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[巴西］ Luciano Ramalho 著

安道　吴珂 译

目录

前言 ....................................................................................................................................................... xvii

第一部分　序幕

第 1 章　Python 数据模型 ................................................................................................................. 2

1.1　一摞 Python 风格的纸牌 ............................................................................................................ 3

1.2　如何使用特殊方法 ..................................................................................................................... 6

1.2.1　模拟数值类型 ................................................................................................................ 7

1.2.2　字符串表示形式 ............................................................................................................ 9

1.2.3　算术运算符 .................................................................................................................. 10

1.2.4　自定义的布尔值 .......................................................................................................... 10

1.3　特殊方法一览 ........................................................................................................................... 10

1.4　为什么 len 不是普通方法 ....................................................................................................... 12

1.5　本章小结 ................................................................................................................................... 12

1.6　延伸阅读 ................................................................................................................................... 13

第二部分　数据结构

第 2 章　序列构成的数组 ................................................................................................................ 16

2.1　内置序列类型概览 ................................................................................................................... 17

2.2　列表推导和生成器表达式 ....................................................................................................... 18

2.2.1　列表推导和可读性 ...................................................................................................... 18

2.2.2　列表推导同 filter 和 map 的比较 ............................................................................. 20

viii ｜ 目录

2.2.3　笛卡儿积 ...................................................................................................................... 20

2.2.4　生成器表达式 .............................................................................................................. 21

2.3　元组不仅仅是不可变的列表 ................................................................................................... 22

2.3.1　元组和记录 .................................................................................................................. 23

2.3.2　元组拆包 ...................................................................................................................... 23

2.3.3　嵌套元组拆包 .............................................................................................................. 25

2.3.4　具名元组 ...................................................................................................................... 26

2.3.5　作为不可变列表的元组 .............................................................................................. 27

2.4　切片 ........................................................................................................................................... 28

2.4.1　为什么切片和区间会忽略最后一个元素 .................................................................. 28

2.4.2　对对象进行切片 .......................................................................................................... 29

2.4.3　多维切片和省略 .......................................................................................................... 30

2.4.4　给切片赋值 .................................................................................................................. 31

2.5　对序列使用 + 和 * .................................................................................................................... 31

2.6　序列的增量赋值 ....................................................................................................................... 33

2.7　 list.sort 方法和内置函数 sorted ........................................................................................ 36

2.8　用 bisect 来管理已排序的序列 ............................................................................................. 37

2.8.1　用 bisect 来搜索 ......................................................................................................... 38

2.8.2　用 bisect.insort 插入新元素 ................................................................................... 40

2.9　当列表不是首选时 ................................................................................................................... 41

2.9.1　数组 .............................................................................................................................. 41

2.9.2　内存视图 ...................................................................................................................... 44

2.9.3　NumPy 和 SciPy ........................................................................................................... 45

2.9.4　双向队列和其他形式的队列 ...................................................................................... 47

2.10　本章小结 ................................................................................................................................. 49

2.11　延伸阅读 ................................................................................................................................. 50

第 3 章　字典和集合 ......................................................................................................................... 54

3.1　泛映射类型 ............................................................................................................................... 54

3.2　字典推导 ................................................................................................................................... 56

3.3　常见的映射方法 ....................................................................................................................... 57

3.4　映射的弹性键查询 ................................................................................................................... 61

3.4.1　 defaultdict ：处理找不到的键的一个选择 ............................................................. 61

3.4.2　特殊方法 __missing__ ................................................................................................ 62

3.5　字典的变种 ............................................................................................................................... 65

3.6　子类化 UserDict ...................................................................................................................... 65

3.7　不可变映射类型 ....................................................................................................................... 67

3.8　集合论 ....................................................................................................................................... 68

目录 ｜

ix

3.8.1　集合字面量 .................................................................................................................. 69

3.8.2　集合推导 ...................................................................................................................... 71

3.8.3　集合的操作 .................................................................................................................. 71

3.9　 dict 和 set 的背后 .................................................................................................................. 73

3.9.1　一个关于效率的实验 .................................................................................................. 74

3.9.2　字典中的散列表 .......................................................................................................... 75

3.9.3　 dict 的实现及其导致的结果 ...................................................................................... 78

3.9.4　 set 的实现以及导致的结果 ........................................................................................ 80

3.10　本章小结 ................................................................................................................................. 80

3.11　延伸阅读 ................................................................................................................................. 81

第 4 章　文本和字节序列 ................................................................................................................ 83

