一篇文章掌握 Python 內置 zip() 的所有內容

一篇文章掌握 Python 內置 zip() 的所有內容

zip() 是 Python 中最好用的內置類型之一，它能夠接收多個可迭代對象參數，再返回一個迭代器，能夠把不一樣可迭代對象的元素組合起來。

我以前寫迭代器系列的時候，在《Python進階：設計模式之迭代器模式》中簡單地介紹過它，前幾天翻譯了 Python 3.10 採納的 PEP-618 ，介紹了它將會迎來的變動。

可是，還有很多同窗並不知道 zip()，或者不能熟練掌握它的用法，所以本文打算來作一個更爲詳細的梳理。

內容主要分三部分：

• 用法部分：介紹它的基礎用法、高級用法、騷操做用法
• 進階部分：介紹它的實現原理，關注幾個實現的細節
• 發散部分：聚焦它的不足，以及解決方法

一、zip() 的 n 種用法

基本用法：像拉鍊同樣，將多個可迭代對象組合起來，而後能夠用 for 循環依次取出，或者一次性將結果存入列表、元組或者字典之類的容器中。

它的結果是一個迭代器，迭代器生成的元素是元組，第 i 個元組的元素分別來自可迭代對象參數的第 i 個元素，如上圖所示。

另外，for 循環還能夠把元組內的元素依次取出，這樣會很方便：

它的參數並不要求是同一類的可迭代對象，所以能夠有很是多的組合方式，例如：

可是，若是把字典做爲 zip() 的參數，會是什麼結果呢？字典是 key-value 鍵值對形式，跟列表之類的單一元素結構不一樣。

實驗一下，能夠看出，zip() 默認只會遍歷字典的 key 值：

若是想要取出字典的 value 值，或者取出 key-value 鍵值對，那麼可使用字典自帶的遍歷方法 values() 和 items()：

使用 zip()，還能夠比較方便地對二維列表實現行列轉換：

上例中的星號（*）操做符能夠解包（unpacking），即將 my_list 的元素（也是列表）解成多個參數給 zip()，從而將 3 個列表從新組合。

解包操做符對於 zip 對象一樣適用，由於 zip() 自己是一次行列轉換的操做，若將它解包後做爲參數給 zip()，等於再作一次行列轉換，也就是回到了原點（除了最後的結果是元組）：

最後再介紹一種用法：建立 n*n 的方陣，每行的數字相同。

二、zip() 的原理解析

官方文檔中給出了 zip() 的 Python 僞代碼（並不是是 Python 解釋器內置的實現，只爲了展現基本的代碼邏輯）：

def zip(*iterables):
    # zip('ABCD', 'xy') --> Ax By
    sentinel = object()
    iterators = [iter(it) for it in iterables]
    while iterators:
        result = []
        for it in iterators:
            elem = next(it, sentinel)
            if elem is sentinel:
                return
            result.append(elem)
        yield tuple(result)

在這段簡短的代碼中，能夠分析出幾點關鍵的信息：

• zip 接收可變數量的可迭代對象參數，這些參數會通過 iter() 處理成迭代器。推論：若出現非可迭代對象，此處會報錯
• while 循環在判斷列表是否爲空，而列表中的元素是將參數轉化而成的迭代器。推論：若入參存在有效的可迭代對象，則 while 循環始終爲真；若沒有入參，則什麼都不作
• next() 會依次讀取迭代器中的下一個元素，它的第二個參數會做爲迭代器耗盡時的返回值。推論：每一輪依次取出這些迭代器的一個元素，當某個迭代被耗盡時，則退出死循環，這就意味着未耗盡的迭代器會被直接捨棄

三、zip() 的問題與解決

zip() 最明顯的問題是它會捨棄掉未耗盡的迭代器：

這是一種木桶效應，最終的結果由最短的木板來決定。

有一種解決思路是取長板，同時補足短板（用 None 值填充），這就是 itertools 中的 zip_longest 方法：

它填充了冗餘數據，同時最大限度地保證了原始數據的完整性。

可是，若是咱們不但願有冗餘數據，只但願獲得按最長方式對齊的數據呢？

Python 官方最近採納了 PEP-618，它就是爲了應對這個問題。當出現迭代器長度不一致時，它既不向短板妥協，也不向長板妥協，而是拋出 ValueError。它認爲入參值錯誤，也就是嚴格要求入參的數據完整性。

該 PEP 會被合入到一年後的 Python 3.10 版本，關於更多的內容細節，可查閱這篇PEP-618 譯文 。

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