design.md
1> **Источник:** https://python-all.ru/3.7/faq/design.html2>3> «Документация Python на русском» – неофициальный перевод официальной документации Python: версии от 2.6 до 3.16, полнотекстовый поиск, английский оригинал рядом с переводом. Эта Markdown-версия страницы предназначена для работы с LLM: вставьте её в ChatGPT, Claude или Cursor.45---67# [Часто задаваемые вопросы по дизайну и истории](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id1)89Содержание1011- [Вопросы по дизайну и истории](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#design-and-history-faq)1213 - [Почему в Python для группировки инструкций используются отступы?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-does-python-use-indentation-for-grouping-of-statements)14 - [Почему при простых арифметических операциях получаются странные результаты?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-am-i-getting-strange-results-with-simple-arithmetic-operations)15 - [Почему вычисления с плавающей запятой такие неточные?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-are-floating-point-calculations-so-inaccurate)16 - [Почему строки в Python неизменяемы?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-are-python-strings-immutable)17 - [Почему self нужно явно указывать в определениях и вызовах методов?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-must-self-be-used-explicitly-in-method-definitions-and-calls)18 - [Почему в выражении нельзя использовать присваивание?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-can-t-i-use-an-assignment-in-an-expression)19 - [Почему в Python для одних возможностей используются методы (например, list.index()), а для других – функции (например, len(list))?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-does-python-use-methods-for-some-functionality-e-g-list-index-but-functions-for-other-e-g-len-list)20 - [Почему join() – метод строки, а не списка или кортежа?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-is-join-a-string-method-instead-of-a-list-or-tuple-method)21 - [Насколько быстры исключения?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#how-fast-are-exceptions)22 - [Почему в Python нет оператора switch или case?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-isn-t-there-a-switch-or-case-statement-in-python)23 - [Разве нельзя эмулировать потоки в интерпретаторе, вместо того чтобы полагаться на реализацию потоков, зависящую от ОС?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#can-t-you-emulate-threads-in-the-interpreter-instead-of-relying-on-an-os-specific-thread-implementation)24 - [Почему лямбда-выражения не могут содержать инструкции?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-can-t-lambda-expressions-contain-statements)25 - [Можно ли скомпилировать Python в машинный код, C или другой язык?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#can-python-be-compiled-to-machine-code-c-or-some-other-language)26 - [Как Python управляет памятью?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#how-does-python-manage-memory)27 - [Почему CPython не использует более традиционную схему сборки мусора?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-doesn-t-cpython-use-a-more-traditional-garbage-collection-scheme)28 - [Почему при завершении CPython освобождается не вся память?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-isn-t-all-memory-freed-when-cpython-exits)29 - [Почему существуют отдельные типы данных кортеж и список?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-are-there-separate-tuple-and-list-data-types)30 - [Как списки реализованы в CPython?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#how-are-lists-implemented-in-cpython)31 - [Как словари реализованы в CPython?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#how-are-dictionaries-implemented-in-cpython)32 - [Почему ключи словаря должны быть неизменяемыми?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-must-dictionary-keys-be-immutable)33 - [Почему list.sort() не возвращает отсортированный список?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-doesn-t-list-sort-return-the-sorted-list)34 - [Как задать и обеспечить соблюдение спецификации интерфейса в Python?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#how-do-you-specify-and-enforce-an-interface-spec-in-python)35 - [Почему нет goto?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-is-there-no-goto)36 - [Почему сырые строки (r-строки) не могут заканчиваться обратной косой чертой?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-can-t-raw-strings-r-strings-end-with-a-backslash)37 - [Почему в Python нет оператора with для присваивания атрибутов?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-doesn-t-python-have-a-with-statement-for-attribute-assignments)38 - [Почему в операторах if/while/def/class требуется двоеточие?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-are-colons-required-for-the-if-while-def-class-statements)39 - [Почему Python разрешает запятые в конце списков и кортежей?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#why-does-python-allow-commas-at-the-end-of-lists-and-tuples)4041## [Почему в Python для группировки операторов используется отступ?