4.1　字符问题 ................................................................................................................................... 84

4.2　字节概要 ................................................................................................................................... 85

4.3　基本的编解码器 ....................................................................................................................... 88

4.4　了解编解码问题 ....................................................................................................................... 89

4.4.1　处理 UnicodeEncodeError ........................................................................................... 90

4.4.2　处理 UnicodeDecodeError ........................................................................................... 90

4.4.3　使用预期之外的编码加载模块时抛出的 SyntaxError ............................................ 91

4.4.4　如何找出字节序列的编码 .......................................................................................... 92

4.4.5　BOM：有用的鬼符 ..................................................................................................... 93

4.5　处理文本文件 ........................................................................................................................... 94

4.6　为了正确比较而规范化 Unicode 字符串 ............................................................................... 99

4.6.1　大小写折叠 ................................................................................................................ 101

4.6.2　规范化文本匹配实用函数 ........................................................................................ 102

4.6.3　极端“规范化”：去掉变音符号 ............................................................................. 103

4.7　Unicode 文本排序 .................................................................................................................. 105

4.8　Unicode 数据库 ...................................................................................................................... 108

4.9　支持字符串和字节序列的双模式 API ................................................................................. 109

4.9.1　正则表达式中的字符串和字节序列 ........................................................................ 109

4.9.2　 os 函数中的字符串和字节序列 ................................................................................ 111

4.10　本章小结 ............................................................................................................................... 112

4.11　延伸阅读 ............................................................................................................................... 113

第三部分　把函数视作对象

第 5 章　一等函数 ............................................................................................................................ 118

5.1　把函数视作对象 ..................................................................................................................... 119

x ｜ 目录

5.2　高阶函数 ................................................................................................................................. 120

5.3　匿名函数 ................................................................................................................................. 122

5.4　可调用对象 ............................................................................................................................. 122

5.5　用户定义的可调用类型 ......................................................................................................... 123

5.6　函数内省 ................................................................................................................................. 124

5.7　从定位参数到仅限关键字参数 ............................................................................................. 126

5.8　获取关于参数的信息 ............................................................................................................. 127

5.9　函数注解 ................................................................................................................................. 131

5.10　支持函数式编程的包 ........................................................................................................... 132

5.10.1　 operator 模块 ......................................................................................................... 132

5.10.2　使用 functools.partial 冻结参数 ...................................................................... 135

5.11　本章小结 ............................................................................................................................... 137

5.12　延伸阅读 ............................................................................................................................... 137

第 6 章　使用一等函数实现设计模式 ........................................................................................ 141

6.1　案例分析：重构“策略”模式 ............................................................................................. 142

6.1.1　经典的“策略”模式 ................................................................................................ 142

6.1.2　使用函数实现“策略”模式 .................................................................................... 145

6.1.3　选择最佳策略：简单的方式 .................................................................................... 148

6.1.4　找出模块中的全部策略 ............................................................................................ 149

6.2　“命令”模式 ........................................................................................................................... 150

6.3　本章小结 ................................................................................................................................. 151

6.4　延伸阅读 ................................................................................................................................. 152

第 7 章　函数装饰器和闭包 .......................................................................................................... 154

7.1　装饰器基础知识 ..................................................................................................................... 155

7.2　Python 何时执行装饰器 ......................................................................................................... 156

7.3　使用装饰器改进“策略”模式 ............................................................................................. 157

7.4　变量作用域规则 ..................................................................................................................... 159

7.5　闭包 ......................................................................................................................................... 161

7.6　 nonlocal 声明 ........................................................................................................................ 164

7.7　实现一个简单的装饰器 ......................................................................................................... 165

7.8　标准库中的装饰器 ................................................................................................................. 168

7.8.1　使用 functools.lru_cache 做备忘 .......................................................................... 168

7.8.2　单分派泛函数 ............................................................................................................ 170

7.9　叠放装饰器 ............................................................................................................................. 172

7.10　参数化装饰器 ....................................................................................................................... 173

7.10.1　一个参数化的注册装饰器 ..................................................................................... 173

7.10.2　参数化 clock 装饰器 ............................................................................................. 175

目录 ｜

xi

7.11　本章小结 ............................................................................................................................... 177

7.12　延伸阅读 ............................................................................................................................... 178

第四部分　面向对象惯用法

第 8 章　对象引用、可变性和垃圾回收 .................................................................................... 182

8.1　变量不是盒子 ......................................................................................................................... 183

8.2　标识、相等性和别名 ............................................................................................................. 184

