Python 切片为什么不会索引越界?

切片主要用于序列对象中,按照索引区间截取出一段索引的内容。

切片的书写形式:[i : i+n : m] ;其中,i 是切片的起始索引值,为列表首位时可省略;i+n 是切片的结束位置,为列表末位时可省略;m 可以不提供,默认值是 1,不允许为 0,当 m 为负数时,列表翻转。

切片的基本含义是:从序列的第 i 位索引起,向右取到后 n 位元素为止,按 m 间隔过滤 。

下面是一些很有代表性的例子,基本涵盖了切片语法的使用要点:

# @Python猫
li = [1, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 14, 16]

# 以下写法都可以表示整个列表,其中 X >= len(li)
li[0:X] == li[0:] == li[:X] == li[:] == li[::] == li[-X:X] == li[-X:]

li[1:5] == [4,5,6,7] # 从1起,取5-1位元素
li[1:5:2] == [4,6] # 从1起,取5-1位元素,按2间隔过滤
li[-1:] == [16] # 取倒数第一个元素
li[-4:-2] == [9, 11] # 从倒数第四起,取-2-(-4)=2位元素
li[:-2] == li[-len(li):-2] == [1,4,5,6,7,9,11] # 从头开始,取-2-(-len(li))=7位元素

# 步长为负数时,列表先翻转,再截取
li[::-1] == [16,14,11,9,7,6,5,4,1] # 翻转整个列表
li[::-2] == [16,11,7,5,1] # 翻转整个列表,再按2间隔过滤
li[:-5:-1] == [16,14,11,9] # 翻转整个列表,取-5-(-len(li))=4位元素
li[:-5:-3] == [16,9] # 翻转整个列表,取-5-(-len(li))=4位元素,再按3间隔过滤

# 切片的步长不可以为0
li[::0]  # 报错(ValueError: slice step cannot be zero)

C/C++Java JavaScript 等语言,虽然也支持某些“切片”功能,例如截取数组或字符串的片段,但是,它们并没有一种在语法层面上的通用性支持。

根据维基百科资料,Fortran 是最早支持切片语法的语言(1966),而 Python 则是最具代表性的语言之一。

Python 切片为什么不会索引越界?_第1张图片

主要编程语言对切片的支持

另外,像 PerlRubyGo Rust 等语言,虽然也有切片,但都不及 Python 那样灵活和自由(因为它支持 step、负数索引、缺省索引)。

Python 切片为什么不会索引越界?_第2张图片

编程语言中切片语法的形式

切片的基本用法就能够满足大部分的需求,但是,Python 切片还有一些进阶的用法,例如:切片占位符用法(可实现列表的赋值、删除与拼接操作)、自定义对象实现切片功能、迭代器切片(itertools.islice())、文件对象切片等等。关联阅读:Python全面解读高级特性切片

关于切片的介绍与温习,就到这里了。

下面进入文章标题的问题:Python 的切片语法为什么不会出现索引越界呢?

当我们根据单个索引进行取值时,如果索引越界,就会得到报错:“IndexError: list index out of range”。

>>> li = [1, 2]
>>> li[5]
Traceback (most recent call last):
  File "", line 1, in 
IndexError: list index out of range


对于一个非空的序列对象,假设其长度为 length,则它有效的索引值是从 0 到(length - 1)。如果把负数索引也考虑进去,则单个索引值的有效区间是 [-length, length - 1] 闭区间。

但是,当 Python 切片中的索引超出这个范围时,程序并不会报错。

>>> li = [1, 2]
>>> li[1:5]  # 右索引超出
[2]
>>> li[5:6]  # 左右索引都超出
[]


其实,对于这种现象,官方文档中有所介绍:

The slice of s from i to j is defined as the sequence of items with index k such that i <= k < j. If i or j is greater than len(s), use len(s). If i is omitted or None, use 0. If j is omitted or None, use len(s). If i is greater than or equal to j, the slice is empty.

也就是说:

  • 当左或右索引值大于序列的长度值时,就用长度值作为该索引值;
  • 当左索引值缺省或者为 None 时,就用 0 作为左索引值;
  • 当右索引值缺省或者为 None 时,就用序列长度值作为右索引值;
  • 当左索引值大于等于右索引值时,切片结果为空对象。

对照上面的例子,可以得到:

>>> li = [1, 2]
>>> li[1:5]  # 等价于 li[1:2]
[2]
>>> li[5:6]  # 等价于 li[2:2]
[]


归结起来一句话:Python 解释器把可能导致索引越界的操作给屏蔽了,你的写法可以很自由,但是最终的结果会被死死限制在合法的索引区间内。

对于这个现象,我其实是有点疑惑的,为什么 Python 不直接报索引越界呢,为什么要修正切片的边界值,为什么一定要返回一个值呢,即便这个值可能是个空序列?

当我们使用“li[5:6]”时,至少在字面意义上想表达的是“取出索引从 5 到 6 所对应的值”,就像是在说“取出书架上从左往右数的第 6 和 7 本书”。

如果程序是如实地遵照我们的指令的话,它就应该报错,就应该说:对不起,书架上的书不够数。

实话说,我并没有查到这方面的解释,这篇文章也不是要给大家科普 Python  在设计上有什么独到的见解。恰恰相反,这篇文章的主要目的之一是希望得到大家的回复解答。

在 Go 语言中,遇到同样的场景时,它的做法是报错“runtime error: slice bounds out of range”。

在 Rust 语言中,遇到同样的场景时,它的做法是报错“byte index 5 is out of bounds of ......”。

在其它支持切片语法的语言中,也许还有跟 Python 一样的设计。但是,我还不知道有没有(学识浅薄)……

最后,继续回到标题中的问题“Python 的切片为什么不会索引越界”。我其实想问的问题有两个:

当切片语法中的索引超出边界时,为什么 Python 还能返回结果,返回结果的计算原理是什么?
为什么 Python 的切片语法要允许索引超出边界呢,为什么不设计成抛出索引错误?
对于第一个问题的回答,官方文档已经写得很明白了。

到此这篇关于Python 切片为什么不会索引越界?的文章就介绍到这了,更多相关Python 切片为什么不会索引越界?内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

你可能感兴趣的