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id2)4243Гвидо ван Россум считает, что использование отступов для группировки чрезвычайно элегантно и значительно повышает читаемость типичной программы на Python. Большинство людей со временем начинают любить эту особенность.4445Поскольку нет фигурных скобок, не может быть расхождений между группировкой, воспринимаемой парсером, и человеческим восприятием. Иногда программисты на C сталкиваются с фрагментом кода вроде такого:4647```python48if (x <= y)49 x++;50 y--;51z++;52```5354Если условие истинно, выполняется только оператор `x++`, но отступ может заставить думать иначе. Даже опытные программисты на C будут иногда подолгу смотреть на это, гадая, почему `y` уменьшается даже для `x > y`.5556Из-за отсутствия скобок начала и конца блока Python гораздо менее подвержен конфликтам стилей оформления кода. В C существует множество способов расстановки фигурных скобок. Если вы привыкли читать и писать код в одном стиле, вы будете чувствовать себя по меньшей мере неуютно, читая (или будучи вынужденным писать) код в другом стиле.5758Многие стили оформления размещают фигурные скобки на отдельных строках. Это делает программы значительно длиннее и тратит ценное пространство экрана, затрудняя получение хорошего обзора программы. В идеале функция должна помещаться на один экран (скажем, 20–30 строк). 20 строк Python могут выполнить гораздо больше работы, чем 20 строк C. Это связано не только с отсутствием фигурных скобок – отсутствие объявлений и высокоуровневые типы данных также играют роль – но синтаксис на основе отступов, безусловно, помогает.5960## [Почему при простых арифметических операциях получаются странные результаты?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id3)6162Смотрите следующий вопрос.6364## [Почему вычисления с плавающей запятой так неточны?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id4)6566Пользователи часто удивляются результатам вроде этого:6768```python69>>> 1.2 - 1.0700.1999999999999999671```7273и думают, что это ошибка в Python. Это не так. Это мало связано с Python и гораздо больше связано с тем, как нижележащая платформа обрабатывает числа с плавающей запятой.7475Тип [`float`](https://python-all.ru/3.7/library/functions.html#float) в CPython использует C `double` для хранения. Значение объекта [`float`](https://python-all.ru/3.7/library/functions.html#float) хранится в двоичном формате с плавающей запятой с фиксированной точностью (обычно 53 бита), и Python использует операции C, которые, в свою очередь, полагаются на аппаратную реализацию в процессоре, для выполнения операций с плавающей запятой. Это означает, что в отношении операций с плавающей запятой Python ведёт себя как многие популярные языки, включая C и Java.7677Многие числа, которые легко записываются в десятичной записи, не могут быть точно выражены в двоичной плавающей арифметике. Например, после:7879```python80>>> x = 1.281```8283сохранённое значение для `x` является (очень хорошим) приближением к десятичному значению `1.2`, но не равно ему в точности. На типичной машине фактическое сохранённое значение равно:8485```python861.0011001100110011001100110011001100110011001100110011 (binary)87```8889что в точности равно:9091```python921.1999999999999999555910790149937383830547332763671875 (decimal)93```9495Типичная точность в 53 бита обеспечивает числам с плавающей точкой в Python 15–16 десятичных знаков точности.9697Для более подробного объяснения обратитесь к главе [Арифметика с плавающей точкой](https://python-all.ru/3.7/tutorial/floatingpoint.html#tut-fp-issues) в учебнике Python.9899## [Почему строки в Python неизменяемы?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id5)100101Есть несколько преимуществ.102103Первое – производительность: знание того, что строка неизменяема, позволяет выделить для неё память при создании, и требования к хранению фиксированы и неизменны. Это также одна из причин различия между кортежами и списками.104105Другое преимущество в том, что строки в Python считаются такими же «элементарными», как числа. Никакие действия не превратят значение 8 во что-то другое, и в Python никакие действия не превратят строку «eight» во что-то другое.106107## [Почему ‘self’ нужно явно указывать в определениях и вызовах методов?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id6)108109Идея была заимствована из Modula-3. Она оказалась очень полезной по ряду причин.110111Во-первых, так очевиднее, что используется метод или атрибут экземпляра, а не локальная переменная. Чтение `self.x` или `self.meth()` совершенно ясно показывает, что используется переменная экземпляра или метод, даже если вы не знаете определение класса наизусть. В C++ вы примерно можете понять это по отсутствию объявления локальной переменной (при условии, что глобальные переменные встречаются редко или легко узнаваемы) – но в Python нет объявлений локальных переменных, поэтому пришлось бы заглядывать в определение класса, чтобы быть уверенным. Некоторые стандарты оформления кода на C++ и Java требуют, чтобы атрибуты экземпляра имели префикс `m_`, так что эта явность полезна и в этих языках.112113Во-вторых, это означает, что не нужен специальный синтаксис для явной ссылки или вызова метода из определённого класса. В C++, если вы хотите использовать метод из базового класса, который переопределён в производном классе, нужно использовать оператор `::` – в Python можно написать `baseclass.methodname(self, <argument list>)`. Это особенно полезно для методов [`__init__()`](https://python-all.ru/3.7/reference/datamodel.html#object.