一个关于 += 的谜题

原文链接： 一个关于 += 的谜题

今天在看书过程中发现了一个问题，还挺有意思的，分享给大家。

下面两个 Python 表达式会产生什么结果？

t = (1, 2, [3, 4])
t[2] += [5, 6]

给四个备选答案：

1. t 变成 (1, 2, [3, 4, 5, 6])。
2. 因为 tuple 不支持对它的元素赋值，所以会抛出 TypeError 异常。
3. 以上两个都不是。
4. 以上两个都是对的。

当时看到这个问题，第一反应就是选 2。因为 tuple 是不可变对象，不支持对它的元素赋值，会报错。

但事实上，这道题的正解是 4。

在终端里验证一下：

Python 3.8.2 (default, Oct  2 2020, 10:45:42)
[Clang 12.0.0 (clang-1200.0.32.27)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>>
>>> t = (1, 2, [3, 4])
>>> t[2] += [5, 6]
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
TypeError: "tuple" object does not support item assignment

结果是没问题的，t 被修改了，但是也报错了。

还可以在 Python Tutor 上分析一下：

网站地址： https://pythontutor.com/

这个网站可以可视化分析 Python 的运行过程和原理。

执行第一个表达式：

执行第二个表达式：

为什么会这样呢？可以从两个方面来解释：

一、对象类型

Python 中的对象可以分成两类，可变对象和不可变对象，比如一些内置类型：

1. 可变对象：list，set，dict。
2. 不可变对象：int，float，bool，string，tuple。

举一个例子：

可变对象：

>>> a = [1, 2, 3]
>>> id(a)
2139167246856
>>> b = a
>>> id(b)
2139167246856
>>> a[1] = 4
>>> a
[1, 4, 3]
>>> b
[1, 4, 3]
>>> id(a)
2139167246856
>>> id(b)
2139167246856

可以看到，改变 a 的同时 b 也跟着变，因为他们始终指向同一个地址。

不可变对象：

>>> a = (1, 2, 3)
>>> id(a)
2139167074776
>>> b = a
>>> a = (4, 5, 6)
>>> a
(4, 5, 6)
>>> b
(1, 2, 3)
>>> id(a)
2139167075928
>>> id(b)
2139167074776

可以看到，a 的值改变后，它的地址也发生了变化，而 b 还是原来的地址，并且原地址中的内容也没有发生变化。

二、字节码

首先解释一下字节码是什么？

Python 执行程序时会把源码文件编译成字节码文件，存放在 __pycahe 目录内，文件用 .pyc 结尾。之后如果不再修改源码文件，运行时则直接使用 .pyc 文件编译成机器码，这样不但运行速度快，而且支持多个操作系统。

字节码，其实就是一种中间代码。

下面用 dis 模块来看一下表达式 s[a] += b 的执行过程：

>>> import dis
>>> dis.dis("s[a] += b")
  1           0 LOAD_NAME                0 (s)
              2 LOAD_NAME                1 (a)
              4 DUP_TOP_TWO
              6 BINARY_SUBSCR
              8 LOAD_NAME                2 (b)
             10 INPLACE_ADD
             12 ROT_THREE
             14 STORE_SUBSCR
             16 LOAD_CONST               0 (None)
             18 RETURN_VALUE
>>>

通过分析字节码，可以看到其中的关键三步：

1. 4 DUP_TOP_TWO：将 s[a] 存入 TOS（Top Of Stack）。
2. 10 INPLACE_ADD：执行 TOS += b，带入到文章开头的表达式，就相当于向 t[2] 中添加元素，因为 t[2] 是 list，可变对象，所以这一操作没有问题。
3. 14 STORE_SUBSCR：将结果保存回 s[a] = TOS，这相当于将结果重新赋值回 t，由于 t 是 tuple，不可变对象，所以报错。

虽然这个问题在平时开发中可能并不常见，但通过分析还是有不少知识点可以深挖的。

简单总结以下三点：

1. 不要把可变对象放在元组里面。
2. 增量赋值不是一个原子操作。我们刚才也看到了，它虽然抛出了异常，但还是完成了操作。
3. 查看 Python 的字节码并不难，而且它对我们了解代码背后的运行机制很有帮助。

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