你可能不知道的Python技巧小结

译者 | 豌豆花下猫

声明：本文已获得原作者授权进行翻译，转载时请务必保留原文出处，严禁用于任何商业或非法用途。

网络上关于Python酷炫特性的文章层出不穷，如变量解包、偏函数、枚举可迭代对象等。然而，Python中仍有大量值得探讨的特性未被广泛提及。本文旨在分享一些作者熟悉且常用，却较少见于其他文章的特性。让我们开始探索吧。

字符串处理与迭代器操作

1、对输入的字符串“消毒”

对用户输入进行“消毒”几乎是所有程序开发中都会遇到的问题。通常情况下，将字符转换为小写或大写即可满足需求；有时使用正则表达式也能解决问题。但对于更复杂的情况，还有更优的解决方案：

user_input = "This\nstring has\tsome whitespaces...\r\n"

character_map = {
 ord('\n') : ' ',
 ord('\t') : ' ',
 ord('\r') : None
}
user_input.translate(character_map) # This string has some whitespaces... "

在上述示例中，空格字符“\n”和“\t”被替换为单个空格，而“\r”则被直接删除。这只是一个简单的例子，我们还可以更进一步，利用unicodedata库及其combining() 函数生成更大的重映射表（remapping table），从而删除字符串中的所有重音符号。

2、对迭代器切片

如果尝试直接对迭代器进行切片操作，会收到TypeError，提示该对象不可取下标（not subscriptable）。不过，有一个简单的解决方案：

import itertools

s = itertools.islice(range(50), 10, 20) # <itertools.islice object at 0x7f70fab88138>
for val in s:
 ...

使用itertools.islice，我们可以创建一个islice对象，它是一个迭代器，能够生成我们所需的内容。但这里有一个重要提醒：它会消耗掉切片前以及切片对象islice中的所有元素。

（译注：更多关于迭代器切片的内容，可阅读Python进阶：迭代器与迭代器切片）

3、跳过可迭代对象的开始

有时我们需要处理某些文件，它们以可变数量的不需要的行（例如注释）开头。itertools再次提供了简单的解决方案：

string_from_file = """
// Author: ...
// License: ...
//
// Date: ...

Actual content...
"""

import itertools

for line in itertools.dropwhile(lambda line:line.startswith("//"), string_from_file.split("\n")):
 print(line)

这段代码仅会打印在初始注释部分之后的内容。如果我们只想丢弃迭代器的开头部分（在此例中是注释），且不知道具体有多少内容，那么此方法非常有用。

函数定义与上下文管理器

4、仅支持关键字参数（kwargs）的函数

当需要函数提供更清晰的参数时，创建仅支持关键字参数的函数可能会非常有用：

def test(*, a, b):
 pass

test("value for a", "value for b") # TypeError: test() takes 0 positional arguments...
test(a="value", b="value 2") # Works...

如你所见，可以在关键字参数之前放置单个*参数来轻松解决此问题。如果我们将位置参数放在*参数之前，则显然也可以有位置参数。

5、创建支持with语句的对象

我们都知道如何使用with语句，例如打开文件或获取锁，但是我们可以实现自己的吗？是的，我们可以使用__enter__和__exit__方法来实现上下文管理器协议：

class Connection:
 def __init__(self):
 ...

 def __enter__(self):
 # Initialize connection...

 def __exit__(self, type, value, traceback):
 # Close connection...

with Connection() as c:
 # __enter__() executes
 ...
 # conn.__exit__() executes

这是在Python中实现上下文管理的最常见方法，但是还有一种更简单的方法：

from contextlib import contextmanager

@contextmanager
def tag(name):
 print(f"<{name}>")
 yield
 print(f"</{name}>")

with tag("h1"):
 print("This is Title.")

