Python切片中的誤區與高級用法

衆所周知,我們可以通過索引值(或稱下標)來查找序列類型(如字符串、列表、元組...)中的單個元素,那麼,如果要獲取一個索引區間的元素該怎麼辦呢?

切片(slice)就是一種截取索引片段的技術,藉助切片技術,我們可以十分靈活地處理序列類型的對象。通常來說,切片的作用就是截取序列對象,然而,它還有一些使用誤區與高級用法,都值得我們注意。所以,本文將主要跟大家一起來探討這些內容,希望你能學有所獲。

事先聲明,切片並非列表的專屬操作,但因爲列表最具有代表性,所以,本文僅以列表爲例作探討。

1、切片的基礎用法

列表是 Python 中極爲基礎且重要的一種數據結構,我曾寫過一篇彙總文章(鏈接見文末)較全面地學習過它。文中詳細地總結了切片的基礎用法,現在回顧一下:

切片的書寫形式:[i : i+n : m] ;其中,i 是切片的起始索引值,爲列表首位時可省略;i+n 是切片的結束位置,爲列表末位時可省略;m 可以不提供,默認值是1,不允許爲0 ,當m爲負數時,列表翻轉。注意:這些值都可以大於列表長度,不會報越界。

切片的基本含義是:從序列的第i位索引起,向右取到後n位元素爲止,按m間隔過濾 。

  li = [1, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 14, 16]
  ​
  # 以下寫法都可以表示整個列表,其中 X >= len(li)
  li[0:X] == li[0:] == li[:X] == li[:] == li[::] == li[-X:X] == li[-X:]
  ​
  li[1:5] == [4,5,6,7] # 從1起,取5-1位元素
  li[1:5:2] == [4,6] # 從1起,取5-1位元素,按2間隔過濾
  li[-1:] == [16] # 取倒數第一個元素
  li[-4:-2] == [9, 11] # 從倒數第四起,取-2-(-4)=2位元素
  li[:-2] == li[-len(li):-2] == [1,4,5,6,7,9,11] # 從頭開始,取-2-(-len(li))=7位元素
  ​
  # 步長爲負數時,列表先翻轉,再截取
  li[::-1] == [16,14,11,9,7,6,5,4,1] # 翻轉整個列表
  li[::-2] == [16,11,7,5,1] # 翻轉整個列表,再按2間隔過濾
  li[:-5:-1] == [16,14,11,9] # 翻轉整個列表,取-5-(-len(li))=4位元素
  li[:-5:-3] == [16,9] # 翻轉整個列表,取-5-(-len(li))=4位元素,再按3間隔過濾
  ​
  # 切片的步長不可以爲0
  li[::0]  # 報錯(ValueError: slice step cannot be zero)

上述的某些例子對於初學者(甚至很多老手)來說,可能還不好理解。我個人總結出兩條經驗:(1)牢牢記住公式[i : i+n : m] ,當出現缺省值時,通過想象把公式補全;(2)索引爲負且步長爲正時,按倒數計算索引位置;索引爲負且步長爲負時,先翻轉列表,再按倒數計算索引位置。

2、切片是僞獨立對象

切片操作的返回結果是一個新的獨立的序列。以列表爲例,列表切片後得到的還是一個列表,佔用新的內存地址。

當取出切片的結果時,它是一個獨立對象,因此,可以將其用於賦值操作,也可以用於其它傳遞值的場景。但是,切片只是淺拷貝,它拷貝的是原列表中元素的引用,所以,當存在變長對象的元素時,新列表將受制於原列表。

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  li = [1, 2, 3, 4]
  ls = li[::]
  ​
  li == ls # True
  id(li) == id(ls) # False
  li.append(li[2:4]) # [1, 2, 3, 4, [3, 4]]
  ls.extend(ls[2:4]) # [1, 2, 3, 4, 3, 4]
  ​
  # 下例等價於判斷li長度是否大於8
  if(li[8:]):
      print("not empty")
  else:
      print("empty")
  ​
  # 切片列表受制於原列表
  lo = [1,[1,1],2,3]
  lp = lo[:2] # [1, [1, 1]]
  lo[1].append(1) # [1, [1, 1, 1], 2, 3]
  lp # [1, [1, 1, 1]]

由於可見,將切片結果取出,它可以作爲獨立對象使用,但是也要注意,是否取出了變長對象的元素。

3、切片可作爲佔位符

切片既可以作爲獨立對象被“取出”原序列,也可以留在原序列,作爲一種佔位符使用。

對於列表來說,使用切片作爲佔位符,同樣能夠實現拼接列表的效果。特別需要注意的是,給切片賦值的必須是可迭代對象。

  li = [1, 2, 3, 4]
  ​
  # 在頭部拼接
  li[:0] = [0] # [0, 1, 2, 3, 4]
  # 在末尾拼接
  li[len(li):] = [5,7] # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 7]
  # 在中部拼接
  li[6:6] = [6] # [0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
  ​
  # 給切片賦值的必須是可迭代對象
  li[-1:-1] = 6 # (報錯,TypeError: can only assign an iterable)
  li[:0] = (9,) #  [9, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]
  li[:0] = range(3) #  [0, 1, 2, 9, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7]

上述例子中,若將切片作爲獨立對象取出,那你會發現它們都是空列表,即 li[:0]== li[len(li):] == li [6 : 6]==[] ,我將這種佔位符稱爲“純佔位符”,對純佔位符賦值,並不會破壞原有的元素,只會在特定的索引位置中拼接進新的元素。刪除純佔位符時,也不會影響列表中的元素。

與“純佔位符”相對應,“非純佔位符”的切片是非空列表,對它進行操作(賦值與刪除),將會影響原始列表。如果說純佔位符可以實現列表的拼接,那麼,非純佔位符可以實現列表的替換。

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  li = [1, 2, 3, 4]
  ​
  # 不同位置的替換
  li[:3] = [7,8,9] # [7, 8, 9, 4]
  li[3:] = [5,6,7] # [7, 8, 9, 5, 6, 7]
  li[2:4] = ['a','b'] # [7, 8, 'a', 'b', 6, 7]
  ​
  # 非等長替換
  li[2:4] = [1,2,3,4] # [7, 8, 1, 2, 3, 4, 6, 7]
  li[2:6] = ['a']  # [7, 8, 'a', 6, 7]
  ​
  # 刪除元素
  del li[2:3] # [7, 8, 6, 7]

切片佔位符可以帶步長,從而實現連續跨越性的替換或刪除效果。需要注意的是,這種用法只支持等長替換。

  li = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
  ​
  li[::2] = ['a','b','c'] # ['a', 2, 'b', 4, 'c', 6]
  li[::2] = [0]*3 # [0, 2, 0, 4, 0, 6]
  li[::2] = ['w'] # 報錯,attempt to assign sequence of size 1 to extended slice of size 3
  ​
  del li[::2] # [2, 4, 6]

4、更多思考

其它編程語言是否有類似於 Python 的切片操作呢?有什麼差異?

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