__init__) и в целом в случаях, когда метод производного класса хочет расширить метод базового класса с тем же именем и поэтому должен как-то вызвать метод базового класса.114115Наконец, для переменных экземпляра это решает синтаксическую проблему с присваиванием: поскольку локальные переменные в Python (по определению!) – это те переменные, которым присваивается значение в теле функции (и которые не объявлены явно как глобальные), нужен способ сообщить интерпретатору, что присваивание предназначено для переменной экземпляра, а не локальной переменной, и желательно, чтобы этот способ был синтаксическим (из соображений эффективности). C++ делает это через объявления, но в Python объявлений нет, и было бы жаль вводить их только для этой цели. Использование явного `self.var` красиво решает эту проблему. Аналогично, при использовании переменных экземпляра необходимость писать `self.var` означает, что ссылки на неквалифицированные имена внутри метода не должны искать в каталогах экземпляра. Другими словами, локальные переменные и переменные экземпляра находятся в двух разных пространствах имён, и нужно сообщить Python, какое пространство имён использовать.116117## [Почему нельзя использовать присваивание в выражении?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id7)118119Многие, привыкшие к C или Perl, жалуются, что хотят использовать эту идиому C:120121```c122while (line = readline(f)) {123 // сделать что-то со строкой124}125```126127тогда как в Python приходится писать так:128129```python130while True:131 line = f.readline()132 if not line:133 break134 ... # сделать что-то со строкой135```136137Причина, по которой в выражениях Python не допускается присваивание, – распространённая, трудновыявляемая ошибка в других языках, возникающая из-за такой конструкции:138139```c140if (x = 0) {141 // обработка ошибок142}143else {144 // код, который работает только для ненулевого x145}146```147148Ошибка – простая опечатка: была написана `x = 0`, которая присваивает 0 переменной `x`, хотя подразумевалось сравнение `x == 0`.149150Предлагалось множество альтернатив. Большинство из них – это хаки, которые экономят немного набора, но используют произвольный или непонятный синтаксис или ключевые слова и не проходят простой критерий для предложений по изменению языка: конструкция должна интуитивно подсказывать правильный смысл читателю, который с ней ещё не знаком.151152Интересное явление: большинство опытных программистов Python узнают идиому `while True` и, похоже, не особенно страдают от отсутствия конструкции присваивания в выражениях; только новички активно желают добавить её в язык.153154Существует альтернативный способ записи этого, который кажется привлекательным, но в целом менее надёжный, чем решение с “while True”:155156```python157line = f.readline()158while line:159 ... # сделать что-то со строкой...160 line = f.readline()161```162163Проблема с таким подходом: если нужно изменить способ получения следующей строки (например, заменить его на `sys.stdin.readline()`), придётся не забыть изменить два места в программе – второе вхождение скрыто внизу цикла.164165Лучший подход – использовать итераторы, что позволяет выполнять цикл по объектам с помощью оператора `for`. Например, [файловые объекты](https://python-all.ru/3.7/glossary.html#term-file-object) поддерживают протокол итератора, поэтому можно просто написать:166167```python168for line in f:169 ... # сделать что-то со строкой...170```171172## [Почему Python использует методы для одних операций (например, list.index()), а функции для других (например, len(list))?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id8)173174Как сказал Гвидо:175176> (a) Для некоторых операций префиксная запись читается лучше, чем постфиксная – префиксные (и инфиксные!) операции имеют долгую традицию в математике, которая предпочитает обозначения, где визуальное представление помогает математику думать о задаче. Сравните, как легко мы переписываем формулу вроде x\*(a+b) в x\*a + x\*b, и как неуклюже делать то же самое с помощью чисто объектно-ориентированной нотации.177>178> (b) Когда я читаю код, в котором написано len(x), я *знаю*, что запрашивается длина чего-то. Это говорит мне о двух вещах: результат – целое число, а аргумент – некий контейнер. Напротив, когда я читаю x.len(), я уже должен знать, что x – это какой-то контейнер, реализующий интерфейс или наследующий от класса, у которого есть стандартный len(). Обратите внимание на путаницу, которая иногда возникает, когда класс, не реализующий отображение (mapping), имеет метод get() или keys() , или когда объект, не являющийся файлом, имеет метод write().179>180> –[https://mail.python.org/pipermail/python-3000/2006-November/004643.html](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html)181182## [Почему join() – это метод строки, а не метод списка или кортежа?