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Python 对象的身份迷思：从全体公民到万物皆数

百家作者：CSDN 2018-11-14 04:14:16

作者 | 豌豆花下猫

责编 | 胡巍巍

这篇文章里即将说出来的东西，也许你本以为知道了，或者你本以为很熟悉，但是，经过我的分析，我相信你会得到不一样的感悟，从此以后，你对Python的理解也会更深一步。

全体公民与特权种族

在某种意义上说，Python世界是普遍公平的，因为所有的子民都是对象“公民”，这在任何一个现实社会里，乃至于在虚拟的国度里，都是极其罕见的。对象们分属在五大部落里（数字、字符串、列表、元祖、字典），各有所长，各司其职，协作共处，通婚繁衍。

还有一点难得的是，他们没有受到愚民政策的对待，全民都享有思想自由，还习得了超便利的自省能力。人能自知，这能力弥足珍贵。

虽然在这个世界里，不会时常出现岗哨拦阻，但在任何有需要的时候，他们都可以自证清白，id()和type()是一种通行语言，你不需要翻译来对接。而对于更进一步的询问，长得相似的两个对象只需一个简明的判断句，就能区分清楚。请你看一段对话：

Object1=2018
Object2="2018"
id(Object1) >>>2399282764784
id(Object2) >>>2399281922600
type(Object1) >>>int
type(Object2) >>>str
Object1 is Object2 >>>False

全体皆公民，这项天赋权力让我对Python产生了良好的印象。不过，随着对它的认识加深，我发现它还暗地里制定了很多“效率优先”的规则。

最明显的例子就是——“特权种族”。从现有的证据来看，特权种族至少包括了：一些数值较小的数字对象（区间：[-5,256]）、布尔值对象、None对象、较短的字符串对象（长度不超过20，且仅包括下划线、数字、字母的字符串）等等，还不知道这份名单漏了谁。

效率优先的规则允许这些对象传承内存地址，也就是说，当一个“祖先”对象抢占了一块内存地盘后，所有它那一脉的“子孙后代”都会继承它的遗产（视为同一个对象）。

a=100
b=1000
# c与a共用id，d另立门户
c=100
d=1000
id(a)==id(c) >>>True
id(b)==id(d) >>>False

设想一下，两个祖先（a和b）占了相邻的两块内存，一个可以与它的“后代”共用内存，一个却只能让“后代”另立门户；当它们走完自己的生命周期后，b会马上被当垃圾回收，内存地址遗产被剥夺，然而a却形灭而实存，荫庇后世。

Python为这些对象倾斜资源，也就是为某种阶层固化提供了合法性。划分的依据是因为它们比较常用，共用内存就意味着减少开支，提高内存使用效率。

这就是Python有趣的地方了，一面是全体公民，一面是特权种族，组成了看似矛盾的二元对立结构。

官方名片与私人名片

除了上面的群体性身份外，我发现Python中也存在着个体身份的二元结构。

这就是__repr__() 和__str__() 的关系了。如你所知，这是Python的两个魔法方法，其对应的内置函数是repr() 和 str()。对于对象x，有x.__repr__() 等价于 repr(x)，同理，x.__str__() 等价于 str(x)。

它们的主要用途在于，返回对象的字符串格式。用法示例：

repr(2018) >>>'2018'
str(2018)  >>>'2018'
repr([1,2,3]) >>>'[1, 2, 3]'
str([1,2,3])  >>>'[1, 2, 3]'

words = "Hello pythonCat!
"
repr(words) >>>'Hello pythonCat!
'
str(words)  >>>'Hello pythonCat!
'
# 结合print，注意换行符

print(repr(words))
>>>'Hello pythonCat!
'
print(str(words)) 
>>>Hello pythonCat! # 再加换行
>>>

一个对象的字符串形式就是它的“脸面”，是向他人介绍自己的一张名片。前面提到过，Python世界有五大部落，这些部落的原住民们与生俱来就拥有这两张名片。

对于原住民来说，这两张名片似乎没啥区别，除了在使用打印函数的时候，在换行符等用法上会有不同。

而对于外来人口（例如，自定义的类），如果它没有定做名片（即实现__repr__() 和__str__() 方法）的话，其默认的名片就会是类名及内存地址，如下所示。

class Person:
     def __init__(self,name,sex):
         self.name = name
         self.sex = sex

me = Person("pythonCat", "male")

repr(me)
>>> '<__main__ .Person object at 0x0000022EA8D7ED68>'
str(me)
>>> '<__main__ .Person object at 0x0000022EA8D7ED68>'

