外多分配一些，这样的机制（over-allocating）保证了其操作的高效性：增加 / 删除的时间复杂度均为 O(1)。

**ps：**数据量较小时，列表和元组的在存储上的性能差异可以忽略不计，但对于海量数据（一亿甚至十亿数据）这种存储上的数据不能忽略

列表元组性能差异

元组要比列表更加轻量级一些，所以总体上来说，元组的性能速度要略优于列表

  1. 资源缓存：python会在后台会对一些静态数据做一些资源缓存（resource caching），对于元组这些静态变量若它不被使用且占用空间不大时，python的垃圾回收并不会立即回收这部分内存，下次若创建同样大小的元组时，可以直接利用之前缓存的内存资源，这样可以大大加快程序运行速度。而对于列表这种非静态数据若这些变量不被使用会被python的垃圾回收机制立马回收。

  2. 元组初始化速度快于列表，如下可以看出元组出事化速度要比列表块5倍

    1. python3 -m timeit 'x=(1,2,3,4,5,6)'
    2. 20000000 loops, best of 5: 9.97 nsec per loop
    3. python3 -m timeit 'x=[1,2,3,4,5,6]'
    4. 5000000 loops, best of 5: 50.1 nsec per loop
  3. 索引操作元组和列表速度差别可忽略不计
  4. 对元素的增加删除或改变，列表显然由于列表（元组必须通过新建一个元组来完成）

列表元组使用场景

  1. 如果存储的数据和数量不变，比如你有一个函数，需要返回的是一个地点的经纬度，然后直接传给前端渲染，那么肯定选用元组更合适。
  2. 如果存储的数据或数量是可变的，比如社交平台上的一个日志功能，是统计一个用户在一周之内看了哪些用户的帖子，那么则用列表更合适。

总结

列表和元组都是有序的，可以存储任意数据类型的集合，区别主要在于下面这两点。

  1. 列表是动态的，长度可变，可以随意的增加、删减或改变元素。列表的存储空间略大于元组，性能略逊于元组。
  2. 元组是静态的，长度大小固定，不可以对元素进行增加、删减或者改变操作。
  3. 元组相对于列表更加轻量级，性能稍优。

思考题

  1. # 创建空列表
  2. # option A
  3. empty_list = list()
  5. # option B
  6. empty_list = []

A、B 两种方式，请问它们在效率上有什么区别吗？我们应该优先考虑使用哪种呢？

answer:A、B 两种方式区别主要在于list()是一个function call，Python的function call会创建stack，并且进行一系列参数检查的操作，比较expensive，反观[]是一个内置的C函数，可以直接被调用，因此效率高。

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