Python高能小技巧：用海象操作符减少重复代码

上一篇 / 下一篇  2021-04-06 10:44:24

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　　a = b是一条普通的赋值语句，读作a equals b，而a := b则是赋值表达式，读作a walrus b。这个符号为什么叫walrus呢?因为把:=顺时针旋转90°之后，冒号就是海象的一双眼睛，等号就是它的一对獠牙。
　　这种表达式很有用，可以在普通的赋值语句无法应用的场合实现赋值，例如可以用在条件表达式的if语句里面。赋值表达式的值，就是赋给海象操作符左侧那个标识符的值。
　　举个例子。如果有一筐新鲜水果要给果汁店做食材，那我们就可以这样定义其中的内容：
　　fresh_fruit = { 
　　    'apple': 10, 
　　    'banana': 8, 
　　    'lemon': 5, 
　　} 
　　顾客点柠檬汁之前，我们先得确认现在还有没有柠檬可以榨汁。所以，要先查出柠檬的数量，然后用if语句判断它是不是非零的值。
　　def make_lemonade(count): 
　　    print(f'Making {count} lemons into lemonade') 
　　 
　　def out_of_stock(): 
　　    print('Out of stock!') 
　　 
　　count = fresh_fruit.get('lemon', 0) 
　　if count: 
　　    make_lemonade(count) 
　　else: 
　　    out_of_stock()
　　这段代码看上去虽然简单，但还是显得有点儿松散，因为count变量虽然定义在整个if/else结构之上，然而只有if语句才会用到它，else块根本就不需要使用这个变量。所以，这种写法让人误以为count是个重要的变量，if和else都要用到它，但实际上并非如此。
　　我们在Python里面经常要先获取某个值，然后判断它是否非零，如果是就执行某段代码。对于这种用法，我们以前总是要通过各种技巧，来避免count这样的变量重复出现在代码之中，这些技巧有时会让代码变得比较难懂。Python引入赋值表达式正是为了解决这样的问题。下面改用海象操作符来写：
　　if count := fresh_fruit.get('lemon', 0): 
　　    make_lemonade(count) 
　　else: 
　　    out_of_stock()
　　新代码虽然只省了一行，但读起来却清晰很多，因为这种写法明确体现出count变量只与if块有关。这个赋值表达式先把:=右边的值赋给左边的count变量，然后对自身求值，也就是把变量的值当成整个表达式的值。
　　由于表达式紧跟着if，程序会根据它的值是否非零来决定该不该执行if块。这种先赋值再判断的做法，正是海象操作符想要表达的意思。
　　柠檬汁效力强，所以只需要一颗柠檬就能做完这份订单，这意味着程序只需判断非零即可。如果客人点的是苹果汁，那就至少得用四个苹果才行。按照传统的写法，要先从fresh_fruit这个字典里面查出苹果(apple)的数量(count)，然后在if语句里，根据这个数量构造条件表达式(count >= 4)。
　　def make_cider(count): 
　　    print(f'Making cider with {count} apples') 
　　 
　　count = fresh_fruit.get('apple', 0) 
　　if count >= 4: 
　　    make_cider(count) 
　　else: 
　　    out_of_stock() 
　　这段代码与刚才那个柠檬汁的例子一样，也过分突出了count变量的意义。下面改用海象操作符，把代码写得更清晰一些。
　　if (count := fresh_fruit.get('apple', 0)) >= 4: 
　　    make_cider(count) 
　　else: 
　　    out_of_stock() 
　　与刚才那个例子一样，修改之后的代码也比原来少了一行。但是这次，我们还要注意另外一个现象：赋值表达式本身是放在一对括号里面的。为什么要这样做呢?因为我们要在if语句里面把这个表达式的结果跟4这个值相比较。
　　刚才柠檬汁的例子没有加括号，因为那时只凭赋值表达式本身的值就能决定if/else的走向：只要表达式的值不是0，程序就进入if分支。但是这次不行，这次要把这个赋值表达式放在更大的表达式里面，所以必须用括号把它括起来。当然，在没有必要加括号的情况下，还是尽量别加括号比较好。
　　还有一种类似的逻辑也会出现刚才说的重复代码，这指的是：我们要根据情况给某个变量赋予不同的值，紧接着要用这个变量做参数来调用某个函数。
　　例如，若顾客要点香蕉冰沙，那我们首先得把香蕉切成好几份，然后用其中的两份来制作这道冰沙。如果不够两份，那就抛出香蕉不足(OutOfBananas)异常。下面用传统的写法实现这种逻辑：
　　def slice_bananas(count): 
　　    print(f'Slicing {count} bananas') 
　　    return count * 4 