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id9)183184Строки стали гораздо больше похожи на другие стандартные типы начиная с Python 1.6, когда были добавлены методы, предоставляющие те же возможности, которые всегда были доступны через функции модуля string. Большинство этих новых методов были широко приняты, но один из них, который, по-видимому, вызывает дискомфорт у некоторых программистов, – это:185186```python187", ".join(['1', '2', '4', '8', '16'])188```189190который даёт результат:191192```python193"1, 2, 4, 8, 16"194```195196Есть два распространённых аргумента против этого использования.197198Первый звучит примерно так: «Выглядит действительно уродливо использовать метод строкового литерала (строковой константы)», на что можно ответить: возможно, но строковый литерал – это просто фиксированное значение. Если методы разрешены для имён, связанных со строками, нет логической причины делать их недоступными для литералов.199200Второе возражение обычно формулируется так: «Я действительно говорю последовательности объединить свои элементы с помощью строковой константы». К сожалению, это не так. По какой-то причине гораздо меньше затруднений вызывает то, что [`split()`](https://python-all.ru/3.7/library/stdtypes.html#str.split) – это метод строки, поскольку в этом случае легко видеть, что201202```python203"1, 2, 4, 8, 16".split(", ")204```205206– это инструкция строковому литералу вернуть подстроки, разделённые заданным разделителем (или, по умолчанию, произвольными последовательностями пробельных символов).207208[`join()`](https://python-all.ru/3.7/library/stdtypes.html#str.join) – это метод строки, потому что, используя его, вы указываете строке-разделителю перебрать последовательность строк и вставить себя между соседними элементами. Этот метод можно использовать с любым аргументом, который подчиняется правилам для объектов-последовательностей, включая любые новые классы, которые вы можете определить. Аналогичные методы существуют для объектов bytes и bytearray.209210## [Насколько быстры исключения?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id10)211212Блок try/except чрезвычайно эффективен, если исключения не выбрасываются. Однако перехват исключения – дорогостоящая операция. В версиях Python до 2.0 было распространено использование такой идиомы:213214```python215try:216 value = mydict[key]217except KeyError:218 mydict[key] = getvalue(key)219 value = mydict[key]220```221222Это имело смысл только тогда, когда вы ожидали, что ключ есть в словаре почти всё время. Если это было не так, вы писали так:223224```python225if key in mydict:226 value = mydict[key]227else:228 value = mydict[key] = getvalue(key)229```230231Для этого конкретного случая можно также использовать `value = dict.setdefault(key, getvalue(key))`, но только если вызов `getvalue()` достаточно дешёвый, потому что он вычисляется в любом случае.232233## [Почему в Python нет оператора switch или case?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id11)234235Это легко сделать с помощью последовательности `if... elif... elif... else`. Было несколько предложений по синтаксису switch, но пока нет консенсуса по поводу того, нужно ли и как реализовать проверки диапазонов. См. [**PEP 275**](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html) для полных подробностей и текущего статуса.236237Для случаев, когда нужно выбрать из очень большого числа возможностей, можно создать словарь, отображающий значения вариантов на вызываемые функции. Например:238239```python240def function_1(...):241 ...242243functions = {'a': function_1,244 'b': function_2,245 'c': self.method_1, ...}246247func = functions[value]248func()249```250251Для вызова методов объектов можно упростить ещё больше, используя встроенную функцию [`getattr()`](https://python-all.ru/3.7/library/functions.html#getattr) для получения методов с определённым именем:252253```python254def visit_a(self, ...):255 ...256...257258def dispatch(self, value):259 method_name = 'visit_' + str(value)260 method = getattr(self, method_name)261 method()262```263264Рекомендуется использовать префикс для имён методов, например `visit_` в этом примере. Без такого префикса, если значения поступают из ненадёжного источника, злоумышленник сможет вызвать любой метод вашего объекта.265266## [Нельзя ли эмулировать потоки в интерпретаторе вместо того, чтобы полагаться на реализацию потоков, зависящую от ОС?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id12)267268Ответ 1: К сожалению, интерпретатор помещает как минимум один кадр стека C для каждого кадра стека Python. Кроме того, расширения могут вызывать Python в почти случайные моменты. Поэтому полная реализация потоков требует поддержки потоков на уровне C.269270Ответ 2: К счастью, существует [Stackless Python](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html), который имеет полностью переработанный цикл интерпретатора, избавляющийся от стека C.271272## [Почему лямбда-выражения не могут содержать инструкции?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id13)273274Лямбда-выражения Python не могут содержать инструкции, потому что синтаксическая структура Python не поддерживает инструкции, вложенные внутрь выражений. Однако в Python это не является серьёзной проблемой. В отличие от лямбда-форм в других языках, где они добавляют функциональность, лямбды Python – это лишь сокращённая запись, если вам лень определять функцию.275276Функции в Python и так являются объектами первого класса, и их можно объявлять в локальной области видимости. Поэтому единственное преимущество использования lambda вместо локально определённой функции в том, что не нужно придумывать имя для функции – но это лишь локальная переменная, которой присваивается объект функции (который является объектом того же типа, что и результат лямбда-выражения)!277278## [Можно ли скомпилировать Python в машинный код, C или другой язык?