上面的代码段使用contextmanager装饰器实现了内容管理协议。tag函数的第一部分（yield之前）会在进入with语句时执行，然后执行with的代码块，最后会执行tag函数的剩余部分。

内存优化与资源限制

6、用__slots__节省内存

如果你曾经编写过一个程序，该程序创建了某个类的大量实例，那么你可能已经注意到你的程序突然就需要大量内存。那是因为Python使用字典来表示类实例的属性，这能使其速度变快，但内存不是很高效。通常这不是个问题，但是，如果你的程序遇到了问题，你可以尝试使用__slots__：

class Person:
 __slots__ = ["first_name", "last_name", "phone"]
 def __init__(self, first_name, last_name, phone):
 self.first_name = first_name
 self.last_name = last_name
 self.phone = phone

这里发生的是，当我们定义__slots__属性时，Python使用固定大小的小型数组，而不是字典，这大大减少了每个实例所需的内存。使用__slots__还有一些缺点——我们无法声明任何新的属性，并且只能使用在__slots__中的属性。同样，带有__slots__的类不能使用多重继承。

7、限制CPU和内存使用量

如果不是想优化程序内存或CPU使用率，而是想直接将其限制为某个固定数字，那么Python也有一个库能做到：

import signal
import resource
import os

# To Limit CPU time
def time_exceeded(signo, frame):
 print("CPU exceeded...")
 raise SystemExit(1)

def set_max_runtime(seconds):
 # Install the signal handler and set a resource limit
 soft, hard = resource.getrlimit(resource.RLIMIT_CPU)
 resource.setrlimit(resource.RLIMIT_CPU, (seconds, hard))
 signal.signal(signal.SIGXCPU, time_exceeded)

# To limit memory usage
def set_max_memory(size):
 soft, hard = resource.getrlimit(resource.RLIMIT_AS)
 resource.setrlimit(resource.RLIMIT_AS, (size, hard))

在这里，我们可以看到两个选项，可设置最大CPU运行时间和内存使用上限。对于CPU限制，我们首先获取该特定资源（RLIMIT_CPU）的软限制和硬限制，然后通过参数指定的秒数和先前获取的硬限制来设置它。最后，如果超过CPU时间，我们将注册令系统退出的信号。至于内存，我们再次获取软限制和硬限制，并使用带有size参数的setrlimit和获取的硬限制对其进行设置。

模块导入与比较运算优化

8、控制可以import的内容

某些语言具有非常明显的用于导出成员（变量、方法、接口）的机制，例如Golang，它仅导出以大写字母开头的成员。另一方面，在Python中，所有内容都会被导出，除非我们使用__all__：

def foo():
 pass

def bar():
 pass

__all__ = ["bar"]

使用上面的代码段，我们可以限制from some_module import *在使用时可以导入的内容。对于以上示例，通配导入时只会导入bar。此外，我们可以将__all__设为空，令其无法导出任何东西，并且在使用通配符方式从此模块中导入时，将引发AttributeError。

9、比较运算符的简便方法

为一个类实现所有比较运算符可能会很烦人，因为有很多的比较运算符——__lt__、__le__、__gt__或__ge__。但是，如果有更简单的方法呢？functools.total_ordering可救场：

from functools import total_ordering

@total_ordering
class Number:
 def __init__(self, value):
 self.value = value

 def __lt__(self, other):
 return self.value < other.value

 def __eq__(self, other):
 return self.value == other.value

print(Number(20) > Number(3))
print(Number(1) < Number(5))
print(Number(15) >= Number(15))
print(Number(10) <= Number(2))

这到底如何起作用的？total_ordering装饰器用于简化为我们的类实例实现排序的过程。只需要定义__lt__和__eq__，这是最低的要求，装饰器将映射剩余的操作——它为我们填补了空白。

（译注：原作者的文章分为两篇，为了方便读者们阅读，我特将它们整合在一起，以下便是第二篇的内容。）

实用工具与网络处理

10、使用slice函数命名切片

使用大量硬编码的索引值会很快搞乱维护性和可读性。一种做法是对所有索引值使用常量，但是我们可以做得更好：

# ID First Name Last Name
line_record = "2  John   Smith"

ID = slice(0, 8)
FIRST_NAME = slice(9, 21)
LAST_NAME = slice(22, 27)

name = f"{line_record[FIRST_NAME].strip()} {line_record[LAST_NAME].strip()}"
# name == "John Smith"

在此例中，我们可以避免神秘的索引，方法是先使用slice函数命名它们，然后再使用它们。你还可以通过.start、.stop和.stop属性，来了解slice对象的更多信息。

11、在运行时提示用户输入密码

许多命令行工具或脚本需要用户名和密码才能操作。因此，如果你碰巧写了这样的程序，你可能会发现getpass模块很有用：

import getpass

user = getpass.getuser()
password = getpass.getpass()
# Do Stuff...