　　 
　　class OutOfBananas(Exception): 
　　    pass 
　　 
　　def make_smoothies(count): 
　　    print(f'Making a smoothies with {count} banana slices') 
　　 
　　pieces = 0 
　　count = fresh_fruit.get('banana', 0) 
　　if count >= 2: 
　　    pieces = slice_bananas(count) 
　　 
　　try: 
　　    smoothies = make_smoothies(pieces) 
　　except OutOfBananas: 
　　    out_of_stock() 
　　还有一种传统的写法也很常见，就是把if/else结构上方那条pieces = 0的赋值语句移动到else块中。
　　count = fresh_fruit.get('banana', 0) 
　　if count >= 2: 
　　    pieces = slice_bananas(count) 
　　else: 
　　    pieces = 0 
　　 
　　try: 
　　    smoothies = make_smoothies(pieces) 
　　except OutOfBananas: 
　　    out_of_stock() 
　　这种写法看上去稍微有点儿怪，因为if与else这两个分支都给pieces变量定义了初始值。根据Python的作用域规则，这种分别定义变量初始值的写法是成立的。虽说成立，但这样写看起来比较别扭，所以很多人喜欢用第一种写法，也就是在进入if/else结构之前，先把pieces的初始值给设置好。
　　改用海象操作符来实现，可以少写一行代码，而且能够压低count变量的地位，让它只出现在if块里，这样我们就能更清楚地意识到pieces变量才是整段代码的重点。
　　pieces = 0 
　　if (count := fresh_fruit.get('banana', 0)) >= 2: 
　　    pieces = slice_bananas(count) 
　　 
　　try: 
　　    smoothies = make_smoothies(pieces) 
　　except OutOfBananas: 
　　    out_of_stock() 
　　对于在if与else分支里面分别定义pieces变量的写法来说，海象操作符也能让代码变得清晰，因为这次不用再把count变量放到整个if/else块的上方了。
　　if (count := fresh_fruit.get('banana', 0)) >= 2: 
　　    pieces = slice_bananas(count) 
　　else: 
　　    pieces = 0 
　　 
　　try: 
　　    smoothies = make_smoothies(pieces) 
　　except OutOfBananas: 
　　    out_of_stock() 
　　Python新手经常会遇到这样一种困难，就是找不到好办法来实现switch/case结构。最接近这种结构的做法是在if/else结构里面继续嵌套if/else结构，或者使用if/elif/else结构。
　　例如，我们想按照一定的顺序自动给客人制作饮品，这样就不用点餐了。下面这段逻辑先判断能不能做香蕉冰沙，如果不能，就做苹果汁，还不行，就做柠檬汁：
　　count = fresh_fruit.get('banana', 0) 
　　if count >= 2: 
　　    pieces = slice_bananas(count) 
　　    to_enjoy = make_smoothies(pieces) 
　　else: 
　　    count = fresh_fruit.get('apple', 0) 
　　    if count >= 4: 
　　        to_enjoy = make_cider(count) 
　　    else: 
　　        count = fresh_fruit.get('lemon', 0) 
　　        if count: 
　　            to_enjoy = make_lemonade(count) 
　　        else: 
　　            to_enjoy = 'Nothing'
　　这种难看的写法其实在Python代码里特别常见。幸好现在有了海象操作符，让我们能够轻松地模拟出很接近switch/case的方案。
　　if (count := fresh_fruit.get('banana', 0)) >= 2: 
　　    pieces = slice_bananas(count) 
　　    to_enjoy = make_smoothies(pieces) 
　　elif (count := fresh_fruit.get('apple', 0)) >= 4: 
　　    to_enjoy = make_cider(count) 
