Python列表嵌套常见坑点及解决方案

1.嵌套列表

Python中有一种内置的数据类型叫列表(list),它是一种容器,可以用来承载其他的对象(准确的说是其他对象的引用),列表中的对象可以称为列表的元素,很明显我们可以把列表作为列表中的元素,这就是所谓的嵌套列表。

嵌套列表可以模拟出现实中的表格、矩阵、2D游戏的地图(如植物大战僵尸的花园)、棋盘(如国际象棋、黑白棋)等。

2.识别坑点

在使用嵌套的列表时要小心,否则很可能遭遇非常尴尬的情况,下面是一个小例子。

def main():  names = ['关羽', '张飞', '赵云', '马超', '黄忠']  subjs = ['语文', '数学', '英语']  scores = [[0] * 3] * 5  for row, name in enumerate(names):    print('请输入%s的成绩' % name)    for col, subj in enumerate(subjs):      scores[row][col] = float(input(subj + ': '))  print(scores)if __name__ == '__main__':  main()
  names = ['关羽', '张飞', '赵云', '马超', '黄忠']
  subjs = ['语文', '数学', '英语']
  scores = [[0] * 3] * 5
  for row, name in enumerate(names):
    print('请输入%s的成绩' % name)
    for col, subj in enumerate(subjs):
      scores[row][col] = float(input(subj + ': '))
  print(scores)
if __name__ == '__main__':
  main()

我们希望录入5个学生3门课程的成绩,于是定义了一个有5个元素的列表,而列表中的每个元素又是一个由3个元素构成的列表,这样一个列表的列表刚好跟一个表格是一致的,相当于有5行3列。

接下来我们通过嵌套的for-in循环输入每个学生3门课程的成绩。程序执行完成后我们发现,每个学生3门课程的成绩是一模一样的(尴尬),而且就是最后录入的那个学生的成绩。

3。区分两个概念

要想把这个坑填平,我们首先要区分对象和对象的引用这两个概念,而要区分这两个概念,还得先说说内存中的栈和堆。

我们经常会听人说起“堆栈”这个词,但实际上“堆”和“栈”是两个不同的概念。众所周知,一个程序运行时需要占用一些内存空间来存储数据和代码,那么这些内存从逻辑上又可以做进一步的划分。

对底层语言(如C语言)有所了解的程序员大都知道,程序中可以使用的内存从逻辑上可以为五个部分,按照地址从高到低依次是:栈(stack)、堆(heap)、数据段(data segment)、只读数据段(static area)和代码段(code segment)。

栈用来存储局部、临时变量,以及函数调用时保存现场和恢复现场需要用到的数据,这部分内存在代码块开始执行时自动分配,代码块执行结束时自动释放,通常由编译器自动管理。

堆的大小不固定,可以动态的分配和回收,因此如果程序中有大量的数据需要处理,这些数据通常都放在堆上,如果堆空间没有正确的被释放会引发内存泄露的问题,而像Python、Java等编程语言都使用了垃圾回收机制来实现自动化的内存管理(自动回收不再使用的堆空间)。

4。小例子

所以,下面的代码中,变量a并不是真正的对象,它是对象的引用,相当于记录了对象在堆空间的地址,通过这个地址我们可以访问到对应的对象。

a = object()b = ['apple', 'pitaya', 'grape']
b = ['apple', 'pitaya', 'grape']

同理,变量b是列表容器的引用,它引用了堆空间上的列表容器,而列表容器中并没有保存真正的对象,它保存的也仅仅是对象的引用。

知道了这一点,我们可以回过头看看刚才的程序,我们对列表进行[[0]* 3] * 5操作时,仅仅是将[0, 0, 0] 这个列表的地址进行了复制,并没有创建新的列表对象。

所以,容器中虽然有5个元素,但是这5个元素引用了同一个列表对象。这一点可以通过id函数检查scores[0]和scores[1]的地址得到证实。在此我们举一个小例子,读者朋友们可以敲一敲加深印象。

a = [[0]*3]*5id(a[0])id(a[1])# id相等
id(a[1])
# id相等

5。正确代码

所以,正确的代码应该按照如下的方式进行修改。

def main():  names = ['关羽', '张飞', '赵云', '马超', '黄忠']  subjs = ['语文', '数学', '英语']  scores = [[]] * 5  for row, name in enumerate(names):    print('请输入%s的成绩' % name)    scores[row] = [0] * 3 #变为不再嵌套    for col, subj in enumerate(subjs):      scores[row][col] = float(input(subj + ': '))  print(scores)if __name__ == '__main__':  main()'关羽', '张飞', '赵云', '马超', '黄忠']
  subjs = ['语文', '数学', '英语']
  scores = [[]] * 5
  for row, name in enumerate(names):
    print('请输入%s的成绩' % name)
    scores[row] = [0] * 3 #变为不再嵌套
    for col, subj in enumerate(subjs):
      scores[row][col] = float(input(subj + ': '))
  print(scores)
if __name__ == '__main__':
  main()

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