这个非常简单的包通过提取当前用户的登录名，可以提示用户输入密码。但是须注意，并非每个系统都支持隐藏密码。Python会尝试警告你，因此切记在命令行中阅读警告信息。

12、查找单词/字符串的相近匹配

现在，关于Python标准库中一些晦涩难懂的特性。如果你发现自己需要使用Levenshtein distance 【2】之类的东西，来查找某些输入字符串的相似单词，那么Python的difflib会为你提供支持。

import difflib
difflib.get_close_matches('appel', ['ape', 'apple', 'peach', 'puppy'], n=2)
# returns ['apple', 'ape']

difflib.get_close_matches会查找最佳的“足够好”的匹配。在这里，第一个参数与第二个参数匹配。我们还可以提供可选参数n，该参数指定要返回的最多匹配结果。另一个可选的关键字参数cutoff（默认值为0.6），可以设置字符串匹配得分的阈值。

13、使用IP地址

如果你必须使用Python做网络开发，你可能会发现ipaddress模块非常有用。一种场景是从CIDR（无类别域间路由Classless Inter-Domain Routing）生成一系列IP地址：

import ipaddress
net = ipaddress.ip_network('74.125.227.0/29') # Works for IPv6 too
# IPv4Network('74.125.227.0/29')

for addr in net:
 print(addr)

# 74.125.227.0
# 74.125.227.1
# 74.125.227.2
# 74.125.227.3
# ...

另一个不错的功能是检查IP地址的网络成员资格：

ip = ipaddress.ip_address("74.125.227.3")

ip in net
# True

ip = ipaddress.ip_address("74.125.227.12")
ip in net
# False

还有很多有趣的功能，在这里【3】可以找到，我不再赘述。但是请注意，ipaddress模块和其它与网络相关的模块之间只有有限的互通性。例如，你不能将IPv4Network实例当成地址字符串——需要先使用str转换它们。

Shell调试与高级类特性

14、在Shell中调试程序崩溃

如果你是一个拒绝使用IDE，并在Vim或Emacs中进行编码的人，那么你可能会遇到这样的情况：拥有在IDE中那样的调试器会很有用。

你知道吗？你有一个——只要用python3.8 -i运行你的程序——一旦你的程序终止了，-i会启动交互式shell，在那你可以查看所有的变量和调用函数。整洁，但是使用实际的调试器（pdb）会如何呢？让我们用以下程序（script.py）：

def func():
 return 0 / 0

func()

并使用python3.8 -i script.py运行脚本：

# Script crashes...
Traceback (most recent call last):
  File "script.py", line 4, in <module>
    func()
  File "script.py", line 2, in func
    return 0 / 0
ZeroDivisionError: division by zero
&gt;&gt;&gt; import pdb
&gt;&gt;&gt; pdb.pm() # Post-mortem debugger
&gt; script.py(2)func()
-&gt; return 0 / 0
(Pdb)

我们看到了崩溃的地方，现在让我们设置一个断点：

def func():
 breakpoint() # import pdb; pdb.set_trace()
 return 0 / 0

func()

现在再次运行它：

script.py(3)func()\n\n-&gt; return 0 / 0\n\n(Pdb) # we start here\n\n(Pdb) step\n\nZeroDivisionError: division by zero\n\n&gt; script.py(3)func()\n\n-&gt; return 0 / 0\n\n(Pdb)

大多数时候，打印语句和错误信息就足以进行调试，但是有时候，你需要四处摸索，以了解程序内部正在发生的事情。在这些情况下，你可以设置断点，然后程序执行时将在断点处停下，你可以检查程序，例如列出函数参数、表达式求值、列出变量、或如上所示仅作单步执行。

pdb是功能齐全的Python shell，理论上你可以执行任何东西，但是你还需要一些调试命令，可在此处【4】找到。

15、在一个类中定义多个构造函数

函数重载是编程语言（不含Python）中非常常见的功能。即使你不能重载正常的函数，你仍然可以使用类方法重载构造函数：

import datetime

class Date:
 def __init__(self, year, month, day):
  self.year = year
  self.month = month
  self.day = day

