Python 爲何能支持任意的真值判斷？

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Python 在涉及真值判斷（Truth Value Testing）時，語法很簡便。

好比，在判斷某個對象是否不爲 None 時，或者判斷容器對象是否不爲空時，並不須要顯示地寫出判斷條件，只須要在 if 或 while 關鍵字後面直接寫上該對象便可。

下圖以列表爲例，if my_list 這個簡短的寫法能夠表達出兩層意思：

若是須要做出相反的判斷，即「若是爲 None 或爲空」，只須要寫成if not my_list 便可。

不同凡響的真值判斷方式

一般而言，當一個值自己是布爾類型時，寫成"if xxx"（若是真），在語義上就很好理解。若是 xxx 自己不是布爾類型時，寫成「if xxx」（若是某東西），則在語義上並很差理解。

在 C/C++/Java 之類的靜態語言中，一般要先基於 xxx 做一個比較操做，好比「if (xxx == null)」，以此獲得一個布爾類型的值的結果，而後再進行真值判斷。不然的話，若「if xxx」中有非布爾類型的值，則會報類型錯誤。

Python 這門動態語言在這種場景中表現出了一種靈活性，那麼，咱們的問題來了：爲何 Python 不須要先作一次比較操做，直接就能對任意對象做真值判斷呢？

先來看看文檔 中對真值判斷的描述：

簡單而言，Python 的任何對象均可以用在 if 或 while 或布爾操做（and、or、not）中，默認狀況下認爲它是 true，除非它有__bool__() 方法返回False 或者有__len__() 方法返回0 。

對於前面的例子，my_list 沒有__bool__() 方法，可是它有__len__() 方法，因此它是否爲 true，取決於這個方法的返回值。

真值判斷的字節碼

接着，咱們繼續刨根問底：Python 爲何能夠支持如此寬泛的真值判斷呢？在執行if xxx 這樣的語句時，它到底在作些什麼？

對於第一個問題，Python 有個內置的 bool() 類型，能夠將任意對象轉化成布爾值。那麼，這是否意味着 Python 在進行真值判斷時，會隱式地 調用 bool() 呢（即轉化成if bool(xxx)）？（答案爲否，下文有分析）

對於第二個問題，能夠先用dis 模塊來查看下：

POP_JUMP_IF_FALSE指令對應的是 if 語句那行，它的含義是：

If TOS is false, sets the bytecode counter to target. TOS is popped.

若是棧頂元素爲 false，則跳轉到目標位置。

這裏只有跳轉動做的描述，仍看不到一個普通對象是如何變成布爾對象的。

Python 在解釋器中究竟是如何實現真值判斷的呢？

真值判斷的源碼實現

在微信羣友 Jo 的幫助下，我找到了 CPython 的源碼（文件：ceval.c、object.c）：

能夠看出，對於布爾類型的對象（即 Py_True 和 Py_False），代碼會進入到快速處理的分支；而對於其它對象，則會用 PyObject_IsTrue() 計算出一個 int 類型的值。

PyObject_IsTrue() 函數在計算過程當中，依次會獲取 nb_bool、mp_length 和 sq_length 的值，對應的應該就是 __bool__() 和 __len__() 這兩個魔術方法的返回值。

這個過程就是前文中所引用的官方文檔的描述，正是咱們想要找的答案！

另外，對於內置的 bool()，它的核心實現邏輯正是上面的 PyObject_IsTrue() 函數，源碼以下（boolobject.c）：

因此，Python 在對普通對象做真值判斷時，並無隱式地調用 bool()，相反它調用了一個獨立的函數（PyObject_IsTrue()），而這個函數又被 bool() 所使用。

也就是說，bool() 與 if/while 語句對普通對象的真值判斷，事實上是基本相同的處理邏輯。 知道了原理，就會明白if bool(xxx) 這種寫法是畫蛇添足的了（我曾見到過）。

至此，咱們已經回答了前文中提出的問題。

驗證真值判斷的過程

接下來，有 3 個測試例子，能夠做進一步的驗證：

你能夠暫停而思考下：bool(Test1) 與 bool(Test1()) 各是什麼結果？而後依次判斷剩下的兩個類，結果又會是什麼？

揭曉答案：

bool(Test1)    # True
bool(Test2)    # True
bool(Test3)    # True

bool(Test1())  # True
bool(Test2())  # False
bool(Test3())  # True

緣由以下：

• 類對象沒被實例化時，bool() 不會調用它的 __bool__() 或 __len__() 這兩個魔術方法
• 類對象被實例化後，若同時存在 __bool__() 或 __len__() 魔術方法，則 bool() 會先調用 __bool__() 方法（PS：這個方法要求返回值必須爲 bool 類型，所以只要有它，就必然不須要再用__len__() 方法來判斷真假）

數字類型如何做真值判斷？

除了這 3 個例子，還有一種狀況值得驗證，那就是對於數字類型，它們是怎麼作真值判斷的呢？

咱們能夠驗證一下數字類型是否擁有那兩個魔術方法：

hasattr(2020, "__bool__")
hasattr(2020, "__len__")

不難驗證出，數字擁有的是 __bool__() 魔術方法，並無__len__() 魔術方法，並且全部類型的數字其實被分紅了兩類：

• __bool__() 返回 False：全部表示 0 的數字，例如0, 0.0, 0j, Decimal(0), Fraction(0, 1)
• __bool__() 返回 True：全部其它非 0 的數字

文章小結

Python 中if xxx 這種簡便的寫法，雖然是正規的真值判斷語法，並它但並不符合常規的語義。在 C/C++/Java 之類的語言中，要麼 xxx 自己是布爾類型的值，要麼是一種可返回布爾類型值的操做，可是在 Python 中，這個「xxx」居然還能夠是任意的 Python 對象！

本文經過對文檔、字節碼和 CPython 解釋器的源碼逐步分析，發現了 Python 的真值判斷過程並不簡單，能夠提煉出如下的幾個要點：

• if/while 是隱性的布爾操做符： 它們除了有「判斷」真假的做用，還具備隱式地將普通對象計算出布爾結果的功能。實際的操做是解釋器根據「POP_JUMP_IF_FALSE」指令來完成的，其核心邏輯跟內置的 bool() 是共用了一個底層方法
• 真值判斷過程依賴兩個魔術方法： 除非被判斷對象有__bool__() 方法返回False 或者有__len__() 方法返回0 ，不然布爾操做的結果都是 True。兩個魔術方法老是會先計算__bool__()
• 數字類型也可作真值判斷： 數字有__bool__() 魔術方法，但沒有__len__() 魔術方法，除了表示 0 的數字爲 False，其它數字都爲 True

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