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Python 中如何編寫類型提示

來源: 責編: 時間:2023-12-19 09:35:31 258觀看
導讀哈嘍大家好,我是咸魚。我們知道 Python 是一門具有動態特性的語言,在編寫 Python 代碼的時候不需要顯式地指定變量的類型,這樣做雖然方便,但是降低了代碼的可閱讀性,在后期 review 代碼的時候容易對變量的類型產生混淆,需要

哈嘍大家好,我是咸魚。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

我們知道 Python 是一門具有動態特性的語言,在編寫 Python 代碼的時候不需要顯式地指定變量的類型,這樣做雖然方便,但是降低了代碼的可閱讀性,在后期 review 代碼的時候容易對變量的類型產生混淆,需要查閱大量上下文,導致后期維護困難。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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為了提高代碼的可讀性、可維護性,Python 在 PEP 484 中引入了類型提示( type hinting)。類型提示是 Python 中一個可選但非常有用的功能,可以使代碼更易于閱讀和調試。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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關于類型提示的介紹可以看:https://realpython.com/python-type-hints-multiple-types/#use-pythons-type-hints-for-one-piece-of-data-of-alternative-typesSjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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在編寫函數的時候,我們通常指定其返回值是一種數據類型,但是在下面這些情況下可以指定返回不同類型的數據:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 當函數使用條件語句返回不同類型結果時
  • 函數有時返回值,有時不返回值
  • 當函數遇到錯誤時,可能需要返回與正常結果的返回類型不同的特定錯誤對象
  • 想要設計更靈活更通用的代碼

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那么這時候該如何編寫類型提示呢?Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

為常規函數編寫類型提示

def parse_email(email_address: str) -> str | None:    if "@" in email_address:        username, domain = email_address.split("@")        return username    return None

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上面的函數中有一個條件判斷語句,用于檢查參數 email_address 電子郵箱地址里面是否包含 @ 符號。如果有,則返回用戶名 username ,沒有則返回 None,表示電子郵箱地址不完整。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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所以該函數的返回值要么是包含用戶名的字符串,要么是  None。那么我們可以用管道符(|) 來表示函數返回單個值的可選類型:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

# 要么返回 str ,要么返回 Nonestr | None:

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在 Python 3.10 之前,我們還可以使用 typing 模塊中的 Union 來表示函數返回的是str 還是 None:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

from typing import Uniondef parse_email(email_address: str) -> Union[str, None]:    if "@" in email_address:        username, domain = email_address.split("@")        return username    return None

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那如果單個返回值里面包含多個對象的話,該如何編寫類型提示呢?Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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比如說上面的函數,我希望它:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 如果是有效的郵箱,則返回用戶名和域名
  • 如果不是有效的郵箱,返回 None

PS: 當返回值里有多個對象時,默認是以元組的形式返回。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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所以我們可以這么寫類型提示:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

def parse_email(email_address: str) -> tuple[str, str] | None:    if "@" in email_address:        username, domain = email_address.split("@")        return username, domain    return None

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tuple[str, str]| None  ,表示返回值可以是兩個字符串的元組或None。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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如果使用 typing 模塊中的 Union來編寫類型提示的話,如下:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

from typing import Tuple, Uniondef parse_email(email_address: str) -> Union[Tuple[str, str], None]:    if "@" in email_address:        username, domain = email_address.split("@")        return username, domain    return None

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舉三反一,如果單個返回值包含三個對象,可以這么寫:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

# 函數返回值里面包含了字符串、整數、布爾值def get_user_info(user: User) -> tuple[str, int, bool]:    ...

為回調函數編寫類型提示

在 Python 中,函數可以作為另一個函數的參數或者返回其他函數。這種函數被稱為高階函數。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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比如說 Python內置函數(例如sorted()、map()和filter())可以接受一個函數作為參數。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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這個作為參數傳遞的函數通常被稱為回調函數(callback function),因為它在另一個函數中被調用("回調"),回調函數是一種可調用對象(callable objects)。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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可調用對象指的是可以像函數一樣調用的對象。Python 中可調用對象包括常規函數、lambda 表達式或實現了__call__()方法的類)。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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那么我們在調用回調函數的時候,該如何編寫類型注釋呢?Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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比如說下面的例子:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

>>> from collections.abc import Callable>>> def apply_func(...     func: Callable[[str], tuple[str, str]], value: str... ) -> tuple[str, str]:...     return func(value)...>>> def parse_email(email_address: str) -> tuple[str, str]:...     if "@" in email_address:...         username, domain = email_address.split("@")...         return username, domain...     return "", ""...>>> apply_func(parse_email, "claudia@realpython.com")('claudia', 'realpython.com')

