Python元组的赋值谜题

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相信很多人对tuple和list的区别的理解是tuple是一个不可变的序列, 不能对它的元素赋值。我之前也是这么理解的，举个例子：

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In : a = (1, 2, 3)  
In : a[3] = 4  
---------------------------------------------------------------------------  
TypeError                                 Traceback (most recent call last)  
<ipython-input-5-d840230b1ac3> in <module>()  
----> 1 a[3] = 4  
  
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment  
  
In : a  
Out: (1, 2, 3)

也就是一个元组生成，它的元素就不再能改变了。
但是相信很多人见过下面这样的玩法（有人把它当做Python的一个笑话）：

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In : a = (1, 2, [3, 4])  
In : a[2] += [5, 6]  
---------------------------------------------------------------------------  
TypeError                                 Traceback (most recent call last)  
<ipython-input-2-84fb4a701b92> in <module>()  
----> 1 a[2] += [5, 6]  
  
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment  
  
In : a  
Out: (1, 2, [3, 4, 5, 6])

明确的报错了，可是为了a的值还是改了呢？
我曾经思考过这个问题，直接上感觉是「对列表[3, 4]的赋值成功，但是后来发生的元组赋值失败造成的」，但是一直苦于没有证据。直到昨晚看《Fluent
Python》的时候，才从作者哪里获得了肯定的答案。今天我们用dis模块来分析+=所产生的bytecode(把python代码反汇编为字节码指令)：

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In : import dis  
In : a = (1, 2, [3, 4])  
In : dis.dis('a[2] += [5, 6]')  
  1           0 LOAD_NAME                0 (a)  
              2 LOAD_CONST               0 (2)  
              4 DUP_TOP_TWO  
              6 BINARY_SUBSCR  
              8 LOAD_CONST               1 (5)  
             10 LOAD_CONST               2 (6)  
             12 BUILD_LIST           
             14 INPLACE_ADD  
             16 ROT_THREE  
             18 STORE_SUBSCR  
             20 LOAD_CONST               3 (None)  
             22 RETURN_VALUE

看起来出现了一坨指令，我挨个逐步的解释下：

  1. LOAD_NAME。把本地变量中相关的值（也就是a）放入堆栈。
  2. LOAD_CONST。把字节码中用到的对应常量(也就是2)放入堆栈。
  3. DUP_TOP_TWO。复制栈顶中前2个引用（也就是a和2），并保留顺序。
  4. BINARY_SUBSCR。把a[2]放到栈顶。
  5. LOAD_CONST。再分别把5和6放入堆栈。
  6. BUILD_LIST。 根据目前堆栈包含的数量创建一个列表，并放入堆栈。
  7. INPLACE_ADD。a += b其实就是a = a + b，也就是对栈顶做in-place add的操作。
  8. ROT_THREE。把堆栈中的第二和第三升高，把栈顶（也就是[3, 4, 5, 6]）降到栈中的第三位。
  9. STORE_SUBSCR。就是执行a[2] = [3, 4, 5, 6]。但是由于tuple不可变，这步失败了。
    可以看到执行的过程，是先对列表进行了iadd操作并且成功，而之后的tuple赋值失败报错。
    也就是：
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x = a[2]   
x = x.__iadd__([5, 6])  
a[2] = x

这样。验证下：

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In : a = (1, 2, [3, 4])  
In : a[2] = [3, 4, 5, 6]  
---------------------------------------------------------------------------  
TypeError                                 Traceback (most recent call last)  
<ipython-input-31-d5ba6baf4cf6> in <module>()  
----> 1 a[2] = [3, 4, 5, 6]  
  
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment  
  
In : a  
Out: (1, 2, [3, 4])

可以看到直接赋值的没有成功。
在Python中，变量赋值采用对象引用的方式，传递的是一个对象的内存地址（像一个指针）。在这里a各项指向了内存中储存了不同数据的实体，对list实体的修改会成功：

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In : b = [3, 4]  
In : a = (1, 2, b)  
In : id(b)  
Out: 4571378504  
  
In : a[2] += [5, 6]  
---------------------------------------------------------------------------  
TypeError                                 Traceback (most recent call last)  
<ipython-input-16-84fb4a701b92> in <module>()  
----> 1 a[2] += [5, 6]  
  
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment  
  
In : id(b)  
Out: 4571378504  
  
In : a  
Out: (1, 2, [3, 4, 5, 6])

可以看到b在值被改变之后，还是原来的那个对象。但是对于其他项的修改就不成功：

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In : a[1] += 1  
---------------------------------------------------------------------------  
TypeError                                 Traceback (most recent call last)  
<ipython-input-25-9fac1c91b625> in <module>()  
----> 1 a[1] += 1  
  
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment  
  
In : a  
Out: (1, 2, [3, 4, 5, 6])

这是因为数值型（number)、字符串(string)均为不可变的对象。而字典也可以修改成功：

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In : a = (1, 2, {'b': 1})  
In : a[2]['b'] += 3  
  
In : a  
Out: (1, 2, {'b': 4})

竟然没有报错就成功了。我们再直接赋值看看：

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In : a[2] = {'b': 5}  
---------------------------------------------------------------------------  
TypeError                                 Traceback (most recent call last)  
<ipython-input-36-a2916525c596> in <module>()  
----> 1 a[2] = {'b': 5}  
  
TypeError: 'tuple' object does not support item assignment  
  
In : a  
Out: (1, 2, {'b': 4})

所以a[2]['b'] += 3并不是对元组的赋值，而是直接操作了元组中的字典项了。感受下：

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In : a = (1, 2, {'b': 1})  
  
In : dis.dis("a[2]['b'] += 5")  
          0 STORE_GLOBAL    12891 (12891)  
          3 FOR_ITER        10075 (to 10081)  
          6 DELETE_GLOBAL   23847 (23847)  
          9 SLICE+2  
         10 STORE_SLICE+3  
         11 DELETE_SUBSCR  
         12 SLICE+2  
         13 DELETE_SLICE+3  
  
In : c = a[2]  
In : c  
Out: {'b': 1}  
  
In : dis.dis("c['b'] += 5")  
          0 DUP_TOPX    
          3 DELETE_GLOBAL   23847 (23847)  
          6 SLICE+2  
          7 STORE_SLICE+3  
          8 DELETE_SUBSCR  
          9 SLICE+2  
         10 DELETE_SLICE+3

看到了吧，c是一个dict，对c['b'] += 5"操作的字节码指令和a[2]['b'] += 5的下面绝大部分的指令一样。

版权声明：本文由 董伟明 原创，未经作者授权禁止任何微信公众号和向掘金(juejin.im)转载，技术博客转载采用 保留署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0-国际许可协议
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