8.2.1　在 == 和 is 之间选择 ................................................................................................. 185

8.2.2　元组的相对不可变性 ................................................................................................ 186

8.3　默认做浅复制 ......................................................................................................................... 187

8.4　函数的参数作为引用时 ......................................................................................................... 190

8.4.1　不要使用可变类型作为参数的默认值 .................................................................... 191

8.4.2　防御可变参数 ............................................................................................................ 193

8.5　 del 和垃圾回收 ...................................................................................................................... 195

8.6　弱引用 ..................................................................................................................................... 196

8.6.1　 WeakValueDictionary 简介 ....................................................................................... 197

8.6.2　弱引用的局限 ............................................................................................................ 199

8.7　Python 对不可变类型施加的把戏 ......................................................................................... 199

8.8　本章小结 ................................................................................................................................. 201

8.9　延伸阅读 ................................................................................................................................. 201

第 9 章　符合 Python 风格的对象 .............................................................................................. 205

9.1　对象表示形式 ......................................................................................................................... 206

9.2　再谈向量类 ............................................................................................................................. 206

9.3　备选构造方法 ......................................................................................................................... 208

9.4　 classmethod 与 staticmethod ............................................................................................... 209

9.5　格式化显示 ............................................................................................................................. 210

9.6　可散列的 Vector2d ................................................................................................................ 213

9.7　Python 的私有属性和“受保护的”属性 ............................................................................. 218

9.8　使用 __slots__ 类属性节省空间 .......................................................................................... 220

9.9　覆盖类属性 ............................................................................................................................. 222

9.10　本章小结 ............................................................................................................................... 224

9.11　延伸阅读 ............................................................................................................................... 225

第 10 章　序列的修改、散列和切片 .......................................................................................... 229

10.1　 Vector 类：用户定义的序列类型 ...................................................................................... 230

10.2　 Vector 类第 1 版：与 Vector2d 类兼容 ............................................................................. 230

xii ｜ 目录

10.3　协议和鸭子类型 ................................................................................................................... 232

10.4　 Vector 类第 2 版：可切片的序列 ...................................................................................... 233

10.4.1　切片原理 ................................................................................................................. 234

10.4.2　能处理切片的 __getitem__ 方法 .......................................................................... 236

10.5　 Vector 类第 3 版：动态存取属性 ...................................................................................... 237

10.6　 Vector 类第 4 版：散列和快速等值测试 .......................................................................... 240

10.7　 Vector 类第 5 版：格式化 .................................................................................................. 244

10.8　本章小结 ............................................................................................................................... 251

10.9　延伸阅读 ............................................................................................................................... 251

第 11 章　接口：从协议到抽象基类 .......................................................................................... 256

11.1　Python 文化中的接口和协议 ............................................................................................... 257

11.2　Python 喜欢序列 ................................................................................................................... 258

11.3　使用猴子补丁在运行时实现协议 ....................................................................................... 260

11.4　Alex Martelli 的水禽 ............................................................................................................ 262

11.5　定义抽象基类的子类 ........................................................................................................... 266

11.6　标准库中的抽象基类 ........................................................................................................... 267

11.6.1　 collections.abc 模块中的抽象基类 ................................................................... 267

11.6.2　抽象基类的数字塔 ................................................................................................. 269

11.7　定义并使用一个抽象基类 ................................................................................................... 270

11.7.1　抽象基类句法详解 ................................................................................................. 273

11.7.2　定义 Tombola 抽象基类的子类 .............................................................................. 274

11.7.3　 Tombola 的虚拟子类 ............................................................................................... 276

11.8　 Tombola 子类的测试方法 .................................................................................................... 278

11.9　Python 使用 register 的方式 ............................................................................................. 281

11.10　鹅的行为有可能像鸭子 ..................................................................................................... 281

11.11　本章小结 ............................................................................................................................. 283

11.12　延伸阅读 ............................................................................................................................. 284

第 12 章　继承的优缺点 ................................................................................................................ 289

12.1　子类化内置类型很麻烦 ....................................................................................................... 289

12.2　多重继承和方法解析顺序 ................................................................................................... 292

12.3　多重继承的真实应用 ........................................................................................................... 296

12.4　处理多重继承 ....................................................................................................................... 298

12.5　一个现代示例：Django 通用视图中的混入 ...................................................................... 301

12.6　本章小结 ............................................................................................................................... 304

12.7　延伸阅读 ............................................................................................................................... 304

目录 ｜ xiii

第 13 章　正确重载运算符 ............................................................................................................ 307