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id14)279280[Cython](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html) компилирует модифицированную версию Python с необязательными аннотациями в расширения C. [Nuitka](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html) – перспективный компилятор Python в код C++, нацеленный на поддержку полного языка Python. Для компиляции в Java можно рассмотреть [VOC](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html).281282## [Как Python управляет памятью?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id15)283284The details of Python memory management depend on the implementation. The standard implementation of Python, [CPython](https://python-all.ru/3.7/glossary.html#term-cpython), uses reference counting to detect inaccessible objects, and another mechanism to collect reference cycles, periodically executing a cycle detection algorithm which looks for inaccessible cycles and deletes the objects involved. The [`gc`](https://python-all.ru/3.7/library/gc.html#module-gc) module provides functions to perform a garbage collection, obtain debugging statistics, and tune the collector’s parameters.285286Однако другие реализации (такие как [Jython](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html) или [PyPy](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html)) могут полагаться на другой механизм, например, полноценный сборщик мусора. Это различие может вызвать некоторые тонкие проблемы переносимости, если код на Python зависит от поведения реализации с подсчётом ссылок.287288В некоторых реализациях Python следующий код (который нормально работает в CPython) вероятно исчерпает файловые дескрипторы:289290```python291for file in very_long_list_of_files:292 f = open(file)293 c = f.read(1)294```295296Действительно, используя механизм подсчёта ссылок и деструкторов CPython, каждое новое присваивание *f* закрывает предыдущий файл. Однако в традиционной сборке мусора эти файловые объекты будут собраны (и закрыты) через различные и, возможно, длительные промежутки времени.297298Чтобы написать код, который будет работать с любой реализацией Python, следует явно закрывать файлы или использовать оператор [`with`](https://python-all.ru/3.7/reference/compound_stmts.html#with); это будет работать независимо от схемы управления памятью:299300```python301for file in very_long_list_of_files:302 with open(file) as f:303 c = f.read(1)304```305306## [Почему CPython не использует более традиционную схему сборки мусора?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id16)307308Во-первых, это не является стандартной возможностью C, и поэтому она не переносима. (Да, мы знаем о библиотеке Boehm GC. Она содержит фрагменты ассемблерного кода для *большинства* распространённых платформ, но не для всех, и хотя она в основном прозрачна, она не полностью прозрачна; требуются патчи, чтобы Python работал с ней.)309310Традиционная сборка мусора также становится проблемой, когда Python встраивается в другие приложения. В то время как в автономном Python можно заменить стандартные malloc() и free() на версии, предоставляемые библиотекой сборки мусора, приложение, встраивающее Python, может захотеть иметь свою *собственную* замену для malloc() и free() и не хотеть использовать версию Python. Сейчас CPython работает с любой реализацией, которая правильно реализует malloc() и free().311312## [Почему не вся память освобождается при завершении CPython?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id17)313314Объекты, на которые есть ссылки из глобальных пространств имён модулей Python, не всегда освобождаются при завершении Python. Это может происходить при наличии циклических ссылок. Также существуют определённые фрагменты памяти, выделяемые библиотекой C, которые невозможно освободить (например, инструмент вроде Purify будет жаловаться на них). Однако Python активно очищает память при завершении и старается уничтожить каждый объект.315316Чтобы заставить Python удалить определённые объекты при освобождении, используйте модуль [`atexit`](https://python-all.ru/3.7/library/atexit.html#module-atexit) для запуска функции, которая принудительно выполнит эти удаления.317318## [Почему существуют отдельные типы данных кортеж (tuple) и список (list)?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id18)319320Списки и кортежи, хотя и похожи во многих отношениях, обычно используются принципиально по-разному. Кортежи можно рассматривать как аналоги записей Pascal или структур C; это небольшие коллекции связанных данных, которые могут быть разных типов и обрабатываются как группа. Например, декартова координата уместно представляется в виде кортежа из двух или трёх чисел.321322Списки, с другой стороны, больше похожи на массивы в других языках. Они обычно содержат переменное количество объектов одного типа, которые обрабатываются по одному. Например, `os.listdir('.')` возвращает список строк, представляющих файлы в текущем каталоге. Функции, работающие с этим результатом, обычно не сломаются, если добавить в каталог ещё один или два файла.323324Кортежи неизменяемы, то есть после создания кортежа нельзя заменить какой-либо его элемент новым значением. Списки изменяемы, то есть элементы списка всегда можно изменить. Только неизменяемые элементы можно использовать в качестве ключей словаря, поэтому в качестве ключей можно использовать только кортежи, но не списки.325326## [Как реализованы списки в CPython?