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Python中的list和tuple

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前言

tuple和list作为Python中的重要且频繁使用的基础数据类型，我们有必要进一步了解二者之间相同点和差异。

list和tuple基础知识

  • 什么是list和tuple？

    实际上，列表和元组都是一个可以放置任意数据类型的有序集合。

  • 二者的区别

    列表是动态的，长度大小不固定，可以随意地增加、删减或者改变元素。
    而元组是静态的，长度大小固定，无法增加删减或者改变。

如果tuple想要对元素进行增加、删改操作时，需要新创建一个tuple实现这些操作。而list只需使用append方法，将新的元素添加到列表中，而不会新建一个列表。

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t = (11, 12, 13, 14)
l = [11, 12, 13, 14]
# adds an element to the tuple
t1 = t + (5,)
l.append(5)

tuple和list都支持负数索引、切片、嵌套等操作，而且tuple和list还可以通过list()及tuple()相互转换。

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t=(1,2,3)
l=[1,2,3]
# 负数索引
t[-1]  -->3
l[-2]  -->2
# 切片
t[0,2]  -->(1,2)
l[0,1]  -->[1]
# 相互转换
l2=list(t)
t2=tuple(l)

list和tuple的常见内置方法

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# List
list = []  # create a new list

list[i] = val
list[i:j] = otherlist  # replace ith to jth-1 elements with otherlist
del list[i:j]

list.append(item)  # even the item is a list, but the list as a element in list
list.extend(another_list)
list.insert(index, item)  # 
list.pop()        # returns and removes last element from the list
list.pop(i)       # returns and removes i-th element from the list
list.remove(i)    # removes the first item from the list whose value is i
list.copy()       # returns a copy of the list
list1 + list2     # combine two list    

list.reverse()    # reverses the elements of the list in-place
list.count(item)

zip(list1, list2, ...)  # returns list of tuples with n-th element of both list1 
                        # and list2 and ...listn
list.sort()        # sorts in-place, returns None
sorted(list)       # returns sorted copy of list
",".join(list)     # returns a string with list elements seperated by comma
# Tuple
tuple1 + tuple2  # return a new tuple contains tuple1 and tuple2
tuple.count()	 # Returns the number of times a specified value occurs in a tuple
tuple.index()	# Searches the tuple for a specified value and returns the position of 
              # where it was found

二者的性能差异和使用场景

tuple和list的存储方式

上面说过，由于tuple和list特性不同，势必会影响二者的存储方式。

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t = (1,2)
t.__sizeof__()  -->40
l = [1,2]
l.__sizeof__()  -->56

从上面我们可以看到，tuple和list存储了相同的元素下，list要比tuple多使用16字节的空间。

由于列表是动态的，所以它需要存储指针，来指向对应的元素(上述例子中，对于int 型，8 bytes)。另外，由于列表是可变的，所以需要额外存储已经分配的长度大小(8 bytes)，这样才可以实时追踪列表空间的使用情况，当空间不足时，及时分配额外空间。

对于元组而言，由于元组长度大小固定，元素不可变，所以存储空间也是固定的。

当tuple和list存储的元素越来越多的时候，二者的差异的性能差异也将进一步体现。

性能差异

通过了解列表和元组存储方式的差异，我们可以得出结论：元组要比列表更加轻量级一些，所以总体上来说，元组的性能速度要略优于列表。

初始化相同元素的tuple和list，tuple速度更快。对于索引操作，二者没有明显差异。

如果想进行增加、删改操作时，list性能更好。因为这些操作，tuple都必须通过新建tuple实现。

使用场景

经过以上对比，该如何使用哪种类型？具体问题分析。

如果存储的数据和数量不变，应该选取tuple；如果存储的数据或数量是可变的，应选取list。

list和tuple的底层实现

list和tuple的内部实现都是array的形式，list因为可变，所以是一个over-allocate的array，tuple因为不可变，所以长度大小固定。

t=list()，t2=[]同样是新建一个列表，二者有什么区别？

主要在于list()是一个function调用，Python的函数调用会创建stack，并且进行一系列参数检查等操作，有一定的开销，而[]是一个内置的C函数，可以直接被调用，因此效率高。

总结

总的来说，列表和元组都是有序的，可以存储任意数据类型的集合，区别主要在于下面这两点：

列表是动态的，长度可变，可以随意的增加、删减或改变元素。列表的存储空间略大于元组，性能略逊于元组。
元组是静态的，长度大小固定，不可以对元素进行增加、删减或者改变操作。元组相对于列表更加轻量级，性能稍优。

通过本文的对list和tuple的对比，想要说明的是：不需要过度强调孰优孰劣，应在合适的场景下选择合适的数据类型。

简言之，没有不合适的数据类型，只有使用了不合适的场景。

References