Python数据结构：一个被低估的Namedtuple(二)

百变鹏仔 1个月前 (01-22) #Python

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python视频教程栏目继续带大家了解Python数据结构的Namedtuple。

上篇python数据结构：一个被低估的namedtuple(一)讲了namedtuple的一些基本用法，本篇继续。

namedtuples和数据类(Data Class)之间有什么区别？

功能

在Python 3.7之前，可使用以下任一方法创建一个简单的数据容器：

如果您想使用常规类，那意味着您将必须实现几个方法。例如，常规类将需要一种__init__方法来在类实例化期间设置属性。如果您希望该类是可哈希的，则意味着自己实现一个__hash__方法。为了比较不同的对象，还需要__eq__实现一个方法。最后，为了简化调试，您需要一种__repr__方法。

让我们使用常规类来实现下我们的颜色用例。

class Color:    """A regular class that represents a color."""    def __init__(self, r, g, b, alpha=0.0):        self.r = r        self.g = g        self.b = b        self.alpha = alpha    def __hash__(self):        return hash((self.r, self.g, self.b, self.alpha))    def __repr__(self):        return "{0}({1}, {2}, {3}, {4})".format(            self.__class__.__name__, self.r, self.g, self.b, self.alpha        )    def __eq__(self, other):        if not isinstance(other, Color):            return False        return (            self.r == other.r            and self.g == other.g            and self.b == other.b            and self.alpha == other.alpha        )复制代码

如上，你需要实现好多方法。您只需要一个容器来为您保存数据，而不必担心分散注意力的细节。同样，人们偏爱实现类的一个关键区别是常规类是可变的。

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实际上，引入数据类（Data Class）的PEP将它们称为“具有默认值的可变namedtuple”(译者注：Data Class python 3.7引入，参考：docs.python.org/zh-cn/3/lib…

现在，让我们看看如何用数据类来实现。

from dataclasses import dataclass...@dataclassclass Color:    """A regular class that represents a color."""    r: float    g: float    b: float    alpha: float复制代码

哇！就是这么简单。由于没有__init__，您只需在docstring后面定义属性即可。此外，必须使用类型提示对其进行注释。

除了可变之外，数据类还可以开箱即用提供可选字段。假设我们的Color类不需要alpha字段。然后我们可以设置为可选。

from dataclasses import dataclassfrom typing import Optional...@dataclassclass Color:    """A regular class that represents a color."""    r: float    g: float    b: float    alpha: Optional[float]复制代码

我们可以像这样实例化它：

>>> blue = Color(r=0, g=0, b=255)复制代码

由于它们是可变的，因此我们可以更改所需的任何字段。我们可以像这样实例化它：

>>> blue = Color(r=0, g=0, b=255)>>> blue.r = 1>>> # 可以设置更多的属性字段>>> blue.e = 10复制代码

相较之下，namedtuple默认情况下没有可选字段。要添加它们，我们需要一点技巧和一些元编程。

提示：要添加__hash__方法，您需要通过将设置unsafe_hash为使其不可变True：

@dataclass(unsafe_hash=True)class Color:    ...复制代码

另一个区别是，拆箱(unpacking)是namedtuples的自带的功能(first-class citizen)。如果希望数据类具有相同的行为，则必须实现自己。

from dataclasses import dataclass, astuple...@dataclassclass Color:    """A regular class that represents a color."""    r: float    g: float    b: float    alpha: float    def __iter__(self):        yield from dataclasses.astuple(self)复制代码

性能比较

仅比较功能是不够的，namedtuple和数据类在性能上也有所不同。数据类基于纯Python实现dict。这使得它们在访问字段时更快。另一方面，namedtuples只是常规的扩展tuple。这意味着它们的实现基于更快的C代码并具有较小的内存占用量。

为了证明这一点，请考虑在Python 3.8.5上进行此实验。

In [6]: import sysIn [7]: ColorTuple = namedtuple("Color", "r g b alpha")In [8]: @dataclass   ...: class ColorClass:   ...:     """A regular class that represents a color."""   ...:     r: float   ...:     g: float   ...:     b: float   ...:     alpha: float   ...: In [9]: color_tup = ColorTuple(r=50, g=205, b=50, alpha=1.0)In [10]: color_cls = ColorClass(r=50, g=205, b=50, alpha=1.0)In [11]: %timeit color_tup.r36.8 ns ± 0.109 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000000 loops each)In [12]: %timeit color_cls.r38.4 ns ± 0.112 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000000 loops each)In [15]: sys.getsizeof(color_tup)Out[15]: 72In [16]: sys.getsizeof(color_cls) + sys.getsizeof(vars(color_cls))Out[16]: 152复制代码

如上，数据类在中访问字段的速度稍快一些，但是它们比nametuple占用更多的内存空间。

如何将类型提示添加到 namedtuple

数据类默认使用类型提示。我们也可以将它们放在namedtuples上。通过导入Namedtuple注释类型并从中继承，我们可以对Color元组进行注释。

from typing import NamedTuple...class Color(NamedTuple):    """A namedtuple that represents a color."""    r: float    g: float    b: float    alpha: float复制代码

另一个可能未引起注意的细节是，这种方式还允许我们使用docstring。如果输入，help(Color)我们将能够看到它们。

Help on class Color in module __main__:class Color(builtins.tuple) |  Color(r: float, g: float, b: float, alpha: Union[float, NoneType]) |   |  A namedtuple that represents a color. |   |  Method resolution order: |      Color |      builtins.tuple |      builtins.object |   |  Methods defined here: |   |  __getnewargs__(self) |      Return self as a plain tuple.  Used by copy and pickle. |   |  __repr__(self) |      Return a nicely formatted representation string |   |  _asdict(self) |      Return a new dict which maps field names to their values.复制代码

如何将可选的默认值添加到 namedtuple

在上一节中，我们了解了数据类可以具有可选值。另外，我提到要模仿上的相同行为，namedtuple需要进行一些技巧修改操作。事实证明，我们可以使用继承，如下例所示。

from collections import namedtupleclass Color(namedtuple("Color", "r g b alpha")):    __slots__ = ()    def __new__(cls, r, g, b, alpha=None):        return super().__new__(cls, r, g, b, alpha)>>> c = Color(r=0, g=0, b=0)>>> cColor(r=0, g=0, b=0, alpha=None)复制代码

结论

元组是一个非常强大的数据结构。它们使我们的代码更清洁，更可靠。尽管与新的数据类竞争激烈，但他们仍有大量的场景可用。在本教程中，我们学习了使用namedtuples的几种方法，希望您可以使用它们。

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