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id19)327328Списки в CPython – это на самом деле массивы переменной длины, а не связные списки в стиле Lisp. Реализация использует непрерывный массив ссылок на другие объекты и хранит указатель на этот массив и его длину в структуре заголовка списка.329330Это делает индексацию списка `a[i]` операцией, стоимость которой не зависит от размера списка или значения индекса.331332При добавлении или вставке элементов массив ссылок изменяет размер. Применяется некоторая хитрость для повышения производительности при многократном добавлении: когда массив нужно увеличить, выделяется дополнительное пространство, чтобы следующие несколько раз не требовалось реально изменять размер.333334## [Как реализованы словари в CPython?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id20)335336Словари в CPython реализованы как хэш-таблицы с изменяемым размером. По сравнению с B-деревьями, это обеспечивает лучшую производительность поиска (самой распространённой операции) в большинстве случаев, а реализация проще.337338Словари работают путём вычисления хеш-кода для каждого ключа, хранящегося в словаре, с помощью встроенной функции [`hash()`](https://python-all.ru/3.7/library/functions.html#hash). Хеш-код сильно зависит от ключа и посевного значения процесса; например, «Python» может хешироваться в -539294296, а «python» – строка, отличающаяся на один бит, – в 1142331976. Затем хеш-код используется для определения позиции во внутреннем массиве, где будет храниться значение. Если предположить, что все ключи имеют разные хеш-значения, это означает, что словари выполняют поиск ключа за постоянное время – O(1) в нотации «О большое».339340## [Почему ключи словарей должны быть неизменяемыми?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id21)341342Реализация словарей на основе хэш-таблиц использует хэш-значение, вычисленное из значения ключа, для поиска ключа. Если бы ключ был изменяемым объектом, его значение могло бы измениться, и, следовательно, его хэш также мог бы измениться. Но поскольку тот, кто изменяет объект-ключ, не может знать, что он используется в качестве ключа словаря, он не может переместить запись в словаре. Тогда при попытке найти тот же объект в словаре он не будет найден, потому что его хэш-значение стало другим. Если попытаться найти старое значение, оно тоже не будет найдено, поскольку значение объекта, находящегося в той хэш-корзине, будет другим.343344Если нужен словарь, индексируемый списком, просто преобразуйте список в кортеж; функция `tuple(L)` создаёт кортеж с теми же элементами, что и список `L`. Кортежи неизменяемы и поэтому могут использоваться в качестве ключей словаря.345346Некоторые неприемлемые решения, которые предлагались:347348- Хэшировать списки по их адресу (идентификатору объекта). Это не работает, потому что если создать новый список с тем же значением, он не будет найден; например:349350 ```python351 mydict = {[1, 2]: '12'}352 print(mydict[[1, 2]])353 ```354355 вызовет исключение [`KeyError`](https://python-all.ru/3.7/library/exceptions.html#KeyError), потому что идентификатор `[1, 2]`, используемый во второй строке, отличается от идентификатора в первой строке. Другими словами, ключи словарей следует сравнивать с помощью `==`, а не [`is`](https://python-all.ru/3.7/reference/expressions.html#is).356- Создавать копию при использовании списка в качестве ключа. Это не работает, потому что список, будучи изменяемым объектом, может содержать ссылку на самого себя, и тогда код копирования попадёт в бесконечный цикл.357- Разрешить списки в качестве ключей, но предупредить пользователя не изменять их. Это породило бы класс трудноотслеживаемых ошибок в программах, когда пользователь забыл или случайно изменил список. Это также нарушает важный инвариант словарей: каждое значение в `d.keys()` может использоваться в качестве ключа словаря.358- Помечайте списки как доступные только для чтения, как только они используются в качестве ключа словаря. Проблема в том, что изменить значение может не только объект верхнего уровня: можно использовать кортеж, содержащий список, в качестве ключа. Добавление чего-либо в качестве ключа в словарь потребует пометить все достижимые оттуда объекты как доступные только для чтения – и снова самореферентные объекты могут вызвать бесконечный цикл.359360Существует трюк, чтобы обойти это, если необходимо, но используйте его на свой страх и риск: можно обернуть изменяемую структуру в экземпляр класса, который имеет как метод [`__eq__()`](https://python-all.ru/3.7/reference/datamodel.html#object.__eq__), так и [`__hash__()`](https://python-all.ru/3.7/reference/datamodel.html#object.__hash__). Затем нужно убедиться, что хеш-значение для всех таких объектов-обёрток, находящихся в словаре (или другой структуре на основе хеша), остаётся фиксированным, пока объект находится в словаре (или другой структуре).361362```python363class ListWrapper:364 def __init__(self, the_list):365 self.the_list = the_list366367 def __eq__(self, other):368 return self.the_list == other.the_list369370 def __hash__(self):371 l = self.the_list372 result = 98767 - len(l)*555373 for i, el in enumerate(l):374 try:375 result = result + (hash(el) % 9999999) * 1001 + i376 except Exception:377 result = (result % 7777777) + i * 333378 return result379```380381Обратите внимание, что вычисление хеша усложняется тем, что некоторые элементы списка могут быть нехешируемыми, а также возможностью арифметического переполнения.382383Кроме того, всегда должно выполняться условие: если `o1 == o2` (то есть `o1.