事实上，repr()返回的是对象的官方名片，通常人们会说，这张名片是给机器阅读的。本质上，它就是一个对象的代码表示形式，可以用来重新构造这个对象。通过eval()函数，你可以利用这张名片，重新构造出这个对象。

eval()函数是个内置函数，它将字符串str当成有效的表达式来求值并返回计算结果。也就是eval(repr(x))==x，示例如下：

a = 1 + 1
b = [1, 2, 'cat']
c = {'name':'pythonCat', 'sex':'male'}
eval(repr(a)) >>>2
eval(repr(b)) >>>[1, 2, 'cat']
eval(repr(c)) >>>{'name': 'pythonCat', 'sex': 'male'}

相对地，str()得到的是对象的私人名片，通常有更友好的表现形式，因为它是为人类阅读而设计的。

如果一个对象公民没有私人名片，那Python默认会调用它的官方名片。因为这个机制，很多人建议如果要定制一个名片，最好是定制官方那个。但是我却不认同，我认为应该定制私人的那个，因为这样发挥空间更大。不张扬个性，毋宁死。

class Person:
     def __init__(self,name,sex):
         self.name = name
         self.sex = sex
     # 定制私人名片
     def __str__(self):
         return "{} is an elegant creature!".format(self.name)

me = Person("pythonCat", "male")

repr(me)
>>>'<__main__ .Person object at 0x000002E6845AC390>'
str(me)
>>>'pythonCat is an elegant creature!'

在《The Zen of Python》里第一句话就是：Beautiful is better than ugly。在我看来，定制私人名片要比定制官方名片更优美。能够为自己带盐，想想就觉得鸡冻啦！

何为真假，万物皆数

以上说法，不管是全体公民身份与特权种族身份，还是官方名片与私人名片，多少带进了我浅薄的社会经验的偏见。我起初很为一方鸣不平，为一种讨巧的做法鸣得意，但是，现在当我知道Python中另一种更不为人知的身份现象的时候，我就释然了。

我接下来要揭示的身份话题，已经超越了社会学和心理学范畴，进入了一种哲学的思想疆域。

前方高能！

首先，来做一个基础知识的铺垫。Python有一个令大部分编程语言都忘尘莫及的特性，那就是，所有对象都可以用于做真假判断。

在做判断的时候，以下情况都视为假（False）：None、数值的零值、空序列（如空字符串""、空列表[]、空元祖() ）、空集合{} 等等。除此之外，一般对象都可以作为真值（True）来使用。来看示例：

list = [1, 2]
if list: # 即if True
    print("list is not empty")
else:
    print("list is empty")

>>> list is not empty

判断一个列表是否为空，你不需要写iflen(list)>0，或者写iflist==[]，简明的使用方法是iflist或者ifnotlist，有物则为真，无物则为假。其它判断情况类似。

接下来，还是一个铺垫，这次是进阶知识。零值（含整数0、浮点0.0、虚数0j等）可以映射为False，其它非零值映射为True；但是，反过来，False唯一映射整数0，True唯一映射整数1。

这意味着，可以拿False、True做数学运算。

True + 1 >>>2
True + 1.0 >>>2.0
False + False >>>0
True + (True*2) >>>3
True/2*5 >>>2.5

两个铺垫之后，接下来进入正题了。真正的前方高能！

第一个铺垫告诉我们，对象可以映射成布尔值（True真False假），第二个铺垫告诉我们，布尔值可以映射成数字（1和0）。

你是否觉察出什么了呢？你是否开始好奇，True和Flase到底是什么东西了呢？这到底是什么原理啊？还有，为什么会存在这样的设定呢？

见证真相的时刻到了——在Python中，布尔值其实是整数对象的子类。

type(True) >>> bool
isinstance(True,int)  >>>True
isinstance(False,int) >>>True

啊！哪有什么真真假假，真假并不是本质的存在，真假其实只是数啊！

再回看前面两个铺垫，结合起来，那不就是说，所有对象都映射成了数么？

我不由得想起了2500年前，古希腊哲学家与数学家毕达哥拉斯的哲学命题——万物皆数！

难道这竟是Python的哲学么？总不会是一种巧合吧？

我突然觉得智商不足，思辨受阻。得知布尔值True和False有这一层隐秘的身份，我已兴奋不已，再难对这看似不合现代语境、却又流传千古的思想做出任何揣测。

作者简介：豌豆花下猫，某985高校毕业生，兼具极客思维与人文情怀。公众号Python猫，专注python技术、数据科学和深度学习，力图创造一个有趣又有用的学习分享平台。
声明：本文为作者投稿，版权归作者所有。

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