 @classmethod
 def today(cls):
  t = datetime.datetime.now()
  return cls(t.year, t.month, t.day)

d = Date.today()
print(f"{d.day}/{d.month}/{d.year}")
# 14/9/2019

你可能倾向于将替代构造函数的所有逻辑放入__init__，并使用*args、**kwargs和一堆if语句，而不是使用类方法来解决。那可能行得通，但是却变得难以阅读和维护。

因此，我建议将很少的逻辑放入__init__，并在单独的方法/构造函数中执行所有操作。这样，对于类的维护者和用户而言，得到的都是干净的代码。

16、使用装饰器缓存函数调用

缓存机制与数据统计

你是否曾经编写过一种函数，它执行昂贵的I/O操作或一些相当慢的递归，而且该函数可能会受益于对其结果进行缓存（存储）？如果你有，那么有简单的解决方案，即使用functools的lru_cache：

from functools import lru_cache
import requests

@lru_cache(maxsize=32)
def get_with_cache(url):
 try:
  r = requests.get(url)
  return r.text
 except:
  return "Not Found"


for url in ["https://google.com/",
   "https://martinheinz.dev/",
   "https://reddit.com/",
   "https://google.com/",
   "https://dev.to/martinheinz",
   "https://google.com/"]:
 get_with_cache(url)

print(get_with_cache.cache_info())
# CacheInfo(hits=2, misses=4, maxsize=32, currsize=4)

在此例中，我们用了可缓存的GET请求（最多32个缓存结果）。你还可以看到，我们可以使用cache_info方法检查函数的缓存信息。装饰器还提供了clear_cache方法，用于使缓存结果无效。

我还想指出，此函数不应与具有副作用的函数一起使用，或与每次调用都创建可变对象的函数一起使用。

17、在可迭代对象中查找最频繁出现的元素

在列表中查找最常见的元素是非常常见的任务，你可以使用for循环和字典（map），但是这没必要，因为collections模块中有Counter类：

from collections import Counter

cheese = ["gouda", "brie", "feta", "cream cheese", "feta", "cheddar",
   "parmesan", "parmesan", "cheddar", "mozzarella", "cheddar", "gouda",
   "parmesan", "camembert", "emmental", "camembert", "parmesan"]

cheese_count = Counter(cheese)
print(cheese_count.most_common(3))
# Prints: [('parmesan', 4), ('cheddar', 3), ('gouda', 2)]

实际上，Counter只是一个字典，将元素与出现次数映射起来，因此你可以将其用作普通字典：

print(cheese_count["mozzarella"])
# Prints: 1

cheese_count["mozzarella"] += 1

print(cheese_count["mozzarella"])
# Prints: 2

除此之外，你还可以使用update(more_words)方法轻松添加更多元素。Counter的另一个很酷的特性是你可以使用数学运算（加法和减法）来组合和减去Counter的实例。

小结

在日常Python编程中，并非所有这些特性都是必不可少的和有用的，但是其中一些特性可能会时不时派上用场，并且它们也可能简化任务，而这本来可能很冗长且令人讨厌。

我还要指出的是，所有这些特性都是Python标准库的一部分，虽然在我看来，其中一些特性非常像是标准库中的非标准内容。因此，每当你要在Python中实现某些功能时，首先可在标准库查看，如果找不到，那你可能看得还不够仔细（如果它确实不存在，那么肯定在某些三方库中）。

如果你使用Python，那么我认为在这里分享的大多数技巧几乎每天都会有用，因此我希望它们会派上用场。另外，如果你对这些Python技巧和骚操作有任何想法，或者如果你知道解决上述问题的更好方法，请告诉我！🙂

相关链接

[1] 原文地址: https://martinheinz.dev/blog/1

[2] Levenshtein distance: https://en.wikipedia.org/wiki/Levenshtein_distance

[3] 在这里: https://docs.python.org/3/howto/ipaddress.html

[4] 此处: https://docs.python.org/3/library/pdb.html%23debugger-commands#debugger-commands