__eq__(o2) is True`), то `hash(o1) == hash(o2)` (то есть `o1.__hash__() == o2.__hash__()`), независимо от того, находится объект в словаре или нет. Если не соблюдать эти ограничения, словари и другие хеш-структуры будут работать некорректно.384385В случае ListWrapper, когда объект-обёртка находится в словаре, обёрнутый список не должен изменяться, чтобы избежать аномалий. Не делайте этого, если вы не готовы тщательно обдумать требования и последствия их неправильного выполнения. Считайте себя предупреждёнными.386387## [Почему list.sort() не возвращает отсортированный список?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id22)388389В ситуациях, где важна производительность, создание копии списка только для сортировки было бы расточительным. Поэтому [`list.sort()`](https://python-all.ru/3.7/library/stdtypes.html#list.sort) сортирует список на месте. Чтобы напомнить вам об этом, он не возвращает отсортированный список. Так вы не попадётесь в ловушку случайной перезаписи списка, когда вам нужна отсортированная копия, но также необходимо сохранить и неотсортированную версию.390391Если нужно вернуть новый список, используйте вместо этого встроенную функцию [`sorted()`](https://python-all.ru/3.7/library/functions.html#sorted). Эта функция создаёт новый список из переданного итерируемого объекта, сортирует его и возвращает. Например, вот как выполнить итерацию по ключам словаря в отсортированном порядке:392393```python394for key in sorted(mydict):395 ... # делайте что угодно с mydict[key]...396```397398## [Как задать и обеспечить соблюдение спецификации интерфейса в Python?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id23)399400Спецификация интерфейса модуля, предоставляемая такими языками, как C++ и Java, описывает прототипы методов и функций модуля. Многие считают, что проверка соблюдения спецификаций интерфейса на этапе компиляции помогает при построении больших программ.401402В Python 2.6 добавлен модуль [`abc`](https://python-all.ru/3.7/library/abc.html#module-abc), позволяющий определять абстрактные базовые классы (ABC). Затем можно использовать [`isinstance()`](https://python-all.ru/3.7/library/functions.html#isinstance) и [`issubclass()`](https://python-all.ru/3.7/library/functions.html#issubclass) для проверки, реализует ли экземпляр или класс конкретный ABC. Модуль [`collections.abc`](https://python-all.ru/3.7/library/collections.abc.html#module-collections.abc) определяет набор полезных ABC, таких как [`Iterable`](https://python-all.ru/3.7/library/collections.abc.html#collections.abc.Iterable), [`Container`](https://python-all.ru/3.7/library/collections.abc.html#collections.abc.Container) и [`MutableMapping`](https://python-all.ru/3.7/library/collections.abc.html#collections.abc.MutableMapping).403404В Python многие преимущества спецификаций интерфейсов достигаются за счёт правильной дисциплины тестирования компонентов. Также есть инструмент PyChecker, который помогает находить проблемы, вызванные наследованием.405406Хороший набор тестов для модуля может одновременно служить регрессионным тестом, спецификацией интерфейса модуля и набором примеров. Многие модули Python можно запускать как скрипт для простого «самотестирования». Даже модули, использующие сложные внешние интерфейсы, часто можно тестировать изолированно, используя тривиальные «заглушки», эмулирующие внешний интерфейс. Модули [`doctest`](https://python-all.ru/3.7/library/doctest.html#module-doctest) и [`unittest`](https://python-all.ru/3.7/library/unittest.html#module-unittest) или сторонние тестовые фреймворки можно использовать для построения исчерпывающих наборов тестов, которые выполняют каждую строку кода в модуле.407408Надлежащая дисциплина тестирования может помочь в создании больших сложных приложений на Python так же, как и спецификации интерфейса. Фактически, она может быть даже лучше, потому что спецификация интерфейса не может проверить некоторые свойства программы. Например, метод `append()` должен добавлять новые элементы в конец некоторого внутреннего списка; спецификация интерфейса не может проверить, что ваша реализация `append()` действительно делает это правильно, но проверить это свойство в наборе тестов тривиально.409410Написание тестовых наборов очень полезно, и, возможно, стоит проектировать код с расчётом на лёгкое тестирование. Одна из набирающих популярность методик, разработка через тестирование (test-directed development), требует сначала написать части тестового набора, а затем уже писать сам код. Конечно, Python позволяет быть небрежным и вообще не писать тесты.411412## [Почему в Python нет goto?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id24)413414Исключения можно использовать для создания «структурированного goto», которое работает даже между вызовами функций. Многие считают, что исключения могут удобно эмулировать все разумные применения конструкций «go» или «goto» из C, Fortran и других языков. Например:415416```python417class label(Exception): pass # объявить метку418419try:420 ...421 if condition: raise label() # перейти к метке422 ...423except label: # куда перейти424 pass425...426```427428Это не позволяет перепрыгнуть в середину цикла, но это обычно считается злоупотреблением goto в любом случае. Используйте с осторожностью.429430## [Почему сырые строки (r-строки) не могут заканчиваться обратным слешем?