很多人从未学过python表达式
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2021-04-12 10:04
1. 大部分人并不真的理解python表达式
表达式是一个乍看起来不那么重要的知识，很多人学习python很久，都未必理解什么是python表达式，若不是想要完善教程，我自己也不会凭着英语4级的水平去翻看那苦涩难懂的英文官方文档。
之所以要重写这部分，是因为带一个学生的过程中，她写出了一个错误的表达式
lst = [1, 2, 3, 5]
for i in range(len(lst)1)
print(i)
她并不理解为什么len(lst)1是一种错误的写法，对于已经熟练掌握python的人，这个事情或许有些可笑，可你未必能解释的清楚，为什么这种写法是错误的，至少，你讲不出令人信服的原理，len(lst)的值是4，那么len(lst)1可不可以理解为41呢？
我最早的主力语言是C++，python算是半路出家，一直以来，都是靠着C++的功底来理解和运用python，从未认真研究过python表达式的概念。我可以写出正确的表达式，但对于什么是python表达式，也并不清楚，于是乎，我花了半个小时的时间阅读了官方文档，结合我自身的理解，简化了官方文档的表述，以便读者更容易理解。
理解python表达式，有两个关键的概念要掌握，原子（Atoms）和原语（Primaries），这两个英文单词，我是通过谷歌翻译得到的。第一眼感觉到很陌生，因为接触python这么久了，从未见过这两个词语，阅读英文文档还是很有必要的，否则，永远只能学习二手资料。
2. 原子
原子是组成表达式的最基础的元素，单个原子就可以构成表达式。
atom ::= identifier | literal | enclosure
enclosure ::= parenth_form | list_display | dict_display | set_display
| generator_expression | yield_atom
上面的这两行式子，叫EBNF，扩展的巴科斯范式，BNF（巴科斯范式）是一种形式化的语法表示方法，::=表示赋值，| 表示或， 我们这样来理解它：原子（atom）可以是identifier，或者literal， 或者enclosure。对于enclosure， 你可以参照atom来理解。下面，逐一来解释这些词语的含义，并给出具体的例子
2.1 identifier 标识符
你自己定义的变量，就属于标识符，此外函数名，类名，都是标识符的一种，他们都属于原子。
a = 4
a
第二行的a 就构成一个表达式，尽管它及其简单，但的确算是一个表达式，表达式的值是4，这里一定要牢记一个概念，表达式是有结果的，这个结果我们称之为表达式的值，这一点对于你理解程序极为关键。
2.2 literal
literal ::= stringliteral | bytesliteral
| integer | floatnumber | imagnumber
literal ，谷歌翻译成文字，百度翻译成字面意义的或者字面量，后者更贴切一点，python中的字符串，字节串，整型数据，浮点型数据，复数，随意拿出来一个具体的值，都属于literal
"python"
\b"python"
12
23.5
123-12j
你直接观察到的这些数值，都可以单独的构成表达式，他们都是原子，看下面这行代码
print(23.5)
print函数里的23.5是表达式么？是的，放在哪里都是。
2.3 enclosure
这个单词，我没有找到准确的翻译，根据EBNF描述，可以理解为小括号，方括号或花括号中包含的形式。
2.3.1 小括号
() # 空元组
(2, ) # 有一个元素的元组
(2, 4, 5) # 有三个元素的元组
(6) # 小阔号与6构成一个表达式，表达式的值是6
2.3.2 列表，字典，集合的直接展示
[2, 3, 5] # 列表
{2, 5, 6} # 集合
{"name": '小明'} # 字典
这种形式和literal 就很像了，都是某个类型的数值，你可以直接观察它的值，这些都可以单独的构成表达式
2.3.3 推导式
推导式，虽然不能直接观察其值，但可以通过运算获得其内容
[i for i in range(10)]
{i for i in range(10)}
{i: i+1 for i in range(10)}
2.3.4 生成器表达式
(i for i in range(10))
推导式可以计算出列表，集合，字典，但上面的表达式的值不是元组，而是生成器
2.3.5 yield 表达式
前面讲的四种原子，都和括号有关，yield 却是一个和括号无关的表达式，不知为何要划分到一起
def gen():
yield 123 # yield 表达式
3. 原语
原语表示编程语言最紧密的绑定操作，原语稍稍比原子复杂一点，原子是原语5种形式中的一种
primary ::= atom | attributeref | subscription | slicing | call
3.1 attributeref 属性引用
attributeref ::= primary "." identifier
属性引用，是极为常见的操作
class Dog():
def __init__(self, name):
self.name = name
dog = Dog('二哈')
dog.name
dog.name 就是一种attributeref形式，它是原语中的一种，可以单独构成表达式，表达式的值是“二哈”
