前言
学习任何一门编程语言,代码的示例都必不可少,对于每一门编程语言来说,数据结构都是其根基,了解掌握Python的基本数据结构对于学好这门语言来说至关重要。
什么是列表和元组
其实列表和元组都是一个可以放置任意数据类型的有序集合。在绝大多数编程语言当中,集合的数据类型必须一致,不过对于Python的列表和元组来说并无此要求。
列表和元组的区别
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)。
下面的例子中,我们分别创建了一个列表与元组。你可以看到,对于列表,我们可以很轻松地让其最后一个元素,由 4 变为 40;但是,如果你对元组采取相同的操作,Python 就会报错,原因就是元组是不可变的。
如果想改变元组,需要重新开辟一个新的内存,创建新的元组了。例如上面的例子,我们如果想增加元素5给元组,实际上是创建了一个新的元组,然后把原来的两个元组的值依次填充进去。而对于列表来说,由于其是动态的,我们可以直接在列表末尾添加对应的元素。这样的结果是指改变了原来的元组值,但是不会创建新的列表。
列表和元组的基本操作和注意事项
1、python中的列表和元组都支持负数索引,-1代表最后一个元素,-2代表倒数第二个元素,依次类推。
2、除了基本的初始化,索引外,列表和元组都支持切片操作。
3、另外,列表和元组都可以随意嵌套。
4、当然,两者也可以通过list()与tuple()进行互换。
列表和元组常用的内置函数:
简单解释一下这几个函数的含义。
count(item) 表示统计列表 / 元组中 item 出现的次数。
index(item) 表示返回列表 / 元组中 item 第一次出现的索引。
list.reverse() 和 list.sort() 分别表示原地倒转列表和排序(注意,元组没有内置的这两个函数)。
reversed() 和 sorted() 同样表示对列表 / 元组进行倒转和排序,但是会返回一个倒转后或者排好序的新的列表 / 元组。
列表和元组存储方式的差异
列表和元组最重要的区别就是,列表是动态的、可变的,而元组是静态的、不可变的。这样的差异,势必会影响两者存储方式。我们可以来看下面的例子:
对列表和元组,放置相同的元素,但是元组的存储空间,却比列表要少 16 字节。这是为什么呢?
事实上,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。
上面的例子,大概描述了列表空间分配的过程。我们看到,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)。
但是对于元组,情况就不同了。元组长度大小固定,元素不可变,所以存储空间固定。
如果列表和元组存储的元素的个数是一个亿,十亿或者更大的数量级,这样的差异就不能忽略。
列表和元组的性能差异
由于垃圾回收机制的存在,如果一些变量不被使用,python就会回首他们所占的内存,返还给操作系统,以供其他变量或者其他应用使用。但是,python在后台对于静态数据会做一些资源缓存(resource caching),对于一些静态变量,比如元组,如果他不被使用并且占用空间不大时,python会暂时缓存这部分内存。这样下次我们再创建同样大小的元组时,python就不用再向操作系统发出请求,去寻找内存,而是直接分配之前缓存的内存空间,这样就可以加快程序的运行速度。
元组的初始化速度要比列表快5倍,但如果是索引操作,两者的速度差别很小,几乎忽略不计。当然,如果想增加、删减还是要靠列表,因为对于元组还需要再重建。
列表和元组的使用场景
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,然后直接传给前段渲染,那么肯定选用元组合适。
2、如果存储的数据或者是数量是可变的,比如社交平台上的一个日志功能,时统计一个用户一周之内看了哪些用户的帖子,那么用列表更加合适。
总结:
关于列表和元组,我们今天聊了很多,最后一起总结一下你必须掌握的内容。
总的来说,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。
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。
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。元组相对于列表更加轻量级,性能稍优。