比较与条件技巧

本章包含关于 Python 风格和可读性的通用编程技巧。人们普遍认为，如果一个程序不够优美，那它很可能就是错误的（尽管原因可能无关）。Pythonic 程序既优美又更不容易出错。遵循这些技巧，我们可以让代码更加优美。

链式比较操作符

试着回忆一下常见的代数表达式： $x < y < z$

在 Python 中，我们可以使用链式比较操作符。

1x, y, z = 5, 10, 12
2x < y < z

我们甚至可以写成：

1x < y <= z != w

这种表达式的求值方式是：先分别计算每个比较操作符的结果，然后将所有结果进行逻辑与（and）运算：

1x < y and y <= z and z != w

我们也可以评估一些奇怪的表达式，比如 x < y > z（检查 $y$ 是否同时大于 $x$ 和 $z$），但这类写法容易引起混淆，应尽量避免。

请自己动手尝试下面的练习！

使用条件表达式精简代码

条件表达式 x if cond else y 是 if-else 条件语句的替代形式。当条件 cond 为真时，表达式的值为 x；否则为 y。

注意：条件语句本身没有返回值，因为它不是表达式。只有表达式才有值。

以下两个代码片段是等价的：

1# 条件语句
2if cond: 
3   value = x
4else:
5   value = y
6   
7# 条件表达式
8value = x if cond else y

优点在于，条件表达式更加简洁（一行完成）。不过，条件语句允许在每个分支中包含多行代码，这是条件表达式无法做到的。从某种意义上说，条件表达式与条件语句的关系，就像 lambda 函数与普通函数的关系一样。

在 Python 中，存在一些无名的一行函数，称为匿名函数或 lambda 函数。

条件操作符最适合用于必须使用单个表达式的情况，例如列表推导式中。下面的列表推导式将首字母大写的单词转换为大写（假设单词至少有一个字符）：

1WORDS = 'Mary had a little Lamb'.split()
2[(print(word.upper()) if word and word[0].isupper() else print(word)) for word in WORDS ]

注意：如果把条件判断移到列表推导式中，会解决另一个问题——只保留首字母大写的单词并将其转为大写，而其他单词会被过滤掉：

1[print(word.upper()) for word in WORDS if word and word[0].isupper()]

大多数 Python 操作符都是二元操作符（需要两个操作数）。类似地，有些操作符（如 -, +, ~, not, await）是一元的，而条件操作符是三元的。

找到缺失的 switch 语句

与 C、C++ 或 Java 不同，Python 没有 switch 语句。该语句允许根据离散变量的值选择执行哪一段代码。例如，下面这段 C 语言代码会打印一些自解释的消息：

1int choice = ...; // 初始化变量
2switch(choice) 
3{
4    case 0:
5        puts("You chose zero."); 
6        break;
7    case 1:
8        puts("You chose one."); 
9        break;
10    case 99:
11        puts("You chose ninety-nine."); 
12        break;
13    default:
14        puts("You chose something else.");
15}

Python 中没有直接对应的语句。我们可以用嵌套的条件语句来替代：

1choice = 0 # 初始化变量
2if choice == 0:
3  print('You chose zero.') 
4elif choice == 1:
5  print('You chose one.')
6elif choice == 99:
7  print('You chose ninety-nine.') 
8else:
9  print('You chose something else.')

作为额外优势，我们现在可以使用 <=、!= 等比较操作符来描述原始 switch 无法表达的条件。但这会使 switch 和嵌套条件语句不再完全等价。

switch 语句的一个特殊用例是：根据不同的值调用不同的函数。例如，在双人游戏中，若值为 0，则调用 make_computer_move()；若值为 1，则调用 make_human_move()；其他情况则调用 report_error()。以下是等效的 C 代码：

1switch(choice) { 
2   case 0:
3       make_computer_move();
4       break;
5   case 1:
6       make_human_move();
7       break; 
8   default:
9       report_error();
10}