13.1　运算符重载基础 ................................................................................................................... 308

13.2　一元运算符 ........................................................................................................................... 308

13.3　重载向量加法运算符 + ........................................................................................................ 310

13.4　重载标量乘法运算符 * ........................................................................................................ 315

13.5　众多比较运算符 ................................................................................................................... 318

13.6　增量赋值运算符 ................................................................................................................... 321

13.7　本章小结 ............................................................................................................................... 325

13.8　延伸阅读 ............................................................................................................................... 326

第五部分　控制流程

第 14 章　可迭代的对象、迭代器和生成器 ............................................................................. 330

14.1　 Sentence 类第 1 版：单词序列 .......................................................................................... 331

14.2　可迭代的对象与迭代器的对比 ........................................................................................... 334

14.3　 Sentence 类第 2 版：典型的迭代器 .................................................................................. 337

14.4　 Sentence 类第 3 版：生成器函数 ...................................................................................... 339

14.5　 Sentence 类第 4 版：惰性实现 .......................................................................................... 343

14.6　 Sentence 类第 5 版：生成器表达式 .................................................................................. 344

14.7　何时使用生成器表达式 ....................................................................................................... 345

14.8　另一个示例：等差数列生成器 ........................................................................................... 346

14.9　标准库中的生成器函数 ....................................................................................................... 349

14.10　Python 3.3 中新出现的句法： yield from ....................................................................... 357

14.11　可迭代的归约函数 ............................................................................................................. 358

14.12　深入分析 iter 函数 ........................................................................................................... 359

14.13　案例分析：在数据库转换工具中使用生成器 ................................................................. 360

14.14　把生成器当成协程 ............................................................................................................. 362

14.15　本章小结 ............................................................................................................................. 362

14.16　延伸阅读 ............................................................................................................................. 363

第 15 章　上下文管理器和 else 块 ............................................................................................. 368

15.1　先做这个，再做那个： if 语句之外的 else 块 ................................................................ 369

15.2　上下文管理器和 with 块 ..................................................................................................... 370

15.3　 contextlib 模块中的实用工具 ........................................................................................... 374

15.4　使用 @contextmanager ......................................................................................................... 375

15.5　本章小结 ............................................................................................................................... 378

15.6　延伸阅读 ............................................................................................................................... 378

xiv ｜ 目录

第 16 章　协程 .................................................................................................................................. 381

16.1　生成器如何进化成协程 ....................................................................................................... 382

16.2　用作协程的生成器的基本行为 ........................................................................................... 382

16.3　示例：使用协程计算移动平均值 ....................................................................................... 385

16.4　预激协程的装饰器 ............................................................................................................... 386

16.5　终止协程和异常处理 ........................................................................................................... 388

16.6　让协程返回值 ....................................................................................................................... 391

16.7　使用 yield from ................................................................................................................... 393

16.8　 yield from 的意义 ............................................................................................................... 398

16.9　使用案例：使用协程做离散事件仿真 ............................................................................... 403

16.9.1　离散事件仿真简介 ................................................................................................. 403

16.9.2　出租车队运营仿真 ................................................................................................. 404

16.10　本章小结 ............................................................................................................................. 410

16.11　延伸阅读 ............................................................................................................................. 411

第 17 章　使用期物处理并发 ....................................................................................................... 416

17.1　示例：网络下载的三种风格 ............................................................................................... 416

17.1.1　依序下载的脚本 ..................................................................................................... 418

17.1.2　使用 concurrent.futures 模块下载 .................................................................... 420

17.1.3　期物在哪里 ............................................................................................................. 421

17.2　阻塞型 I/O 和 GIL ................................................................................................................ 424

17.3　使用 concurrent.futures 模块启动进程 .......................................................................... 424

17.4　实验 Executor.map 方法 ...................................................................................................... 426

17.5　显示下载进度并处理错误 ................................................................................................... 429

17.5.1　 flags2 系列示例处理错误的方式 ........................................................................ 433

17.5.2　使用 futures.as_completed 函数 ........................................................................ 435

17.5.3　线程和多进程的替代方案 ..................................................................................... 437

17.6　本章小结 ............................................................................................................................... 437

17.7　延伸阅读 ............................................................................................................................... 438

第 18 章　使用 asyncio 包处理并发 ........................................................................................... 442

18.1　线程与协程对比 ................................................................................................................... 443

18.1.1　 asyncio.Future ：故意不阻塞 .............................................................................. 448

