[Python進階] 1. 列表與元組
一、基礎知識
- 列表和元組，都是一個可以放置任意數據類型的有序集合，列表或元組中的元素數據類型不需要保持一致。
- 列表是
mutable而元組是immutable。 - Python中的列表和元組都支持負數索引，-1表示最後一個元素。
- 列表和元組都支持切片操作，且都可以隨意嵌套。
- 兩者可以通過
list()和tuple()函數相互轉換。
列表和元組常用的內置函數
count(item) 表示統計列表 / 元組中 item 出現的次數。
index(item) 表示返回列表 / 元組中 item 第一次出現的索引。
list.reverse() 和 list.sort() 分別表示原地倒轉列表和排序(注意，元組沒有內置的這兩個函數)。
reversed() 和 sorted() 同樣表示對列表 / 元組進行倒轉和排序，但是會返回一個倒轉後或者排好序的新的列表 / 元組。
二、列表和元組的存儲方式
>>> l = [1, 2, 3]
>>> l.__sizeof__()
64
>>> tup = (1, 2, 3)
>>> tup.__sizeof__()
48
上面結果表明對於相同元素的元組與列表，元組的存儲空間比列表要少 16 字節。
- 由於列表是動態的，所以它需要存儲指針，來指向對應的元素，int型指針佔8個字節。
- 由於列表可變，所以需要額外存儲已經分配的長度大小(8 字節)，這樣纔可以實時追蹤列表空間的使用情況，當空間不足時，及時分配額外空間。
>>> l = []
>>> l.__sizeof__() #空列表的存儲空間爲 40 字節
40
>>> l.append(1)
>>> l.__sizeof__()
72 #加入了元素 1 之後，列表爲其分配了可以存儲 4 個元素的空間 (72 - 40)/8 = 4
>>> l.append(2)
>>> l.__sizeof__()
72 #由於之前分配了空間，所以加入元素 2，列表空間不變
>>> l.append(3)
>>> l.__sizeof__()
72
>>> l.append(4)
>>> l.__sizeof__()
72
>>> l.append(5)
>>> l.__sizeof__()
104 #加入元素5之後，列表的空間不足，所以又額外分配了可以存儲 4 個元素的空間
列表空間分配：爲了減小每次增加 / 刪減操作時空間分配的開銷，Python 每次分配空間時都會額外多分配一些，這樣的機制 (over-allocating)保證了其操作的高效性：增加 / 刪除的時間複雜度均爲 O(1)。
三、列表和元組的性能
由存儲方式的區別可以得出結論：元組要比列表更加輕量級一些，所以總體上來說，元組的性能速度要略優於列表。
Python 會在後臺，對靜態數據做一些資源緩存(resource caching)。通常來說， 因爲垃圾回收機制的存在，如果一些變量不被使用了，Python 就會回收它們所佔用的內存，返還給操作系統，以便其他變量或其他應用使用。
但是對於一些靜態變量，比如元組，如果它不被使用並且佔用空間不大時，Python 會暫時緩存這部分內存。這樣，下次我們再創建同樣大小的元組時，Python 就可以不用再向操作系統發出請求，去尋找內存，而是可以直接分配之前緩存的內存空間，這樣就能大大加快程序的運行速度。
-
計算初始化一個相同元素的列表和元組分別所需的時間。可以看到，元組的初始化速度，要比列表快 5 倍。
python3 -m timeit 'x=(1,2,3,4,5,6)' 20000000 loops, best of 5: 13.5 nsec per loop python3 -m timeit 'x=[1,2,3,4,5,6]' 5000000 loops, best of 5: 67.7 nsec per loop -
如果是索引操作的話，兩者的速度差別非常小，幾乎可以忽略不計。
python3 -m timeit -s 'x=[1,2,3,4,5,6]' 'y=x[3]' 10000000 loops, best of 5: 30.1 nsec per loop python3 -m timeit -s 'x=(1,2,3,4,5,6)' 'y=x[3]' 10000000 loops, best of 5: 30.2 nsec per loop -
如果增加、刪減或者改變元素，那麼顯然列表更優，因爲元組要重新開闢內存空間。
四、列表和元組的使用場景
- 元組適用於存儲的數據和數量不變。
- 列表適用於存儲的數據或數量是可變的。
五、總結
列表是動態的，長度可變，可以隨意的增加、刪減或改變元素。列表的存儲空間略大於元組，性能略遜於元組。
元組是靜態的，長度大小固定，不可以對元素進行增加、刪減或者改變操作。元組相對於列表更加輕量級，性能稍優。