　　elif count := fresh_fruit.get('lemon', 0): 
　　    to_enjoy = make_lemonade(count) 
　　else: 
　　    to_enjoy = 'Nothing'
　　这个版本只比原来短五行，但是看起来却清晰得多，因为嵌套深度与缩进层数都变少了。只要碰到刚才那种难看的结构，我们就应该考虑能不能改用海象操作符来写。
　　Python新手还会遇到一个困难，就是缺少do/while循环结构。例如，我们要把新来的水果做成果汁并且装到瓶子里面，直到水果用完为止。下面先用普通的while循环来实现：
　　FRUIT_TO_PICK = [ 
　　    {'apple': 1, 'banana': 3}, 
　　    {'lemon': 2, 'lime': 5}, 
　　    {'orange': 3, 'melon': 2}, 
　　] 
　　 
　　def pick_fruit(): 
　　    if FRUIT_TO_PICK: 
　　        return FRUIT_TO_PICK.pop(0) 
　　    else: 
　　        return [] 
　　 
　　def make_juice(fruit, count): 
　　    return [(fruit, count)] 
　　 
　　bottles = [] 
　　fresh_fruit = pick_fruit() 
　　while fresh_fruit: 
　　    for fruit, count in fresh_fruit.items(): 
　　        batch = make_juice(fruit, count) 
　　        bottles.extend(batch) 
　　    fresh_fruit = pick_fruit() 
　　 
　　print(bottles)
　　这种写法必须把fresh_fruit = pick_fruit()写两次，第一次是在进入while循环之前，因为我们要给fresh_fruit设定初始值，第二次是在while循环体的末尾，因为我们得把下一轮需要处理的水果列表填充到fresh_fruit里面。
　　如果想复用这行代码，可以考虑loop-and-a-half 模式。这个模式虽然能消除重复，但是会让while循环看起来很笨，因为它成了无限循环，程序只能通过break语句跳出这个循环。
　　FRUIT_TO_PICK = [ 
　　    {'apple': 1, 'banana': 3}, 
　　    {'lemon': 2, 'lime': 5}, 
　　    {'orange': 3, 'melon': 2}, 
　　] 
　　 
　　bottles = [] 
　　while True:                     # Loop 
　　    fresh_fruit = pick_fruit() 
　　    if not fresh_fruit:         # And a half 
　　        break 
　　    for fruit, count in fresh_fruit.items(): 
　　        batch = make_juice(fruit, count) 
　　        bottles.extend(batch) 
　　 
　　print(bottles) 
　　有了海象操作符，就不需要使用loop-and-a-half模式了，我们可以在每轮循环的开头给fresh_fruit变量赋值，并根据变量的值来决定要不要继续循环。这个写法简单易读，所以应该成为首选方案。
　　FRUIT_TO_PICK = [ 
　　    {'apple': 1, 'banana': 3}, 
　　    {'lemon': 2, 'lime': 5}, 
　　    {'orange': 3, 'melon': 2}, 
　　] 
　　 
　　bottles = [] 
　　while fresh_fruit := pick_fruit(): 
　　    for fruit, count in fresh_fruit.items(): 
　　        batch = make_juice(fruit, count) 
　　        bottles.extend(batch) 
　　 
　　print(bottles) 
　　在其他一些场合，赋值表达式也能缩减重复代码。总之，如果某个表达式或赋值操作多次出现在一组代码里面，那就可以考虑用赋值表达式把这段代码改得简单一些。
　　要点
　　· 赋值表达式通过海象操作符(:=)给变量赋值，并且让这个值成为这条表达式的结果，于是，我们可以利用这项特性来缩减代码。
　　· 如果赋值表达式是大表达式里的一部分，就得用一对括号把它括起来。
　　· 虽说Python不支持switch/case与do/while结构，但可以利用赋值表达式清晰地模拟出这种逻辑。

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TAG: 软件开发 Python

 

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