18.1.2　从期物、任务和协程中产出 ................................................................................. 449

18.2　使用 asyncio 和 aiohttp 包下载 ........................................................................................ 450

18.3　避免阻塞型调用 ................................................................................................................... 454

18.4　改进 asyncio 下载脚本 ....................................................................................................... 456

18.4.1　使用 asyncio.as_completed 函数 ........................................................................ 456

目录 ｜

xv

18.4.2　使用 Executor 对象，防止阻塞事件循环 ............................................................ 461

18.5　从回调到期物和协程 ........................................................................................................... 462

18.6　使用 asyncio 包编写服务器 ............................................................................................... 466

18.6.1　使用 asyncio 包编写 TCP 服务器 ........................................................................ 467

18.6.2　使用 aiohttp 包编写 Web 服务器 ........................................................................ 471

18.6.3　更好地支持并发的智能客户端 ............................................................................. 474

18.7　本章小结 ............................................................................................................................... 475

18.8　延伸阅读 ............................................................................................................................... 476

第六部分　元编程

第 19 章　动态属性和特性 ............................................................................................................ 482

19.1　使用动态属性转换数据 ....................................................................................................... 483

19.1.1　使用动态属性访问 JSON 类数据 ......................................................................... 485

19.1.2　处理无效属性名 ..................................................................................................... 487

19.1.3　使用 __new__ 方法以灵活的方式创建对象 ......................................................... 488

19.1.4　使用 shelve 模块调整 OSCON 数据源的结构 .................................................... 490

19.1.5　使用特性获取链接的记录 ..................................................................................... 493

19.2　使用特性验证属性 ............................................................................................................... 498

19.2.1　 LineItem 类第 1 版：表示订单中商品的类 ......................................................... 498

19.2.2　 LineItem 类第 2 版：能验证值的特性 ................................................................. 499

19.3　特性全解析 ........................................................................................................................... 500

19.3.1　特性会覆盖实例属性 ............................................................................................. 501

19.3.2　特性的文档 ............................................................................................................. 503

19.4　定义一个特性工厂函数 ....................................................................................................... 504

19.5　处理属性删除操作 ............................................................................................................... 506

19.6　处理属性的重要属性和函数 ............................................................................................... 507

19.6.1　影响属性处理方式的特殊属性 ............................................................................. 507

19.6.2　处理属性的内置函数 ............................................................................................. 508

19.6.3　处理属性的特殊方法 ............................................................................................. 509

19.7　本章小结 ............................................................................................................................... 510

19.8　延伸阅读 ............................................................................................................................... 510

第 20 章　属性描述符 ..................................................................................................................... 514

20.1　描述符示例：验证属性 ....................................................................................................... 514

20.1.1　 LineItem 类第 3 版：一个简单的描述符 ............................................................. 515

20.1.2　 LineItem 类第 4 版：自动获取储存属性的名称 ................................................. 519

20.1.3　 LineItem 类第 5 版：一种新型描述符 ................................................................. 524

xvi ｜ 目录

20.2　覆盖型与非覆盖型描述符对比 ........................................................................................... 526

20.2.1　覆盖型描述符 ......................................................................................................... 528

20.2.2　没有 __get__ 方法的覆盖型描述符 ..................................................................... 529

20.2.3　非覆盖型描述符 ..................................................................................................... 530

20.2.4　在类中覆盖描述符 ................................................................................................. 531

20.3　方法是描述符 ....................................................................................................................... 531

20.4　描述符用法建议 ................................................................................................................... 533

20.5　描述符的文档字符串和覆盖删除操作 ............................................................................... 534

20.6　本章小结 ............................................................................................................................... 535

20.7　延伸阅读 ............................................................................................................................... 536

第 21 章　类元编程 ......................................................................................................................... 538

21.1　类工厂函数 ........................................................................................................................... 539

21.2　定制描述符的类装饰器 ....................................................................................................... 541

21.3　导入时和运行时比较 ........................................................................................................... 543

21.4　元类基础知识 ....................................................................................................................... 547

21.5　定制描述符的元类 ............................................................................................................... 552

21.6　元类的特殊方法 __prepare__ ............................................................................................. 554

21.7　类作为对象 ........................................................................................................................... 556

21.8　本章小结 ............................................................................................................................... 557

21.9　延伸阅读 ............................................................................................................................... 557

结语 ....................................................................................................................................................... 560

附录 A　辅助脚本 ............................................................................................................................ 563

Python 术语表 ................................................................................................................................... 588

作者简介 .............................................................................................................................................. 600