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在函數 apply_func 的類型提示中,將回調函數 func作為第一個參數,將字符串 value 作為第二個參數,返回值是一個包含兩個 str 的 tuple,而 Callable[[str], tuple[str, str]]:表示回調函數 func 接收參數是一個 str,返回值是一個包含兩個 str 的  tuple。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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在函數 parse_email 的類型提示中,接受一個 str 類型的參數 email_address ,返回值類型是一個包含兩個 str 的  tuple,那如果我希望函數 apply_func 能夠接收具有多種輸入類型的不同函數作為參數(比如說回調函數有多個輸入參數)并有多種返回類型,該怎么辦?Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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我們可以用省略號... 來表示可調用對象(例如回調函數)可以接受多個參數,這樣就不需要依次列出接受參數的類型:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

def apply_func(  func: Callable[...,tuple[str, str]], value: str) -> tuple[str, str]: return func(value)

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或者使用 typing 模塊中的類型來指定任何返回 Any 類型:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

from collections.abc import Callablefrom typing import Anydef apply_func(  func: Callable[...,Any], *args: Any, **kwargs: Any) -> tuple[str, str]:  return func(*args, **kwargs)

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我們還可以在類型提示中把回調函數的返回值類型寫成 T ,這是一個類型變量type variable,可以代表任何類型:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

from collections.abc import Callablefrom typing import Any, TypeVarT = TypeVar("T")def apply_func(func: Callable[..., T], *args: Any, **kwargs: Any) -> T:    return func(*args, **kwargs)

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而 apply_func 的返回值類型也是 T,*args: Any, **kwargs: Any 表示 apply_func 可以接受任意數量的參數(包括 0)。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

為生成器編寫類型提示

在 Python 中,生成器(Generators)是一種特殊的迭代器,它們允許按需生成值,而無需提前生成所有值并將其存儲在內存中,生成器逐個產生并返回值,這對于處理大量數據或無限序列非常有用。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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生成器可以通過函數與 yield 語句創建。yield 語句在生成器函數內部被用來產生一個值,并在暫停生成器的同時返回該值給調用者,每次調用生成器的 next()方法或使用 for循環時,生成器函數會從上一次yield語句的位置恢復執行,并繼續執行到下一個yield語句或函數結束。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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繼續上面的例子,我現在有大量的郵箱需要判斷是否有效,與其將每個解析的結果存儲在內存中并讓函數一次返回所有內容,不如使用生成器一次生成一個解析結果:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

>>> from collections.abc import Generator>>> def parse_email() -> Generator[tuple[str, str], str, str]:  # 定義初始的 sent 值為元組 ("", "")...     sent = yield ("", "")...     while sent != "":...         if "@" in sent:...             username, domain = sent.split("@")...             sent = yield username, domain...         else:...             sent = yield "invalid email"...     return "Done"

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Generator[tuple[str, str], str, str]類型提示里面有三個參數(后面兩個是可選的),其中:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • yield 類型:第一個參數是生成器生成的結果。例子中它是一個元組,包含兩個字符串,一個表示用戶名,另一個表示域名
  • send 類型:第二個參數表示使用 send  方法發送給生成器的內容。例子中是一個字符串,表示發送的郵箱地址
  • return 類型:第三個參數表示生成器生成值后返回的內容。例子中函數返回字符串“Done”

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然后調用該生成器:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

>>> generator = parse_email()>>> next(generator)('', '')#使用 send 方法向生成器發送參數>>> generator.send("claudia@realpython.com")('claudia', 'realpython.com')>>> generator.send("realpython")'invalid email'>>> try:...     generator.send("")... except StopIteration as ex:...     print(ex.value)...Done

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首先調用生成器函數,該函數將返回一個新的 parse_email() 生成器對象。然后,通過調用內置 next() 函數將生成器推進到第一個 yield 語句,之后開始向生成器發送電子郵件地址進行解析。當發送空字符串或不帶 @ 符號的字符串時,生成器將終止。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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又因為生成器也是迭代器,因此也可以使用 collections.abc.Iterator 而不是 Generator 來進行類型提示,但是如果使用了 collections.abc.Iterator 類型提示,就不能指定 send 類型和 rerurn 類型,因此只有當生成器只生成值時 collections.abc.Iterator 才起作用:Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

from collections.abc import Iteratordef parse_emails(emails: list[str]) -> Iterator[tuple[str, str]]:    for email in emails:        if "@" in email:            username, domain = email.split("@")            yield username, domain

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我們還可以在接收參數里面使用 Iterable 類型提示,這樣表示函數 parse_emails 可以接受任何可迭代對象,而不僅僅是像以前那樣的列表。Sjr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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