已完成專題：
1.我的施工計劃
2.數字專題
3.字符串專題
今天列表專題的目錄如下：
列表基礎
1 創建列表
2 訪問元素
3 添加元素
4 刪除元素
5 list 與 in
6 list 與數字
7 列表生成式
列表進階
8 其他常用API
9 列表實現棧
10 列表包含自身
11 插入元素性能分析
12 深淺拷貝
13 列表可變性
列表基礎
1 創建列表
列表是一個容器，使用一對中括號[]創建一個列表。
創建一個空列表：
a = [] # 空列表
創建一個含有 5 個整型元素的列表a：
a = [3,7,4,2,6]
列表與我們熟知的數組很相似，但又有很大區別。
一般數組內的元素要求同一類型，但是列表內可含有各種不同類型，包括再嵌套列表。
如下，列表a包含三種類型：整形，字符串，浮點型：
如下列表a嵌套兩個列表：
2 訪問元素
列表訪問主要包括兩種：索引和切片。
如下，訪問列表a可通過我們所熟知的正向索引，注意從0開始；
也可通過Python特有的負向索引，
即從列表最後一個元素往前訪問，此時索引依次被標記爲-1,-2,...,-5 ，注意從-1開始。
除了以上通過索引訪問單個元素方式外，
還有非常像matlab的切片訪問方式，這是一次訪問多個元素的方法。
切片訪問的最基本結構：中間添加一個冒號。
如下切片，能一次實現訪問索引爲1到4，不包括4的序列：
In [1]: a=[3,7,4,2,6]
In [2]: a[1:4]
Out[2]: [7, 4, 2]
Python支持負索引，能帶來很多便利。比如能很方便的獲取最後三個元素：
In [1]: a=[3,7,4,2,6]
In [3]: a[-3:]
Out[3]: [4, 2, 6]
除了使用一個冒號得到連續切片外，
使用兩個冒號獲取帶間隔的序列元素，兩個冒號後的數字就是間隔長度：
In [1]: a=[3,7,4,2,6]
In [7]: a[::2] # 得到切片間隔爲2
Out[7]: [3, 4, 6]
其實最全的切片結構：start:stop:interval，如下所示，獲得切片爲：索引從1到5間隔爲2:
In [6]: a=[3,7,4,2,6]
In [7]: a[1:5:2]
Out[7]: [7, 2]
3 添加元素
列表與數組的另一個很大不同，使用數組前，需要知道數組長度，便於從系統中申請內存。
但是，列表卻不需要預先設置元素長度。
它支持任意的動態添加元素，完全不用操心列表長短。
它會隨着數組增加或刪除而動態的調整列表大小。
這與數據結構中的線性表或向量很相似。
添加元素通常有兩類場景。
append一次添加1個元素，insert在指定位置添加元素：
In [8]: a=[3,7,4,2,6]
In [9]: a.append(1) # append默認在列表尾部添加元素
In [10]: a
Out[10]: [3, 7, 4, 2, 6, 1]
In [11]: a.insert(2,5) # insert 在索引2處添加元素5
In [12]: a
Out[12]: [3, 7, 5, 4, 2, 6, 1]
extend或直接使用+實現一次添加多個元素：
In [13]: a.extend([0,10])# 一次就地添加0,10兩個元素
In [14]: a
Out[14]: [3, 7, 5, 4, 2, 6, 1, 0, 10]
In [15]: b = a+[11,21] # + 不是就地添加，而是重新創建一個新的列表
In [16]: b
Out[16]: [3, 7, 5, 4, 2, 6, 1, 0, 10, 11, 21]
這裏面有一個重要細節，不知大家平時注意到嗎。
extend 方法實現批量添加元素時未創建一個新的列表，而是直接添加在原列表中，這被稱爲in-place，就地。而b=a+list對象實際是創建一個新的列表對象，所以不是就地批量添加元素。
但是，a+=一個列表對象，+=操作符則就會自動調用extend方法進行合併運算。大家注意這些微妙的區別，不同場景選用不同的API，以此高效節省內存。
4 刪除元素
刪除元素的方法有三種：remove,pop,del.
remove直接刪除元素，若被刪除元素在列表內重複出現多次，則只刪除第一次：
In [17]: a=[1,2,3,2,4,2]
In [18]: a.remove(2)
In [19]: a
Out[19]: [1, 3, 2, 4, 2]
pop方法若不帶參數默認刪除列表最後一個元素；若帶參數則刪除此參數代表的索引處的元素：
In[19]: a = [1, 3, 2, 4, 2]
In [20]: a.pop() # 刪除最後一個元素
Out[20]: 2
In [21]: a
Out[21]: [1, 3, 2, 4]
In [22]: a.pop(1) # 刪除索引等於1的元素
Out[22]: 3
In [23]: a
Out[23]: [1, 2, 4]
del與pop相似，刪除指定索引處的元素：
In [24]: a = [1, 2, 4]
In [25]: del a[1:] # 刪除索引1到最後的切片序列
In [26]: a
Out[26]: [1]
5 list 與 in
列表是可迭代的，除了使用類似c語言的索引遍歷外，還支持for item in alist這種直接遍歷元素的方法：
In [28]: a = [3,7,4,2,6]
In [29]: for item in a:
...: print(item)
3
7
4
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6
in 與可迭代容器的結合，還用於判斷某個元素是否屬於此列表：
In [28]: a = [3,7,4,2,6]
In [30]: 4 in a
Out[30]: True
In [31]: 5 in a
Out[31]: False
6 list 與數字
內置的list與數字結合，實現元素的複製，如下所示：
In [32]: ['Hi!'] * 4
Out[32]: ['Hi!', 'Hi!', 'Hi!', 'Hi!']
表面上這種操作太方便，實際確實也很方便，比如我想快速打印20個-，只需下面一行代碼：
In [33]: '-'*20
Out[33]: '--------------------'
使用列表與數字相乘構建二維列表，然後第一個元素賦值爲[1,2]，第二個元素賦值爲[3,4]，第三個元素爲[5] ：
In [34]: a = [[]] * 3
In [35]: a[0]=[1,2]
In [36]: a[1]=[3,4]
In [37]: a[2]=[5]
In [38]: a
Out[38]: [[1, 2], [3, 4], [5]]
7 列表生成式
列表生成式是創建列表的一個方法，它與使用append等API創建列表相比，書寫更加簡潔。
使用列表生成式創建1到50的所有奇數列表：
a=[i for i in range(50) if i&1]
列表進階
8 其他常用API
除了上面提到的方法外，列表封裝的其他方法還包括如下：
clear,index,count,sort,reverse,copy
clear 用於清空列表內的所有元素index 用於查找裏面某個元素的索引:
In [4]: a=[1,3,7]
In [5]: a.index(7)
Out[5]: 2
count 用於統計某元素的出現次數：
In [6]: a=[1,2,3,2,2,5]
In [7]: a.count(2) # 元素2出現3次
Out[7]: 3
sort 用於元素排序，其中參數key定製排序規則。如下列表，其元素爲元祖，根據元祖的第二個值由小到大排序：
In [8]: a=[(3,1),(4,1),(1,3),(5,4),(9,-10)]
In [9]: a.sort(key=lambda x:x[1])
In [10]: a
Out[10]: [(9, -10), (3, 1), (4, 1), (1, 3), (5, 4)]
reverse 完成列表反轉：
In [15]: a=[1,3,-2]
In [16]: a.reverse()
In [17]: a
Out[17]: [-2, 3, 1]
copy 方法在下面講深淺拷貝時會詳細展開。
9 列表實現棧
列表封裝的這些方法，實現棧這個常用的數據結構比較容易。棧是一種只能在列表一端進出的特殊列表，pop方法正好完美實現：
In [23]: stack=[1,3,5]
In [24]: stack.append(0) # push元素0到尾端，不需要指定索引
In [25]: stack
Out[25]: [1, 3, 5, 0]
In [26]: stack.pop() # pop元素，不需指定索引，此時移出尾端元素
Out[26]: 0
In [27]: stack
Out[27]: [1, 3, 5]
由此可見Python的列表當做棧用，完全沒有問題，push 和 pop 操作的時間複雜度都爲 O(1)
但是使用列表模擬隊列就不那麼高效了，需要藉助Python的collections模塊中的雙端隊列deque實現。
10 列表包含自身
列表的賦值操作，有一個非常有意思的問題，大家不妨耐心看一下。
In [1]: a=[1,3,5]
In [2]: a[1]=a # 列表內元素指向自身
這樣相當於創建了一個引用自身的結構。
打印結果顯示是這樣的：
In [3]: a
Out[3]: [1, [...], 5]
中間省略號表示無限循環，這種賦值操作導致無限循環，這是爲什麼？下面分析下原因。
執行 a = [1,3,5] 的時候，Python 做的事情是首先創建一個列表對象 [1, 3, 5]，然後給它貼上名爲a的標籤。
執行 a[1] = a 的時候，Python 做的事情則是把列表對象的第二個元素指向a所引用的列表對象本身。
執行完畢後，a標籤還是指向原來的那個對象，只不過那個對象的結構發生了變化。
從之前的列表 [1,3,5] 變成了 [1,[...], 5]，而這個[...]則是指向原來對象本身的一個引用。
如下圖所示：
可以看到形成一個環路：a[1]--->中間元素--->a[1]，所以導致無限循環。
11 插入元素性能分析
與常規數組需要預先指定長度不同，Python 中list不需要指定容器長度，允許我們隨意的添加刪除元素。
但是這種便捷性也會帶來一定副作用，就是插入元素的時間複雜度爲O(n)，而不是O(1)，因爲insert會導致依次移動插入位置後的所有元素。
爲了加深對插入元素的理解，特意把cpython實現insert元素的操作源碼拿出來。
可以清楚看到insert元素時，插入位置處的元素都會後移一個位置，因此插入元素的時間複雜爲O(n)，所以凡是涉及頻繁插入刪除元素的操作，都不太適合用list.