3.2 subscription
subscription ::= primary "[" expression_list "]"
谷歌和百度都将subscription翻译成订阅，可我认为这样翻译词不达意，无奈自己也没有好的解释，还是通过代码来理解体会吧
a = [1, 3, 4, 5]
a[3] # 5
a[3] 就是一种subscription形式，可以单独构成一个表达式
3.3 Slicings
切片，这是比较熟悉的操作
a = [1, 3, 4, 5]
a[1:2] # [3]
3.4 call
任何可调用对象，函数，方法，类，实现了__call__的实例在被调用时，单独构成表达式
def func():
return 3
func() # 表达式
class Dog():
def __init__(self, name):
self.name = name
Dog("二哈") # 表达式
这个应该算是比较容易理解的，可能有人会疑惑，下面的代码怎么理解
dog = Dog("二哈")
这行代码是一条赋值语句，等号左侧是变量dog， 等号右侧是表达式。
4. await 表达式，条件表达式，lambda表达式
我把这3种表达式拿出来单独介绍，是因为他们3个不好归类。
先来看await表达式，想要写出这种表达式，你需要定义一个异步函数
import asyncio
async def count():
print("One")
await asyncio.sleep(1)
print("Two")
async def main():
await asyncio.gather(count(), count(), count())
asyncio.run(main())
上面代码里以await开头的语句都是await表达式
条件表达式， 也就是三元表达式
5 if 4 > 3 else 6 # 表达式的值是5
lambda表达式
lst = [1, 2, 3, 4, 5, 6]
filter_lst = filter(lambda x: x % 2 == 0, lst)
for item in filter_lst:
print(item)
lambda x: x % 2 == 0 就是lambda表达式
5. 原语之间进行计算
前面已经了解了表达式的两个最核心的概念，原子和原语，原子是原语的一种，他们可以单独构成表达式，但这不是最常见的形式，最常见的形式是他们之间进行格式各样的运算，这些计算包括：
算数运算
比较关系运算
逻辑运算
位运算
成员运算
身份运算
关于这些运算，本文不做详细介绍，你可以阅读本教程第4章运算符与表达式
原语之间的运算，构成了更大的表达式
3 + 5 # 表达式
int("4") - float("5.5") # 表达式
def func1():
return 7
def func2():
return 5
func1() - func2() # 表达式
6. 最大化原则
这是我自己总结定义的原则，在你理解代码里的表达式时，应当遵循最大化原则，比如下面的表达式
4 + 5 + 6
5 if 4 > 3 and 5 > 4 else 8
单独一个原子或原语可以构成一个表达式，以4 + 5 + 6 为例，难道要理解成3个表达式么？显然不能，4 + 5 也构成一个表达式，5 + 6 也可以构成表达式，如果这样理解表达式，实在太混乱了。
这些原子，原语能够组成的最大的表达式，即为最终我们认定和理解的表达式，不对表达式进行拆分。
7. 理解len(lst)1
不可以将len(lst)1 理解为41，因为它不是一个正确的表达式，下面是推导结论的过程：
len是函数，属于可调用对象，len(lst) 是基本的原语，参见3.4
1是原子中的literal形式，原子是原语的一种，参见2.2
原语之间进行运算，可以构成表达式，参见第5小节
len(lst)1，两个原语仅仅相邻，这种形式不属于任意一种表达式，因此，它不是合法的表达式。
8. 表达式可计算，有结果
表达式可计算，有结果，这不是要求，而是既定事实，你不可能写出一个没有值的表达式，任何时候，将你所写的表达式放入print函数中输出，都会输出一个明确的结果
print(表达式) # 一定有内容输出
强调表达式可计算，有结果，这是理解代码的关键之处，代码在执行时，必须对表达式求值，那么你在理解代码时，就必须在表达式可求值的基础上进行代码阅读。
如果你不清楚表达式的值，也就无法理解代码的行为，所谓代码的行为不过是一系列逻辑的表达，而任何逻辑都是基于数据的，表达式的本质就是对数据的描述。
举一个简单的例子，判断年份是否为闰年
year = int(input("输入一个年份: "))
if year % 4 == 0:
if year % 100 == 0:
if year % 400 == 0:
print("{0} 是闰年".format(year)) # 整百年能被400整除的是闰年
else:
print("{0} 不是闰年".format(year))
else:
print("{0} 是闰年".format(year)) # 非整百年能被4整除的为闰年
else:
print("{0} 不是闰年".format(year))
year % 4 == 0
year % 100 == 0
year % 400 == 0
这3个表达式的值，要么为True，要么为False， 程序将根据这3个表达式的值决定执行哪个print语句。不管程序看起来多么复杂，都遵循从上之下逐行执行的规则，这3个表达式的值，决定了进入哪个逻辑分支，执行哪个语句块，所以，理解程序的第一步是理解表达式。