将函数转换为字典

我们可以将上述代码翻译为 Python，通过将选项和函数组织成一个字典：

1actions = {0: make_computer_move, 1: make_human_move}
2actions.get(choice, report_error)()

字典中存储的是函数引用，而不是函数调用（注意没有括号）。

函数标识符 是对某个函数的引用，表示该函数已在解释器内存中定义并存在。当我们输入一个已存在的函数名时，解释器会确认其存在，并告诉我们该函数在内存中的地址，但这通常不重要。

dict.get(key, fallback=None) 方法会在字典中查找第一个参数 key。如果找到，就调用对应的函数；否则调用 fallback 函数。我们可以轻松扩展字典以处理任意数量的情况。这个技巧最适用于所有函数具有相同参数数量（包括无参）的情形。如果函数参数不同，我们可以预先准备一组合适的位置参数（可能为空）和一组关键字参数（也可能为空），并将它们传递给选定的函数：

actions.get(choice, report_error)(*positional, **keyword)

让我们用 Python 字典来代替 switch 语句。

用 pass 表示空操作

Python 中的一些复合语句（如 class、for、while、if 和 try）要求其主体至少包含一条语句，我们必须提供这样的语句。在 C、C++ 和 Java 中，我们会使用空语句或一对空花括号 {}。Python 不使用花括号（至少在此用途上不使用），而是使用缩进。然而，通过缩进定义的空语句是不可见的：

1class EmptyClass:
2    # 这里有空语句吗？你能看到它吗？

Python 提供了等价于空语句的 pass。当必须使用语句但内容无关时，我们使用 pass：

1class EmptyClass: 
2    pass

我们也可以使用字符串字面量，比如“此处不做任何事”，但这违背了“应该有一种明显的方法来做一件事”的原则。

尝试乐观策略

有两种编程方法可用于处理可能失败的操作：乐观 和 悲观。

• 悲观策略主张在执行操作前进行安全检查，以防出现问题。这适用于检查成本远低于异常处理的情况，或者失败频繁且修复代价高昂时。此时，提前检查前置条件更划算。

• 乐观策略认为失败很少发生。与其提前检查，不如直接尝试执行，再通过异常处理机制（try/except）进行恢复。一个典型的乐观场景是判断字符串是否代表数字。

字符串转换

虽然不简单，但可以用正则表达式描述带指数部分的浮点数字符串格式。然而，更简单的方法是假装字符串代表一个浮点数并尝试转换。如果转换成功，说明它是有效数字；否则不是。

有些算术运算（如无穷大 $\infty$ 乘以零、$\infty$ 除以 $\infty$、$\infty$ 减去 $\infty$）会产生一种不常见的结果，称为 nan（“非数值”）。nan 可来自 float('nan')、math.nan 或 numpy.nan。

1def string_to_float(s):
2  try:
3    return float(s) 
4  except ValueError:
5    return float('nan')

让我们向上述函数传入一个字符串并观察输出。

1print(string_to_float("3.2"))

打开文件

乐观策略的另一个常见应用是打开文件进行读取。我们可以检查文件是否存在、是否为文件（而非目录）、是否属于当前用户、是否可读。但我们可以用一次简单的尝试来替代这一系列检查：如果文件能打开，说明它是可打开的；否则不能。

1try:
2  with open('somefile') as infile:
3  # 对 infile 做些事情
4except (FileNotFoundError, IsADirectoryError, PermissionError): 
5   # 做些其他事情

如果预期可能出现其他文件相关错误，可以将它们添加到异常元组中，但应避免使用宽泛的异常捕获。

1try:
2# 你的所有代码（包括 0/0、[][0] 和 'hello'-'world'）
3except: 
4    exit()

上述代码是一个宽泛异常捕获的例子，应避免使用。我们也可以使用简单的 if 和 elif 条件来处理错误。

选择乐观尝试还是悲观检查，取决于检查的复杂度、尝试的代价以及我们的编程哲学。前两者可以估算，后者则取决于我们接受的教育方式。

关于比较与条件的测验