Python 為什么會有個奇怪的“...”對象？
在寫上一篇《Python 為什么要有 pass 語句?》時，我想到一種特別的寫法，很多人會把它當(dāng)成 pass 語句的替代。在文章發(fā)布后，果然有三條留言提及了它。
所謂特別的寫法就是下面這個：
- # 用 ... 替代 pass
- def foo():
- ...
它是中文標點符號的半個省略號，也即由英文的 3 個點組成。如果你是第一次看到，很可能會覺得奇怪：這玩意是怎么回事?PS：如果你知道它，仔細看過本文后，你同樣可能會覺得奇怪!
1. 認識一下“...”內(nèi)置常量
事實上，它是 Python 3 中的一個內(nèi)置對象，有個正式的名字叫作——Ellipsis，翻譯成中文就是“省略號”。
更準確地說，它是一個內(nèi)置常量(Built-in Constant)，是 6 大內(nèi)置常量之一(另外幾個是 None、False、True、NotImplemented、__debug__)。
關(guān)于這個對象的基礎(chǔ)性質(zhì)，下面給出了一張截圖，你們應(yīng)該能明白我的意思：
“...“并不神秘，它只是一個可能不多見的符號型對象而已。用它替換 pass，在語法上并不會報錯，因為 Python 允許一個對象不被賦值引用。
嚴格來說， 這是旁門左道，在語義上站不住腳——把“...”或其它常量或已被賦值的變量放在一個空的縮進代碼塊中，它們是與動作無關(guān)的，只能表達出“這有個沒用的對象，不用管它”。
Python 允許這些不被實際使用的對象存在，然而聰明的 IDE 應(yīng)該會有所提示(我用的是Pycharm)，比如告訴你：Statement seems to have no effect 。
但是“...”這個常量似乎受到了特殊對待，我的 IDE 上沒有作提示。
很多人已經(jīng)習(xí)慣上把它當(dāng)成 pass 那樣的空操作來用了(在最早引入它的郵件組討論中，就是舉了這種用法的例子)。但我本人還是傾向于使用 pass，不知道你是怎么想的呢?
2. 奇怪的 Ellipsis 和 ...
... 在 PEP-3100 中被引入，最早合入在 Python 3.0 版本，而 Ellipsis 則在更早的版本中就已包含。
雖然官方說它們是同一個對象的兩種寫法，而且說成是單例的(singleton)，但我還發(fā)現(xiàn)一個非常奇怪的現(xiàn)象，與文檔的描述是沖突的：
如你所見，賦值給 ... 時會報錯SyntaxError: cannot assign to Ellipsis ，然而 Ellipsis 卻可以被賦值，它們的行為根本就不同嘛!被賦值之后，Ellipsis 的內(nèi)存地址以及類型屬性都改變了，它成了一個“變量”，不再是常量。
作為對比，給 True 或 None 之類的常量賦值時，會報錯SyntaxError: cannot assign to XXX，但是給 NotImplemented 常量賦值時不會報錯。
眾所周知，在 Python 2 中也可以給布爾對象(True/False)賦值，然而 Python 3 已經(jīng)把它們改造成不可修改的。
所以有一種可能的解釋：Ellipsis 和 NotImplemented 是 Python 2 時代的遺留產(chǎn)物，為了兼容性或者只是因為核心開發(fā)者遺漏了，所以它們在當(dāng)前版本(3.8)中還可以被賦值修改。
... 出生在 Python 3 的時代，或許在將來會完全取代 Ellipsis。目前兩者共存，它們不一致的行為值得我們注意。我的建議：只使用"..."吧，就當(dāng) Ellipsis 已經(jīng)被淘汰了。
3. 為什么要使用“...”對象?
接下來，讓我們回到標題的問題：Python 為什么要使用“...”對象?
這里就只聚焦于 Python 3 的“...”了，不去追溯 Ellipsis 的歷史和現(xiàn)狀。
之所以會問這個問題，我的意圖是想知道：它有什么用處，能夠解決什么問題?從而窺探到 Python 語言設(shè)計中的更多細節(jié)。
大概有如下的幾種答案：
(1) 擴展切片語法
官方文檔中給出了這樣的說明：
| Special value used mostly in conjunction with extended slicing syntax for user-defined container data types.
這是個特殊的值，通常跟擴展的切片語法相結(jié)合，用在自定義的數(shù)據(jù)類型容器上。 |
文檔中沒有給出具體實現(xiàn)的例子，但用它結(jié)合__getitem__() 和 slice() 內(nèi)置函數(shù)，可以實現(xiàn)類似于 [1, ..., 7] 取出 7 個數(shù)字的切片片段的效果。
由于它主要用在數(shù)據(jù)操作上，可能大部分人很少接觸。聽說 Numpy 把它用在了一些語法糖用法上，如果你在用 Numpy 的話，可以探索一下都有哪些玩法?
(2) 表達“未完成的代碼”語義
... 可以被用作占位符，也就是我在《Python 為什么要有 pass 語句?》中提到 pass 的作用。前文中對此已有部分分析。
有人覺得這樣很 cute，這種想法獲得了 Python 之父 Guido 的支持 ：
(3) Type Hint 用法
Python 3.5 引入的 Type Hint 是“...”的主要使用場合。
它可以表示不定長的參數(shù)，比如Tuple[int, ...] 表示一個元組，其元素是 int 類型，但數(shù)量不限。
它還可以表示不確定的變量類型，比如文檔中給出的這個例子：
- from typing import TypeVar, Generic
- T = TypeVar('T')
- def fun_1(x: T) -> T: ... # T here
- def fun_2(x: T) -> T: ... # and here could be different
- fun_1(1) # This is OK, T is inferred to be int
- fun_2('a') # This is also OK, now T is str
T 在函數(shù)定義時無法確定，當(dāng)函數(shù)被調(diào)用時，T 的實際類型才被確定。
在 .pyi 格式的文件中，... 隨處可見。這是一種存根文件(stub file)，主要用于存放 Python 模塊的類型提示信息，給 mypy、pytype 之類的類型檢查工具 以及 IDE 來作靜態(tài)代碼檢查。
(4) 表示無限循環(huán)
最后，我認為有一個非常終極的原因，除了引入“...”來表示，沒有更好的方法。
先看看兩個例子：
兩個例子的結(jié)果中都出現(xiàn)了“...”，它表示的是什么東西呢?
對于列表和字典這樣的容器，如果其內(nèi)部元素是可變對象的話，則存儲的是對可變對象的引用。那么，當(dāng)其內(nèi)部元素又引用容器自身時，就會遞歸地出現(xiàn)無限循環(huán)引用。
無限循環(huán)是無法窮盡地表示出來的，Python 中用 ... 來表示，比較形象易懂，除了它，恐怕沒有更好的選擇。
最后，我們來總結(jié)一下本文的內(nèi)容：
- 是 Python 3 中的一個內(nèi)置常量，它是一個單例對象，雖然是 Python 2 中就有的 Ellipsis 的別稱，但它的性質(zhì)已經(jīng)跟舊對象分道揚鑣
- 可以替代 pass 語句作為占位符使用，但是它作為一個常量對象，在占位符語義上并不嚴謹。很多人已經(jīng)在習(xí)慣上接受它了，不妨一用
- 在 Python 中不少的使用場景，除了占位符用法，還可以支持擴展切片語法、豐富 Type Hint 類型檢查，以及表示容器對象的無限循環(huán)
- 對大多數(shù)人來說，可能并不多見(有人還可能因為它是一種符號特例而排斥它)，但它的存在，有些時候能夠帶來便利。希望本文能讓更多人認識它，那么文章的目的也就達成了~