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id25)431432Более точно, они не могут заканчиваться нечётным количеством обратных слешей: непарный обратный слеш в конце экранирует закрывающий символ кавычки, оставляя строку незавершённой.433434Сырые строки были разработаны для упрощения создания входных данных для обработчиков (в основном, движков регулярных выражений), которые хотят выполнять свою собственную обработку экранирования обратным слешем. Такие обработчики в любом случае считают непарный завершающий обратный слеш ошибкой, поэтому сырые строки это запрещают. Взамен они позволяют передать символ кавычки, экранируя его обратным слешем. Эти правила хорошо работают, когда r-строки используются по назначению.435436Если вы пытаетесь построить пути Windows, учтите, что все системные вызовы Windows принимают и прямые слеши:437438```python439f = open("/mydir/file.txt") # работает отлично!440```441442Если вы пытаетесь построить путь для команды DOS, попробуйте, например, один из443444```python445dir = r"\this\is\my\dos\dir" "\\"446dir = r"\this\is\my\dos\dir\ "[:-1]447dir = "\\this\\is\\my\\dos\\dir\\"448```449450## [Почему в Python нет оператора with для присваивания атрибутов?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id26)451452В Python есть инструкция ‘with’, которая оборачивает выполнение блока, вызывая код при входе в блок и при выходе из него. В некоторых языках есть конструкция, которая выглядит так:453454```python455with obj:456 a = 1 # эквивалентно obj.a = 1457 total = total + 1 # obj.total = obj.total + 1458```459460В Python такая конструкция была бы неоднозначной.461462Другие языки, такие как Object Pascal, Delphi и C++, используют статическую типизацию, поэтому можно однозначно узнать, какому члену выполняется присваивание. В этом и заключается основная суть статической типизации – компилятор *всегда* знает область видимости каждой переменной на этапе компиляции.463464Python использует динамическую типизацию. Невозможно заранее узнать, какой атрибут будет использован во время выполнения. Атрибуты-члены могут добавляться или удаляться из объектов на лету. Из-за этого невозможно при простом чтении понять, на какой атрибут идёт ссылка: локальный, глобальный или атрибут-член?465466Например, рассмотрим следующий неполный фрагмент кода:467468```python469def foo(a):470 with a:471 print(x)472```473474Фрагмент предполагает, что «a» должно иметь атрибут с именем «x». Однако в Python нет ничего, что говорило бы об этом интерпретатору. Что должно произойти, если «a» является, скажем, целым числом? Если существует глобальная переменная с именем «x», будет ли она использоваться внутри блока with? Как видите, динамическая природа Python делает такой выбор гораздо более сложным.475476Однако основное преимущество «with» и подобных языковых возможностей (сокращение объёма кода) легко достигается в Python с помощью присваивания. Вместо:477478```python479function(args).mydict[index][index].a = 21480function(args).mydict[index][index].b = 42481function(args).mydict[index][index].c = 63482```483484напишите это:485486```python487ref = function(args).mydict[index][index]488ref.a = 21489ref.b = 42490ref.c = 63491```492493Это также даёт побочный эффект ускорения выполнения, так как привязки имён в Python разрешаются во время выполнения, и второй вариант требует разрешения только один раз.494495## [Почему двоеточия обязательны для операторов if/while/def/class?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id27)496497Двоеточие требуется в первую очередь для улучшения читаемости (один из результатов экспериментального языка ABC). Рассмотрим это:498499```python500if a == b501 print(a)502```503504против505506```python507if a == b:508 print(a)509```510511Обратите внимание, что второй вариант читается немного легче. Также обратите внимание, как двоеточие выделяет пример в этом ответе из FAQ; это стандартное использование в английском языке.512513Ещё одна второстепенная причина заключается в том, что двоеточие упрощает работу редакторов с подсветкой синтаксиса; они могут искать двоеточия, чтобы решить, когда нужно увеличить отступ, вместо более тщательного разбора текста программы.514515## [Почему Python допускает запятые в конце списков и кортежей?](https://python-all.ru/3.7/faq/design.html#id28)516517Python позволяет добавлять завершающую запятую в конце списков, кортежей и словарей:518519```python520[1, 2, 3,]521('a', 'b', 'c',)522d = {523 "A": [1, 5],524 "B": [6, 7], # последняя завершающая запятая необязательна, но считается хорошим стилем525}526```527528Для этого есть несколько причин.529530Когда литерал списка, кортежа или словаря разбит на несколько строк, проще добавлять новые элементы, поскольку не нужно помнить о добавлении запятой в предыдущей строке. Строки также можно переставлять без возникновения синтаксической ошибки.531532Случайный пропуск запятой может привести к ошибкам, которые трудно диагностировать. Например:533534```python535x = [536 "fee",537 "fie"538 "foo",539 "fum"540]541```542543Этот список выглядит так, будто в нём четыре элемента, но на самом деле их три: «fee», «fiefoo» и «fum». Всегда добавляя запятую, можно избежать этого источника ошибок.544545Разрешение завершающей запятой также может упростить программную генерацию кода.546