Привет! Меня зовут Маша, я уже шесть лет занимаюсь коммерческой разработкой на Python, а ещё пишу задачи и объясняю теорию для студентов курса «Мидл Python-разработчик» от Яндекс.Практикума. По опыту знаю, что начинающий разработчик чаще всего хорошо знает синтаксис языка, но не до конца разбирается с тем, что у Python «под капотом».
В результате программист-джуниор допускает неочевидные ошибки: на первый взгляд, его код написан идеально, но почему-то работает некорректно. Защититься от таких недоразумений поможет только знание нюансов внутренней работы Python. Поэтому сегодня я рассмотрю типичные проблемы, с которыми сталкиваются новички, и предложу несколько вариантов их решения.
1. Полагаетесь на изменяемые типы в значениях по умолчанию
У Python есть прекрасная особенность, а именно возможность задавать значения по умолчанию. Вы можете написать так:
И вам не придётся каждый раз указывать степень, в которую вы хотите возвести число (пока эта степень – 2), или уточнять количество ног у вашего кота.
В чём подвох? Значения по умолчанию работают правильно только с неизменяемыми объектами – строками, числами, frozen-объектами и boolean-типами. Если же вы укажете в качестве значения по умолчанию изменяемый объект, например, list , set или dict , то Python не будет ругаться, но преподнесёт вам неприятный сюрприз. Вот один из примеров: кота заводили дома, а он поселился ещё и в офисе:
Чем объясняется проблема? Инструкции, объявляющие класс, выполнятся один раз. У всех экземпляров класса House будет ссылка на один и тот же массив – cats .
Такое поведение бывает сложно поймать: если вы создали всего один экземпляр объекта, то, скорее всего, не заметите проблему. Но столкнётесь с ней позже.
Как решить проблему? Привыкайте вместо значений по умолчанию указывать None :
Тогда код будет работать корректно, и все коты останутся на своих местах!
2. Вызываете функцию в значении по умолчанию
Продолжаем разбираться с магией значений по умолчанию, а точнее – с вызовом функции. Представьте себе, что вы установили дома умную камеру и настроили её так, чтобы она записывала действия всех, кто появляется в её поле зрения, в текстовый файл. Ваша функция будет выглядеть так:
После этого вы, спокойные и довольные собой, ушли на работу.
В чём подвох? Вернувшись домой, вы решили проверить, как записалось каждое событие, посмотреть актуальные даты и описания. Ожидание:
Реальность – все события как будто произошли в одно и то же время:
Чем объясняется проблема? Это произошло из-за того, что datetime.now сработал всего один раз – в тот момент, когда интерпретатор встретил объявление функции конструкцией def create_log_entry . Python запомнил, какая дата и время были на момент запуска программы, и постоянно использовал это значение.
Как её решить? Чтобы время вычислялось каждый раз при вызове вашей функции, нужно перенести вычисления в тело функции:
Так вы всё-таки узнаете, во сколько Том и Адорианец пили кофе и когда агент Кей ворвался к вам домой со своим нейралайзером.
3. Используете одновременно int и bool как ключи dict
Предположим, вы решили написать простой переводчик с компьютерного языка на человеческий для своего умного дома. Вам нужно, чтобы True отображалось как «Правда», False – как «Ложь», а 1 и 0 переводились как «Есть» и «Нет». Зафиксируем все переводы в словаре:
В чём подвох? В этом словаре используется четыре разных ключа. Проверим, действительно ли всё работает корректно:
Кажется, что-то пошло не так. Давайте заглянем в сам словарь:
Из него пропали два варианта перевода, а те, что остались – неверные.
Чем объясняется проблема? Чтобы разобраться в произошедшем, нужно понимать две вещи: что такое класс bool и как работает словарь.
- Класс bool , добавленный в Python 2.3, реализован как наследник класса int . То есть глобальные объекты True и False – всего лишь два экземпляра класса bool , представляющие собой 1 и 0 . В этом классе переопределены методы __repr__ и __str__ , которые отвечают за отображение экземпляра, но «под капотом» они остаются простыми цифрами. Это можно проверить, сравнив True и число. Зная это, вы можете использовать boolean-переменные в математических выражениях. Но я так поступать не рекомендую: как сказано в дзене Python (вы можете прочитать его, введя в интерпретатор import this ), «читаемость имеет значение». Подробнее о реализации boolean можно прочитать в PEP-0285 .
- Также внутри словаря находится hash-таблица: то есть все новые ключи, которые добавляются в словарь, проходят через hash-функцию, и именно она определяет, где расположить элемент в памяти. Таким образом, поиск и вставка данных становятся намного быстрее, чем в обычном массиве. Если хочется узнать больше подробностей о работе словарей в Python, рекомендую заглянуть на stackoverflow.
Как решить проблему? Для корректной реализации переводчика следует привести все ключи к одному типу данных – str .
Hash-функции ключей перестанут совпадать, и ответ словаря будет таким, как мы хотели, – общий язык с умным домом всё-таки будет найден:
4. Используете set для ускорения вычислений
Среди разработчиков бытует распространённое мнение, что поиск элемента в set работает быстрее, чем в list . Поэтому нередко можно встретить следующий вариант кода:
В чём подвох? Рассмотрим конструкцию с точки зрения интерпретатора:
Без оптимизации интерпретатор остановил бы поиск на втором элементе, но код заставил его сначала пройтись по всему списку, а потом выполнить дополнительное действие с set . В итоге вместо двух шагов получилось семь – никакого ускорения, только дополнительные расходы на память!
Чем объясняется проблема? Прежде всего – разной природой list и set . При объявлении типа list резервируется участок памяти, в котором будут храниться ссылки на другие данные в памяти. Список может хранить ссылки на любые объекты: строки, числа, другие массивы и даже на самого себя. Все объекты в списке хранятся последовательно.
Чтобы найти нужный элемент, интерпретатор последовательно идёт по ссылкам, начиная с первой, и сравнивает объект с искомым: найдя нужные данные, он останавливает поиск. Чем длиннее список, тем больше времени занимает процесс. В O-нотации это записывается как O(n).
set , так же, как и list , хранит элементы, но работает принципиально иначе. Во-первых, он содержит в себе только уникальные элементы, во-вторых, в нём нельзя хранить изменяемые структуры, и, наконец, в-третьих, данные будут размещены не в заданном вами порядке, а в наиболее удобном для Python.
Так как расположение в множестве определяется содержимым элемента, поиск по set и правда работает гораздо быстрее. Выполняя команду x in set_y , интерпретатору нужно взять hash-функцию от x и посмотреть, есть ли в set_y данные по полученному адресу. Никакого последовательного просмотра элементов и нудного сравнения!
O-нотация называет такую сложность O(1): вне зависимости от размеров множества поиск будет происходить за одинаковое количество времени.
Как решить проблему? Звучит банально, но правильнее было бы не мудрить и воспользоваться обычным поиском.
Как говорится в дзене Python, «простое лучше сложного».
Советы для новичков в Python
Пожалуй, самый главный совет, который стоит дать специалистам-джуниорам, только начинающим свою карьеру в Python, – это не только зубрить основы, но и заглядывать внутрь инструмента, которым вы пользуетесь.
Чтобы не оказаться тем самым новичком, у которого ничего не работает, я советую: