python3 namedtuple_你不能低估的Python数据结构Namedtuple(二)
上篇你不能低估的Python数据结构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:
- namedtuple
- 常规类
- 第三方库,attrs
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 = rself.g = gself.b = bself.alpha = alphadef __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 Falsereturn (self.r == other.rand self.g == other.gand self.b == other.band self.alpha == other.alpha)
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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。
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:http://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
...
@dataclass
class Color:"""A regular class that represents a color."""r: floatg: floatb: floatalpha: 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 dataclass
from typing import Optional
...
@dataclass
class Color:"""A regular class that represents a color."""r: floatg: floatb: floatalpha: Optional[float]
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我们可以像这样实例化它:
>>> blue = Color(r=0, g=0, b=255)
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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
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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:...
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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
...
@dataclass
class Color:"""A regular class that represents a color."""r: floatg: floatb: floatalpha: floatdef __iter__(self):yield from dataclasses.astuple(self)
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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.r
36.8 ns ± 0.109 ns per loop (mean ± std. dev. of 7 runs, 10000000 loops each)In [12]: %timeit color_cls.r
38.4 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: floatg: floatb: floatalpha: float
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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.
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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)
>>> c
Color(r=0, g=0, b=0, alpha=None)
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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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