Python中的高级编程一些小技巧总结

正文：

本文展示一些高级的Python设计结构和它们的使用方法。在日常工作中，你可以根据需要选择合适的数据结构，例如对快速查找性的要求、对数据一致性的要求或是对索引的要求等，同时也可以将各种数据结构合适地结合在一起，从而生成具有逻辑性并易于理解的数据模型。Python的数据结构从句法上来看非常直观，并且提供了大量的可选操作。这篇指南尝试将大部分常用的数据结构知识放到一起，并且提供对其最佳用法的探讨。
推导式(Comprehensions)

如果你已经使用了很长时间的Python，那么你至少应该听说过列表推导(list comprehensions)。这是一种将for循环、if表达式以及赋值语句放到单一语句中的一种方法。换句话说，你能够通过一个表达式对一个列表做映射或过滤操作。

一个列表推导式包含以下几个部分：

举个例子，我们需要从一个输入列表中将所有大于0的整数平方生成一个新的序列，你也许会这么写：

num = [1, 4, -5, 10, -7, 2, 3, -1]
filtered_and_squared = []
 
for number in num:
 if number > 0:
 filtered_and_squared.append(number ** 2)
print filtered_and_squared
 
# [1, 16, 100, 4, 9]

很简单是吧？但是这就会有4行代码，两层嵌套外加一个完全不必要的append操作。而如果使用filter、lambda和map函数，则能够将代码大大简化：

num = [1, 4, -5, 10, -7, 2, 3, -1]
filtered_and_squared = map(lambda x: x ** 2, filter(lambda x: x > 0, num))
print filtered_and_squared
 
# [1, 16, 100, 4, 9]

嗯，这么一来代码就会在水平方向上展开。那么是否能够继续简化代码呢？列表推导能够给我们答案:

num = [1, 4, -5, 10, -7, 2, 3, -1]
filtered_and_squared = [ x**2 for x in num if x > 0]
print filtered_and_squared
 
# [1, 16, 100, 4, 9]

列表推导式被封装在一个列表中，所以很明显它能够立即生成一个新列表。这里只有一个type函数调用而没有隐式调用lambda函数，列表推导式正是使用了一个常规的迭代器、一个表达式和一个if表达式来控制可选的参数。

另一方面，列表推导也可能会有一些负面效应，那就是整个列表必须一次性加载于内存之中，这对上面举的例子而言不是问题，甚至扩大若干倍之后也都不是问题。但是总会达到极限，内存总会被用完。

针对上面的问题，生成器(Generator)能够很好的解决。生成器表达式不会一次将整个列表加载到内存之中，而是生成一个生成器对象(Generator objector)，所以一次只加载一个列表元素。

生成器表达式同列表推导式有着几乎相同的语法结构，区别在于生成器表达式是被圆括号包围，而不是方括号：

num = [1, 4, -5, 10, -7, 2, 3, -1]
filtered_and_squared = ( x**2 for x in num if x > 0 )
print filtered_and_squared
 
# <generator object <genexpr> at 0x00583E18>
 
for item in filtered_and_squared:
 print item
 
# 1, 16, 100 4,9

这比列表推导效率稍微提高一些，让我们再一次改造一下代码：

num = [1, 4, -5, 10, -7, 2, 3, -1]
 
def square_generator(optional_parameter):
 return (x ** 2 for x in num if x > optional_parameter)
 
print square_generator(0)
# <generator object <genexpr> at 0x004E6418>
 
# Option I
for k in square_generator(0):
 print k
# 1, 16, 100, 4, 9
 
# Option II
g = list(square_generator(0))
print g
# [1, 16, 100, 4, 9]

除非特殊的原因，应该经常在代码中使用生成器表达式。但除非是面对非常大的列表，否则是不会看出明显区别的。

下例使用zip()函数一次处理两个或多个列表中的元素：

alist = ['a1', 'a2', 'a3']
blist = ['1', '2', '3']
 
for a, b in zip(alist, blist):
 print a, b
 
# a1 1
# a2 2
# a3 3

再来看一个通过两阶列表推导式遍历目录的例子：

import os
def tree(top):
 for path, names, fnames in os.walk(top):
 for fname in fnames:
 yield os.path.join(path, fname)
 
for name in tree('C:UsersXXXDownloadsTest'):
 print name

装饰器(Decorators)

装饰器为我们提供了一个增加已有函数或类的功能的有效方法。听起来是不是很像Java中的面向切面编程(Aspect-Oriented Programming)概念？两者都很简单，并且装饰器有着更为强大的功能。举个例子，假定你希望在一个函数的入口和退出点做一些特别的操作(比如一些安全、追踪以及锁定等操作)就可以使用装饰器。

装饰器是一个包装了另一个函数的特殊函数：主函数被调用，并且其返回值将会被传给装饰器，接下来装饰器将返回一个包装了主函数的替代函数，程序的其他部分看到的将是这个包装函数。

def timethis(func):
 '''
 Decorator that reports the execution time.
 '''
 pass
 
@timethis
def countdown(n):
 while n > 0:
 n -= 1

语法糖@标识了装饰器。

好了，让我们回到刚才的例子。我们将用装饰器做一些更典型的操作：

import time
from functools import wraps
 
def timethis(func):
 '''
 Decorator that reports the execution time.
 '''
 @wraps(func)
 def wrapper(*args, **kwargs):
 start = time.time()
 result = func(*args, **kwargs)
 end = time.time()
 print(func.name, end-start)
 return result
 return wrapper
 
@timethis
def countdown(n):
 while n > 0:
 n -= 1
 
countdown(100000)
 
# ('countdown', 0.006999969482421875)

当你写下如下代码时：

@timethis
def countdown(n):

意味着你分开执行了以下步骤：

def countdown(n):
...
countdown = timethis(countdown)

装饰器函数中的代码创建了一个新的函数(正如此例中的wrapper函数)，它用 *args 和 **kwargs 接收任意的输入参数，并且在此函数内调用原函数并且返回其结果。你可以根据自己的需要放置任何额外的代码(例如本例中的计时操作)，新创建的包装函数将作为结果返回并取代原函数。

@decorator
def function():
 print("inside function")

当编译器查看以上代码时，function()函数将会被编译，并且函数返回对象将会被传给装饰器代码，装饰器将会在做完相关操作之后用一个新的函数对象代替原函数。

装饰器代码是什么样的？大部分的例子都是将装饰器定义为函数，而我发觉将装饰器定义成类更容易理解其功能，并且这样更能发挥装饰器机制的威力。

对装饰器的类实现唯一要求是它必须能如函数一般使用，也就是说它必须是可调用的。所以，如果想这么做这个类必须实现call方法。

这样的装饰器应该用来做些什么？它可以做任何事，但通常它用在当你想在一些特殊的地方使用原函数时，但这不是必须的，例如：

class decorator(object):
 
 def init(self, f):
 print("inside decorator.init()")
 f() # Prove that function definition has completed
 
 def call(self):
 print("inside decorator.call()")
 
@decorator
def function():
 print("inside function()")
 
print("Finished decorating function()")
 
function()
 
# inside decorator.init()
# inside function()
# Finished decorating function()
# inside decorator.call()