static int
ins1(PyListObject *self, Py_ssize_t where, PyObject *v)
{
assert((size_t)n + 1 < PY_SSIZE_T_MAX);
if (list_resize(self, n+1) < 0)
return -1;
if (where < 0) {
where += n;
if (where < 0)
where = 0;
}
if (where > n)
where = n;
items = self->ob_item;
//依次移動插入位置後的所有元素
// O(n) 時間複雜度
for (i = n; --i >= where; )
items[i+1] = items[i];
Py_INCREF(v);
items[where] = v;
return 0;
}
12 深淺拷貝
list 封裝的copy 方法實現對列表的淺拷貝，淺拷貝只拷貝一層，具體拿例子說：
In [38]: c =[1,3,5]
In [39]: cc = c.copy()
c和cc分別指向一片不同內存，示意圖如下：
這樣修改cc的第一個元素，原來c不受影響：
In [40]: cc[0]=10 # 修改cc第一個元素
In [41]: cc
Out[41]: [10, 3, 5]
In [42]: c # 原來 c 不受影響
Out[42]: [1, 3, 5]
但是，如果內嵌一層列表，再使用copy時只拷貝一層：
In [32]: a=[[1,3],[4,2]]
In [33]: ac = a.copy()
In [34]: ac
Out[34]: [[1, 3], [4, 2]]
上面的示意圖清晰的反映出這一點，內嵌的列表並沒有實現拷貝。因此再修改內嵌的元素時，原來的列表也會受到影響。
In [35]: ac[0][0]=10
In [36]: ac
Out[36]: [[10, 3], [4, 2]]
In [37]: a
Out[37]: [[10, 3], [4, 2]]
要想實現深度拷貝，需要使用Python模塊copy中的deepcopy方法。
13 列表可變性
列表是可變的，可變的對象是不可哈希的，不可哈希的對象不能被映射，因此不能被用作字典的鍵。
In [51]: a=[1,3]
In [52]: d={a:'不能被哈希'} #會拋出如下異常
# TypeError: unhashable type: 'list'
但是，有時我們確實需要列表對象作爲鍵，這怎麼辦？
可以將列表轉化爲元祖，元祖是可哈希的，所以能作爲字典的鍵。
總結
以上就是列表專題的所有13個方面總結，目錄如下：
列表基礎
1 創建列表
2 訪問元素
3 添加元素
4 刪除元素
5 list 與 in
6 list 與數字
7 列表生成式
列表進階
8 其他常用API
9 列表實現棧
10 列表包含自身
11 插入元素性能分析
12 深淺拷貝
13 列表可變性
總結
另外，振哥努力擠時間寫原創文章，爲大家爭取來了留言送書機會。
復旦大學邱老師這本書不用我多說，屬於經典必讀書籍。本次留言送1本，7月3日晚上揭曉誰的留言會被送書1本。
不管是這篇專題總結還是送書，振哥都十分用心，只想爲朋友們奉獻一點。這篇文章完成花費我好幾天時間，全文4200多字，多幅圖，全部是個人一字一字寫出來的。原創不易，歡迎三連支持，讓我更有動力堅持寫好下一個專題，完成整個施工。